第一章 探索地球 地球的起源與演變 研究地球歷史的方法 地球適合生命發展的條件 人與環境脣齒相依 1-1 1-2 1-3 習題練習

問題與討論 一、問題與討論 1.固態地球是如何形成的？原始大氣及海洋是如何形成的？ 答 案 大約五十億年前，太陽系誕生於一大團由氣體、冰和塵埃所組成的星雲，因為受萬有引力的吸引，星雲中心形成一個高溫度高密度的核心，周圍則呈扁平狀，繞著中心旋轉。核心因核融合反應釋放能量，產生向外擴張的熱膨脹壓力，當與向內的重力平衡時，中心會停止收縮，形成太陽。星雲外圍剩餘的氣體和塵埃，又會因萬有引力的吸引而碰撞、結合，形成更大的微行星體，再吸引更多的物質，最後發展成為行星。

問題與討論 答 案 四十六億年前，地球形成於靠近太陽的內行星帶內，由岩石所構成，因隕石撞擊的動能轉化為熱能、內收縮作用釋出能量及放射性物質衰變產生的能量，地球內部的溫度愈來愈高，岩石開始熔融，質量較大的鐵鎳等物質下沉到中心，形成地核，矽酸鹽等物質則浮到地核之上，形成地函，地函中較輕的物質進一步浮到地球表面，形成地殼，分層的固態地球就此形成。

問題與討論 答 案 地球形成早期曾多次被隕石撞擊，再加上地球內部的高溫，使得火山活動旺盛，原先存留在岩石內的易揮發物質便以氣體的型態逸出，形成地球的原始大氣，主要為水氣，其餘為二氧化碳與一些含氮或硫的氣體，當時的大氣還沒有氧氣。隨著地球表面溫度逐漸降低，水氣開始凝結並大量降雨，大約四十億年前，地球就被海洋所覆蓋，此時，大氣中的二氧化碳溶解於海中，成為碳酸鹽類沉澱物，部分水氣與二氧化碳即因此從大氣中移出。

問題與討論 答 案 在距今約三十五億年前，原始的生命跡象在水中開始出現，這些細菌發展出行光合作用的能力，製造出氧氣，到大約二十億年前，氧氣在大氣中累積的速率才開始增快，並激發更多釋氧物種（尤其是藍綠藻）的出現，製造大量氧氣，並於在距今六億年前的高空形成臭氧層，可以有效吸收紫外線，保護綠色植物，使其在距今四億年前成功登上陸地跨植物在陸上大量繁殖，使氧氣濃度增加到一定值，大氣組成也逐漸穩定，並維持至今。

問題與討論 2.地質年代是如何劃分的？絕對地質年代是如何得到的？相對於地球，人類存在的時間有多長？ 答 案 根據岩層由下往上逐步沉積的疊置定律，以及考慮地殼變動的因素，可以判斷地層的先後順序。利用地層中的化石（趨原始年代愈久），也可分析地層的上下關係。地質學家根據全球性物種的興滅，將地球年代劃分為不同時期，隱生元和顯生元的分界即建立在物種開始大量出現的時間點，約在5.4 億年前（在此時間之前統稱為前寒武紀）。根據不同物種的出現及興盛情形，顯生元又分為古生代（5.4 億到2.5 億年前）、中生代（2.5 億到6.5千萬年前）和新生代（6.5 千萬年前迄今）。

問題與討論 答 案 絕對地質年代的測定係採用放射性定年法。放射性元素會蛻變成原子序較小的穩定元素，同時釋放出高能的粒子或電磁波，即由母元素蛻變成為子元素。元素蛻變後含量會逐漸減少，其含量變為原來的一半所需的時間，稱為半衰期，半衰期可用實驗方法精確量測。所以知道岩石樣本中母元素和子元素的含量，就可依據母元素的半衰期推導出岩石形成的絕對年代。地球年齡有四十六億年，而人類最早出現於三百萬年前（南方古猿）。若將四十六億年濃縮成一年，則人類是在最後十幾分鐘內才出現。人類的存在相對於地球的年齡非常短暫，但是人類對地球的影響卻是非常巨大。

問題與討論 3.何謂生態平衡？何謂自然保育？二者有何關係？ 答 案 在地球環境中，生物群落與無機環境之間，相互組成一個密不可分且秩序井然的體系，是為生態系跨生態系中的生物區分為生產者（植物）、消費者（動物）和分解者（細菌和真菌），彼此存在著攝食者與非攝食者的關係，形成關係錯綜複雜的食物網跨生態系不論大小，結構簡單或複雜，生物與無機環境之間，能量的進出保持穩定的動態平衡，使得維持生命所需的物質在食物網中不斷的循環，因而生生不息，構成生態平衡。

問題與討論 答 案 天地萬物都有與生具來的生存權，每種生物相互依存，物種愈多樣愈能形成蓬勃的生態系統。所謂自然保育即在於發揮人類的良知與力量，保護和培育生物多樣性，例如珍貴稀有動植物保育、野生動物保育、自然保留區（棲息地、溼地）等。 由於人類特殊的能力，在幾千年內即塑造出高度的文明，使得人類成為主宰地球的絕對優勢物種，並快速且大量的消滅其他物種，破壞地球長期以來的生態平衡。當地球生態平衡破壞到一定的程度，食物網遭受嚴重阻礙，會反過來，威脅到人類的生存。自然保育即在發揮人類的良知良能，企圖補救或恢復地球的生態平衡，生物多樣性可作為指標。

問題與討論 4.人類活動如何影響地球環境的平衡？ 答 案 人類是地球生態系中的一個族群，具有卓越的能力，使得人類族群快速成長擴張。由於砍伐森林，燃燒化石燃料，使用大量物質，並產生大量廢棄物，造成空氣污染、水污染、土壤污染與廢棄物污染。人類大規模從事經濟活動，搜刮地球資源，衝擊自然環境，破壞生態平衡，亦導致全球變遷，如氣候變化、溫室效應、土壤沙漠化、物種滅絕等。

問題與討論 答 案 近50 年來世界人口由25 億成長為60 億，由於濫墾濫用的結果，已耗損破壞了地球四分之一的表土，五分之一的可耕地以及三分之一的森林，物種滅絕的速率每年超過一萬種，是自然衰減值的500 到1000 倍，預估到2050年將有三分之一的物種滅絕。人類過度使用地球資源的結果，已危及全球所有的生命；地球環境受到過度及過快的衝擊，必將出現大災難。人類已經將地球環境壓迫到失衡的地步，必須回過頭來，重新思考如何來拯救地球、保護地球，以延續後代子孫的生存。

習題練習 二、習題練習 1.關於太陽系的形成過程，何者錯誤？ (A) 形成之初含量最多的氣體是氦和氫 (B) 聚集星雲內物質的力量主要來自萬有引力 (C) 最早形成的雛形為圓形 (D) 太陽的熱能來自於核融合反應所釋放出來的能量 答 案 C

習題練習 解 析 太陽系誕生於一大團由氣體、冰和灰塵所組成的物質之中，這種由氣體和灰塵聚集而成的團塊，稱之為星雲，其直徑至少有百億公里以上。星雲周圍的物質，因為受萬有引力的吸引，逐漸地朝星雲中心聚集；當物質愈聚愈多時，彼此間的碰撞機率愈趨頻繁，最後導致氣體和灰塵開始繞著星雲中心旋轉，逐漸形成一個具有相當密度的核心，周圍則呈扁平狀。

習題練習 2.關於地球的形成過程，何者錯誤？ (A)原始的地球同太陽一般，為一團火球 (B)因為物質的分異作用，造成地球內部的分層現象 (C)密度較大的鐵、鎳下沉到地球內部 (D)地球的分層約需一億年的時間 答 案 A 解 析 大約四十六億年前，剛形成的原始地球可能和月球一樣，主要是由岩石所構成，且內部並沒有明顯的分層現象。

習題練習 3.關於地球形成之初的原始大氣敘述，下列何者正確？ (A)凝聚太陽風吹來的氣體所形成 (B)以水氣和二氧化碳為主 (C)已有臭氧層存在 (D)氧氣自地殼中釋放出來 答 案 B

習題練習 解 析 地球形成的早期曾多次被微行星體撞擊，再加上地球內部的高溫，使得火山活動旺盛，原先存留在岩石內的易揮發物質便以氣體的型態逸出，形成地球的原始大氣，主要為水氣，其餘為二氧化碳與一些含氮或硫的氣體，和現今大氣組成相當不同。當時的大氣既沒有可供呼吸的氧氣，當然更沒有任何利用氧氣維生的有機生物存在。

習題練習 4.因臭氧層可以保護地球上的生物免受紫外線侵襲，生物才得以離開海洋，登上陸地。請問綠色植物何時成功登陸？ (A)三十億　(B)二十億　(C)十億　(D)四億　年前 答 案 D 解 析 氧氣在大氣中累積對地球及其上生物的演化相當重要，因為臭氧也跟著產生了跨臭氧可以有效地吸收紫外線，保護綠色植物，使其在距今四億年前成功登上陸地，導致陸地大體型生物的演化。

習題練習 5.下列何者錯誤？ (A)沉積岩層愈接近底部者，形成年代一定愈老 (B)地層中的化石可用來定年 (C)一般而言，沉積岩層若未受地殼變動影響，會保持原始的水平狀態 (D)若岩層受到火成岩體切入，可以推論火成活動較年輕 答 案 A

習題練習 解 析 疊置定律的應用基於兩個基本假設：(1)岩層初沉積時為水平層；(2)岩層未受強烈變形而倒轉。則一系列疊置在一起的沉積岩，老的岩層在下部，新的岩層再依序覆蓋在老的岩層上。沉積岩層若未受地殼變動影響，會保持原始的水平狀態，而成層的沉積岩層愈接近底部者，其形成年代愈老。若岩層受到火成岩體侵入或被斷層切割，我們可依據前者被後者切割的邏輯來判斷地質事件發生的先後順序。由於生物演化有從簡單到複雜的趨勢，所以地層中的化石愈趨原始，代表地層年代愈久遠，我們也因此可利用地層中的化石群來分析地層的上下層序。

習題練習 6.利用何種方法可獲得地質事件發生的絕對年代？ (A)比對地層中的化石年代 (B)計算海水的鈉累積速率 (C)利用放射性元素進行定年分析 (D)利用沉積岩的總厚度及沉積物的沉積速率加以估計 答 案 C

習題練習 解 析 絕對時間係以確定的時間單位時、日、年指出某一地質事件發生的特定期間，而放射性定年法即為測量絕對時間的方法。放射性蛻變即不安定的放射性同位素（母元素）的原子核自動分裂，轉變成較輕的安定元素（子元素）的作用。某一元素蛻變為原來質量的一半所需要的時間稱為半衰期，不同元素的半衰期自數日或數年至數十億年不等。若知母元素的含量、半衰期和子元素的含量，則可定出含放射性元素的礦物或岩石的絕對年齡。

習題練習 7.下列四種生物，何者最早出現在地球上？ (A)有孔蟲 (B)藍綠藻 (C)矽線蟲 (D)三葉蟲 B 答 案 B 解 析 據推測，在三十八億年前，地球上已有了古老的菌類，這些菌類都能在高溫、高壓、黑暗無光的條件下存活，它們以海水中溶解的有機物為養料。另有一些有機體，則完全靠無機物而生長，這就是所謂的吃礦物的有機體，如現在仍存在的「硫、鐵細菌」。

習題練習 解 析 當時地球上還沒有氧氣，最初的生物也都是厭氧型生物，在它們的進化程序中，引發了一個重大事件－－因突然的變異而出現了會放氧的生物－－光合生物，也就是原始植物，它們是利用太陽能的新類型生物，具有了一種非常有用的物質葉綠素，靠它利用太陽能分解空氣中的二氧化碳，再利用取得的碳建造有機物質，滿足身體生長的需要。這種新型生物攝取營養的方式，與厭氧型生物相比，它的效率提高了約20 倍，能使自身大量繁殖。它們吸收空氣中的二氧化碳後放出的氧氣，大大地改變了地球的面貌。這種能放氧的生物早在35 億年前，就已出現在地球上了。科學家們於澳大利亞西海岸發現了這種在地球上最古老的生命化石。現在，海底深處還能找到這類生物，它就是藍綠藻。

習題練習 8.地球因有各種優越條件才適合生物生存，其中不包括下列何種條件？ (A)水的存在 (B)大氣中有生物所需的各種氣體 (C)土壤中含有各種有機物質 (D)太陽光的照射 答 案 C

習題練習 解 析 土壤中含有的各種有機物質影響土壤的使用性與適耕性，在沉積快速的還原環境中，經由相關的地質作用，有機物質可轉化成油氣或煤礦。但土壤中的有機物質與生態平衡並無直接關係。

習題練習 9.欲達到生態平衡的要件不包括下列何者？ (A)物種之間互不侵犯 (B)能量及資源必須循環與生生不息 (C)生物歧異度愈大，生命延續力愈佳 (D)尊重各種生命的存在價值 答 案 A

習題練習 解 析 地球上物種之間相互依存，彼此存在著食物鏈的關係，維持生命所需要的物質在食物鏈中循環，生生不息。因此，生物歧異度愈大，食物鏈被斷絕的機會愈小，生命延續力愈佳。各種生命都有其存在的價值，必須尊重及保護。

習題練習 10.人類出現在地球的時間很短，卻對地球上的環境與生態造成的傷害最大。若將地球的歷史濃縮成一年，則人類出現的時間約多少？ (A)一個月　(B)一天　(C)十幾個小時　(D)十幾分鐘 答 案 A 解 析 若將一億年濃縮成一年（表1-1），則地球成長年曆中的1 秒約相當於150 年。假設地球於一月一日上午零時零分零秒誕生，則可將地史上發生的事件依序加以編排。

習題練習 解 析 最古老的化石約出現在三月下旬，這是一種單細胞生物－－藍綠藻，而古生代的三葉蟲直到十一中旬終於出現了。隨後因環境和氣候的變化導致生物快速而急遽的演化，也留下了較多的化石證據，十一月末植物終於能離開海洋而登陸，恐龍在十二月中旬稱霸地球，但是到了聖誕節左右，恐龍就已經消失無蹤。靈長類則遲至十二月三十一日晚上八點半才出現，自詡是萬物之靈的人類更是趕在最後十幾分鐘內才匆匆上臺。雖然人類的存在相對於地球的年齡是如此之短暫，但是人類對地球環境及物種的影響卻是如此快速且巨大。

第一章 結束