第2章 探索地球起源與地球環境演變 2-1 地球環境的演變歷史 2-2 探索地球歷史的方法與限制

2-1 地球環境的演變歷史 地球起源 太陽系的生成 地球內部分層 大氣與海洋的起源 生物圈的演化 生命起源時間 古細菌與真核細胞生物 2-1 地球環境的演變歷史 地球起源 太陽系的生成 地球內部分層 大氣與海洋的起源 生物圈的演化 生命起源時間 古細菌與真核細胞生物 寒武紀大爆發 生物演化史 大滅絕事件

2-1.1 地球起源 中國神話認為拜盤古開天闢地所賜。 近代科學家則認為與太陽系的形成有關。

2-1.2 太陽系的生成 萬有引力使雲氣向內收聚，在中心形成太陽，四周雲氣形成扁盤狀，塵埃凝聚成各行星。 同心圓 環形成 個別行星成形 星雲收縮 原始太陽形成 同心圓 環形成 原始太陽系形成 個別行星成形

2-1.3 地球內部分層 地球起源初期，內部放射性元素進行核分裂蛻變，不斷釋放熱能。 地表受小行星和隕石轟擊，碰撞生熱。 地球因高溫形成岩漿海，地球內部構造分為地殼、地函和地核三層。 http://scman.cwb.gov.tw/eqv5/eq100/flash/inearth.html

2-1.4 大氣與海洋的起源(1/2) 原始大氣以氫氣、氦氣為主，但無法被地球引力困住。 大氣獲得散逸的火山氣體補充，例如水蒸氣、二氧化碳、氯氣、氨氣和二氧化硫等。 隨著地表溫度降低，大量水蒸氣冷卻於地表低窪處形成海洋。 海洋約在40～38億年前左右形成。

2-1.4 大氣與海洋的起源(2/2) 地球環境演變歷史：今日地質時間設定為0，0之前為負值；－46表示46億年前。圖中甲代表擁有足夠大氣量的時間，約在43億年前；圖乙則代表擁有足夠海水量的時間，約在38億年前。

2-1.5 生物圈的演化 有機物可能來自原始大氣，伴隨雨水落入地表，最後都匯集到海洋。 海洋為生命起源的發祥地。

2-1.6 生命起源時間 生命的起源仍是個謎。 最早的原核細胞化石為藍綠菌構成的疊層石，在38億年前形成。 http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E8%97%8D%E8%8F%8C

2-1.7 古細菌與真核細胞生物 35億年前的古細菌和10億年前出現的真核細胞生物是演化史上的大事。 http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8F%A4%E8%8F%8C 真核細胞生物演化出有性生殖的繁殖方式，加速生物基因的交流和變化，演化出更多樣的物種。

2-1.8 寒武紀大爆發 前寒武紀末有殼的生物突然大量出現，留下大量化石稱之。 地質年代區分： 前寒武紀──疊層石時代。 古生代──三葉蟲時代。 中生代──恐龍時代。 新生代──大型哺乳類動物。 標準化石和指相化石 三葉蟲、恐龍和大型哺乳類動物分別只生存於古生代、中生代和新生代，其化石能指示出土地層的地質年代，像這類具有指示地質年代功能的化石，稱為「標準化石」。 除此之外化石還可以指示沉積環境，例如海豆芽生存於潮間帶，其化石能指示出土地層的古環境為潮間帶。這類具有指示沉積環境功能的化石，稱為「指相化石」。

2-1.9 生物演化史 地質年代表內發生的地球大事紀（時間軸的時間，其刻劃尺度未按等比例繪製）。

2-1.10 大滅絕事件 大滅絕事件與環境的變異有極大關聯。 恐龍的滅絕與氣候變化、火山爆發、隕石撞擊等有關。 http://enjoy.phy.ntnu.edu.tw/sites/dinosaur/die.htm

2-2 探索地球歷史的方法與限制 探索地球歷史的方法 歷史考古探索法 均變說 物證推理法 相對定年法 絕對定年法 探索地球歷史的限制

2-2.1 探索地球歷史的方法 歷史考古探索法 均變說 物證推理法 定年法

2-2.2 歷史考古探索法 歷史學所採探索方法，研究地球歷史時均可援用。 例如17世紀荷蘭畫家的畫筆下常出現孩童在運河中溜冰嬉戲，證明當時荷蘭正處於小冰期氣候。 小冰期 從一萬年前迄今，地球雖處於間冰期，但在中世紀之後約1450～1850年，西歐進入比較寒冷的氣候期，年平均溫度相對降低約1～2℃，高山的雪線高度平均降低約100公尺，使得冰川向低海拔地區拓展，這段時期稱為「小冰期」。

2-2.3 均變說 地質學之父詹姆斯 赫登（James Hutton, 1726～1797）建立「今天是開啟過去（祕密）的一把鑰匙（良好工具）」的均變說，即今日發生的一切作用，同樣也在古地質時代進行。 地質學之父詹姆斯 赫登（James Hutton, 1726～1797）常被同期物理學家和化學家譏笑「你既不活在6億年前，怎麼有資格大談6億年前或更早的地質時代裡發生什麼大事件？」 http://content.edu.tw/junior/earth/tp_tm/new/item0602/hutton.htm

2-2.4 物證推理法 (1/3) 缺乏人類記載歷史的地質時代，只能仰賴岩層、化石、礦物、沉積構造等來記錄。 2-2.4 物證推理法 (1/3) 缺乏人類記載歷史的地質時代，只能仰賴岩層、化石、礦物、沉積構造等來記錄。 將生長帶疏密組合不明顯的同一地質時代珊瑚化石產地串連起來，可找出該地質時代的古赤道位置。 不同地質時代的古赤道位置不斷變動。這證據可以用來支持大陸漂移說，也相當於支持今日板塊構造運動學說的主張。

2-2.4 物證推理法 (2/3) 小冰期內的樹木年輪局部放大 2-2.4 物證推理法 (2/3) 小冰期內的樹木年輪局部放大 小冰期內的樹木年輪局部放大圖。樹木年輪的一疏一密組合代表一年，當木質部從生長速率正常轉變成遲緩，即表示剛好進入較冷的季節。

2-2.4 物證推理法 (3/3) 珊瑚骨骼切片X光照片 珊瑚骨骼切片X光照片，明顯看出珊瑚生長帶一疏一密的組合。

2-2.5 定年法-相對定年法 （1/3） 疊置定律：不受擾動的岩層層序，愈頂部岩層的沉積年代愈年輕。 2-2.5 定年法-相對定年法 （1/3） 疊置定律：不受擾動的岩層層序，愈頂部岩層的沉積年代愈年輕。 沉積構造：沉積物在沉積時受環境和生物的影響，形成的特殊構造。 截切關係定律：被截切的比截切它的早存在。 化石：不同地質時間具有不同形貌的古生物。

2-2.5 定年法-相對定年法 （2/3） 沉積構造-波痕

2-2.5 定年法-相對定年法 （3/3）

2-2.6 定年法-絕對定年法 （1/2） 放射性元素蛻變的速率非常規律，採放射性元素或同位素定年。 2-2.6 定年法-絕對定年法 （1/2） 放射性元素蛻變的速率非常規律，採放射性元素或同位素定年。 母元素蛻變成子、母元素的原子數各為原來一半需經歷的時間，稱為半衰期。 透過礦物，母元素蛻變成其子元素的原子數比值，可判定它與藏身地層的年齡。

2-2.6 絕對定年法 （2/2） 半衰期示意圖：放射性元素母元素的原子數漸減，而子元素的原子數漸增，故留存母元素原子數與原來原子數的比值或子、母元素原子數的比值，是計算地質年齡的主要依據。 不同放射性同位素的蛻變率不同，但特定同位素蛻變率固定不變。透過礦物（例如鋯石）或岩石中放射性同位素（母元素）蛻變成其子元素的原子數比值，可判定它與其存在地層的年齡。母元素蛻變成子元素，當母元素的原子數降為原來一半所需要的時間，稱為半衰期。 例如238U－206Pb和235U－207Pb的半衰期分別為44.68億年和7.04億年，同一鋯石礦物如果同時具有238U和235U，則可藉這兩項同位素蛻變前後子元素、母元素原子數的比值，察看由該鋯石礦物定年方法定出的兩個絕對年齡是否一致。若是，則可信度相對提高。

2-2.7 探索地球歷史的限制 （1/2） 延遲時間的爭論。 缺乏完整地層層序：地層因造山運動產生劇烈的侵蝕作用。 化石的保存和移置問題：古生物能形成化石保存下來的機率及只有少數種類的化石才能作為定年工具。 火成活動或變質作用的影響。

2-2.7 探索地球歷史的限制 （2/2） 鋯石礦物（左）和其切片的放大照片（右）。一顆小小鋯石受到變質作用影響，卻具有四個絕對地質年代。 http://www.mine.gov.tw/Bible/ViewMineral.asp?view=m25 一般而言，愈往鋯石核心，絕對地質年代愈老。