地球大歷史/丁禾

隕石群撞擊

• 四十億年前，微生物開始出現在地球的海洋中。
• 三十九億年前，隕石群撞擊地球，其中包含數顆直徑四百公里以上的隕石，足以把地球表面整個燒熔，海洋全部蒸發。

生物是如何存活的？

1. 科學家在古鹽礦密封的海水中發現兩億多年前的細菌，給予養料培育數月後，細菌又活了過來，說明細菌可休眠極長的時間。
2. 科學家在地下三千公尺的礦坑中發現許多在地上沒見過的微生物，說明微生物有能力自行滲透到三千多公尺的地下。
3. 科學家用超級電腦推估直徑四百公里隕石撞擊地球產生的能量，發現熱能最多只能傳到地下一千公尺。

• 結論：深藏在地下的細菌進入休眠狀態，等待隕石群過去，地上冷卻下來後再復甦繁衍，重回地表。

兩次大冰期與生物演化

第一次大冰期

• 成因：最原始的微生物代謝出的氣體是甲烷。地球靠甲烷的溫室效應保溫。藍綠藻出現後，大量氧氣出現，與甲烷反應，產生二氧化碳和水。二氧化碳的保溫效果比甲烷低，於是地球開始急速降溫，從赤道到兩極全部冰凍。
• 結束：火山持續噴發，輸送二氧化碳到大氣中，因為岩石被冰封起來，沒有風化效應( CO2 + H2O +CaCo3 = Ca(HCO3) )，二氧化碳持續堆積在大氣中，回復足以讓氣溫維持到冰點以上的溫室效應。
• 後果
  1. 冰融後，高溫海水形成超級大颱風，將海底的營養鹽攪到淺海，大氣中也積了足夠的二氧化碳，藍綠藻開始行光合作用，產生大量氧氣，將大氣中的氧含量提升到百分之一。
  2. 氧氣使原核生物發展出能獲得更多能量的有氧呼吸，最終演化成更複雜的真核生物。

第二次大冰期

• 成因：羅迪尼亞超大陸移到赤道，大量原先覆蓋在大陸上的冰雪融化，開始風化，消耗巨量二氧化碳。地球溫室氣體不足，再度陷入冰期。
• 結束：火山持續噴發，輸送二氧化碳到大氣中，因為岩石被冰封起來，沒有風化效應( CO2 + H2O +CaCo3 = Ca(HCO3) )，二氧化碳持續堆積在大氣中，回復足以讓氣溫維持到冰點以上的溫室效應。
• 後果
  1. 冰融後，高溫海水形成超級大颱風，將海底的營養鹽攪到淺海，大氣中也積了足夠的二氧化碳，真核的藻類開始行光合作用，產生大量氧氣，將大氣中的氧含量提升到百分之二十。
  2. 氧氣含量提升使真核生物有餘裕合成更多膠原蛋白，形成長達數十公分的多細胞生物，帶來兩次生物潮：艾迪卡拉生物和寒武紀大爆發，其中寒武紀大爆發奠定了現在動物發展的雛型。

地殼變動與生物登陸

• 成因：約四億年前，古勞倫大陸、波羅地大陸和阿瓦隆尼亞大陸開始合併，造成中間的巨神海消失，嚴重壓縮其間海洋生物的生存空間，使物種間的競爭變得更為激烈。
  1. 海洋中開始出現大型盾皮魚類，大量捕獵硬骨魚。泥盆紀初，75~80%的脊椎動物是盾皮魚綱，硬骨魚沒有空間演化。
  2. 三塊大陸的碰撞帶動造山運動，高山擋住雲層，使大量雨水下在山腳處，形成許多淡水河。有些硬骨魚適應淡水的環境，順著出海口進入淡水河定居，以此逃過盾皮魚的追捕。同時蕨類也開始進駐地表。
  3. 當時的河川是類似現今亞馬遜流域的雨林環境，乾季與雨季的水位差有十幾公尺。乾季時水中的氧氣量變低，於是淡水魚的食道逐漸變異，演化出肺部，透過將口伸出水面獲取氧氣(現今的亞馬遜肺魚仍採用這種策略)
  4. 淡水魚中也逐漸演化大型掠食者，有些小型魚開始演化出類似四肢的鰭，方便撥開河底堆積的水草和廢棄物並躲藏其中。(棘螈)
  5. 這些原始的四足類逐漸往岸上移動，形成最初可在陸上行動的陸生動物。
  6. 後來部分硬骨魚重回海洋，牠們的肺演化成嘌，使其可以懸浮在海中，最終取代了盾皮魚。(盾皮魚沒有嘌，必須靠不斷游動才不會下沉，能量消耗劇烈)
• 後果：硬骨魚演化出肺和四肢、動物登陸、重回海洋的硬骨魚演化出嘌、盾皮魚滅絕

盤古大陸與胎生、氣囊

• 成因：
  1. 約2.5億年前，世界上所有大陸板塊開始合併成一塊超級大陸。大量海洋板塊受到擠壓，沉入地下，融成岩漿，最後匯聚成一股1000公里長的熔岩柱噴發，地球溫度升高，深海封著甲烷的水合冰熔解，釋放大量溫室氣體，造成超級溫室效應。
  2. 大量的甲烷也開始和氧起反應燃燒，大氣中的氧含量銳減。
  3. 為了適應惡劣的低氧環境，類哺乳爬蟲肋骨後退，演化出橫隔膜(肺部擴大)、胎生和哺乳，成為最初的哺乳類。
  4. 爬蟲類則演化出氣囊，大大提高呼吸效率，使恐龍在後來稱霸地球。
• 結果：哺乳類誕生，爬蟲類獲得極高效率的呼吸系統，奠定恐龍在地球上的霸主地位。

盤古大陸分離與靈長類

1. 六千五百萬年前恐龍滅絕，給哺乳類發展的空間，亞洲和歐洲隔著海，和美洲也隔著冰橋，阻絕了兇猛的鳥禽，使哺乳類有空間演化成兇猛的肉食動物。
2. 五千五百萬年前歐洲和格林蘭分離，地殼運動造成氣溫上升，亞洲和美洲之間的冰橋溶解，使肉食哺乳類移入其他大陸，消滅兇猛的肉食巨鳥。
3. 全球暖化也使適應寒冷的針葉林大量消失。闊葉林變高，樹冠出現，靈長類不用冒著被捕食的危險下到地面，得以大量繁衍並演化。演化出立體視覺(雙眼由側方移向前方)，得以準確測量樹枝間的距離，有助於在兩棵樹間跳躍遷移。
4. 三千三百萬年前南極和澳洲分離，改變世界洋流，南極開始冰封。海平面下降，闊葉林退到赤道附近，激化生物間的競爭。靈長類演化出眼窩壁和中央窩，大幅提高視力(焦點視覺)，使其能夠比同類花費更少的時間覓食，有利於在氣溫低、食物來源減少的時代生存。
5. 演化出焦點視覺後，靈長目演化出強壯的臉部肌肉，能做出更豐富的表情，使靈長類有社會化和複雜分工的能力。

• 結果：靈長類取得優勢，演化出立體視覺、焦點視覺和表情(社會化)

喜馬拉雅山與人科

1. 七百萬年前，印度半島和歐亞板塊碰撞，喜馬拉雅山脈突破五千公尺，改變氣候，非洲形成撒哈拉沙漠。
2. 草本植物出現，大量取代熱帶雨林。為了取得更多食物，靈長類演化成以雙腳站立，下到草原上尋找更多糧食來源。
3. 初期的人科動物有兩股分支：以塊根為主食的羅百氏人及靠撿拾大型獵食動物剩肉維生的匠人。肉類比球根營養，能提供大腦更多發育的能量。開始吃肉後，匠人的腦部開始巨大化，最後取代掉了羅百氏人。
4. 四萬年前，離開非洲的智人在歐洲遇到尼安德塔人。尼安德尼塔人的發聲系統不如智人，難以像智人一樣用複雜的語言溝通。智人透過合作和社會化取代了比自己強壯聰明的尼安德塔人。

• 結果：靈長類演化出直立行走、雜食、溝通及社會化。

Origin of Us: Bone

1. 六~七百萬年前：出現脊骨豎直的猿猴，能用雙腳站立(查德沙赫人)。
   1. 脊椎插入腦部的方向改變，使腦部發展的空間變大
   2. 直立使人空出雙手
   3. 骨盆變厚，難產率提高，提前生產，育幼期延長，幼童有更多時間在父母身邊學習文化。
2. 三百萬年前：為適應急速擴張的非洲草原，人猿腳踝成90度，穩穩站在地上(露西)
3. 一百五十萬年前：出現適應長跑的人種(直立人)
   1. 窄腰：可來回扭動，抵銷雙腳奔跑造成的不穩定性，保持平衡
   2. 大膝蓋：承受奔跑造成的衝擊
   3. 頸韌帶：在奔跑時固定頭部
   4. 臀大肌：人體最大的肌肉，提供奔跑的動力
   5. 脫毛與流汗：幫助人調節長跑的體溫

化學式

光合作用

1. 光反應：12H₂O +陽光→ 12H₂ + 6O₂
2. 碳反應：12H₂ (來自光反應) + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ (葡萄糖) + 6H₂O
3. 淨反應6CO₂＋12H₂O＋光能→C₆H₁₂O₆＋6O₂＋6H₂O

氧化鐵生成

化學式： 4Fe + 3O₂ + 3H₂O → 2Fe₂O₃‧3H₂O

甲烷水合物

錳核生成

錳核是海中的金屬碎片圍繞海床上砂礫等雜質沉澱而成的塊狀礦物。錳核的成分很多元，最常見的是錳、鐵和銅。錳核主要分布在太平洋和印度洋，其組成因地域有所差異。

世界錳核分布

各地錳核成分