20億年前的地球是什麼樣的？

地球已經有45.7億年歷史了，20億年前的時候地球25.7億歲。科學家為了更好地描述地質史，對地質年代進行了劃分，由大到小是：宙—代—紀—世。例如，地球分四個宙：冥古宙、太古宙、元古宙和顯生宙，恐龍時代是顯生宙—中生代—侏羅紀和白堊紀，我們目前處在顯生宙—新生代—第四紀—全新世。20億年前地球處在元古宙—古元古代—造山紀。

一天15個小時

45.3億年前，太陽的一顆行星——忒亞星與地球相撞，被地球俘獲成為衛星，就是我們的月球。從此以後地球的自轉軸穩定下來，但自轉也因月球的潮汐作用越來越慢。20億年前，地球的一天——也即自轉周期，大約15個小時，相應的，一年有590天。

太空中看地球和月球

月球的公轉也在逐漸放緩，並且以每年3.8厘米的速度遠離地球，現在月球離地球38.4萬千米，20億年前只有大約一半，當時的潮汐作用一定更頻繁而且強烈，漲潮時漲得更高，退潮時退得更遠。

原核生物向真核生物過渡

20億年前的地球還沒有動物和植物，但也並非完全不毛之地。地球上最原始的生命，早在元古宙之前的太古宙就在海洋中誕生了，距今已有38億年，當時是一些厭氧的細菌，屬於原核生物，即沒有細胞核的生物。

低等真核生物草履蟲，細胞核清晰可見

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早期生命進化非常緩慢，十幾億年都沒什麼變化。過去有觀點認為最早的真核生物（具有細胞核的生物，我們人類和動物、植物都是真核生物）出現於16億年前，但一塊21億年前的化石上就有了類似於藻類的生物，這意味著真核生物的出現比我們之前認為的早得多。

細胞的能量中心：線粒體

20億年前，一種真核厭氧生物吞噬了一種變形菌，但沒有徹底將其消化吸收，被吞噬的細菌仍在主體細胞里存活和繁殖，最終形成了內部共生關係。被吞噬的細菌最終成為真核生物的一個細胞器，作為呼吸中心和產能中心，這就是線粒體。

大氣的改造

今天金星和火星的大氣中95%以上都是二氧化碳，早期的地球也是這樣的。後來能進行光合作用的藍細菌出現，消耗二氧化碳產生氧氣。這最初沒有引起大氣中氧濃度的上升，因為海洋中溶解了大量的二價鐵，這些亞鐵離子將氧氣還原生成鐵氧化合物，沉澱于海底，淺綠色（亞鐵離子的顏色）海洋逐漸變得清澈，光合作用得以在更深的水層中進行。

大氧化之前形成的鐵礦床

海洋中亞鐵離子的耗盡用了十幾億年，到距今24億年前左右，亞鐵離子完全被氧化，氧氣開始溶解于海水，並釋放於大氣。大氣中氧含量達到了4%（今天是21%），這稱為大氧化事件。氧氣對當時的厭氧生物來說是有毒的，大量厭氧生物死亡，只有極少數適應有氧環境活了下來，好氧生物開始繁盛。

地球的大氣

融化的雪球

從地球誕生到20億年前，太陽光強度比今天暗弱30%到20%，要不是溫室效應，地球可能常年都是零下幾十攝氏度，液態水凍結，生命將難以維持。所幸當時地球的大氣含有大量的二氧化碳和甲烷（如今二氧化碳只占0.03%，甲烷微乎其微），這些是非常強大的溫室氣體，維持了地球的溫暖環境和液態水，生命得以生存繁衍。

然而，藍細菌不斷消耗二氧化碳產生氧氣，大氣中的氧氣又緩慢地將甲烷氧化。距今24億年前，隨著溫室氣體的減少，加上當時太陽光強度只有今天的85%，幾萬年間地球溫度就下降到了-50℃，整個地球被冰封，地球進入第一個也是持續時間最長的冰期——休倫冰期，從距今24億年前持續到21億年前，長達三億年。

北極冰川，休倫冰期整個地球都是這樣

白雪皚皚的地球將更多太陽光反射回太空，形成了正反饋效應，地球變冷的趨勢似乎不可逆轉。所幸地球內部依然活躍，火山釋放的二氧化碳和甲烷終於有一天衝破了冰蓋，這些溫室氣體幾萬年就將地球解凍。

20億年前，雪球地球已經解凍，地球處於間冰期，但從大氧化事件到6億年前，地球一直處在一個相對較冷的狀態，經歷了多次從冰封到解凍的過程。

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哥倫比亞超大陸的誕生

早期地球內部比現在熱，火山遠比今天活躍，當時地質構造有兩種運動方式：垂直運動和水平運動。垂直運動是大陸板塊內部的沉陷，而水平運動是大陸板塊的碰撞。從25億年前元古宙開始，地質構造垂直運動不復存在，只剩下水平運動一種了，各大板塊得以逐漸穩定。

距今21億年前到18億年前，發生了第一次全球規模的板塊碰撞和造山運動，結果是形成了地質史上第一塊超大陸——哥倫比亞超大陸。當然，這塊超大陸上沒有任何生命，甚至連土壤都沒有，是一片岩石的世界。在這之後不同板塊又經過了多次的分分合合，海陸布局才成了現在這個樣子。

哥倫比亞超大陸

值得一提的是，距今20.2億年前，一顆很大的小行星——遠大於造成恐龍滅絕的那顆，撞擊到今天的南非位置，產生了弗里德堡隕石坑，這是地球上已知最早而且最大的隕石坑。隕星產生的塵埃遮天蔽日，想必當時有不少原始細菌因此而滅亡。

弗里德堡隕石坑

總 結

一天只有15個小時，以二氧化碳、甲烷為主的大氣正在被改造為以氮氣、氧氣為主，最原始的真核生物已經出現，線粒體剛剛在細胞中安家，大量厭氧細菌已經消亡，好養細菌正在繁盛，走出休倫冰期的雪球地球已經融化，大規模的板塊碰撞和造山運動正在發生，哥倫比亞超大陸即將形成，這就是20億年前的地球。

20億年前的地球，看似一片荒蕪，實則生機勃勃，生命賴以生存的海洋廣袤無垠，氧氣越來越豐富，太陽光線越來越溫暖，原始生命生生不息，更複雜的生物正在某處孕育，一切都在向好的方向發展。