地球是如何从熔火地狱变成宜居星球的？

1. 地球是如何从熔火地狱变成宜居星球的？

大约 46 亿年前，地球由太阳的原行星盘形成。一开始，它是一个有着灼热温度的熔融球体。随着时间的流逝，它冷却了，形成了坚固的外壳。最终，大气冷却，生命出现成为可能。 
  
  但是这一切是怎么发生的呢？大气中富含碳，必须在温度下降和地球变得适合居住之前去除碳。 
  
  所有的碳都去哪儿了？ 
  
  地球存在的最初 5 亿年被正式地称为冥王纪。这个名字来自希腊的冥界之神Hades。哈迪斯也是地狱本身的正式名称。 
  
  冥王纪 的名字恰如其分。即使在它开始冷却和凝固之后，地球仍然灼热。大气中的碳含量是当前大气碳含量的 100,000 倍。早期地球类似于金星，那里有厚厚的大气层捕获热量并保持高温。在冥王纪期间，地球表面的温度将超过 200 摄氏度。 
  
  在地球冷却之前，它必须从大气中清除大量碳。但科学家们发现将那时地球上的事件拼凑起来非常具有挑战性。因为地质证据很少。 
  
  但是一对研究人员认为他们对去除所有大气中的碳有了新的解释，它涉及一种不再存在的岩石。 
     
 
  
  
  一篇题为“潮湿的异质地幔在冥王纪期间创造了一个可居住的世界”的新研究文章介绍了该团队的发现。第一作者是加州理工学院的博士后 宫崎骏。另一位作者是耶鲁大学地球与行星科学教授 Jun Korenaga。《自然》杂志发表了这项研究。 
  
  “这一时期是地球 历史 上最神秘的时期，”Korenaga 在新闻稿中说。“我们提出了迄今为止最完整的地球最初 5 亿年的理论。” 
  
  在地球可以居住之前，必须发生一些事情。海洋必须形成，板块构造必须开始，温室气体必须迅速从大气中清除。“不管如何，必须去除大量的大气碳，”宫崎骏说。“因为没有从早期地球保存下来的岩石记录，我们着手从头开始为非常早期的地球建立一个理论模型。” 
  
  在地球的早期，它是一个岩浆海洋，一个熔岩球体，仅此而已。在这个阶段，行星是通过吸积形成的。在吸积过程中，随着时间的推移，材料聚集在一起形成一个大物体。地球需要 7000 万到 1 亿年的时间来组装。在那段时间里，小行星撞击地球，产生热量并使地球保持在熔融状态。 
     
  岩浆海洋是岩石行星生命中必不可少的阶段。液态允许较重的元素沉入核心，而较轻的元素“漂浮”在顶部。这就是像地球这样的行星如何分化为核心、地幔和地壳的方式。直到今天，外核仍然处于熔化状态，没有它，地球将没有保护性的磁层，也可能没有生命。 
  
  当地球的岩浆海洋凝固时，它向大气中释放了大量的温室气体。结果，地球早期的大气中含有大量的二氧化碳和水。这些气体有助于维持这颗年轻星球的极端气候。为了让这种气候在冥王纪的时间范围内变得更加温和，就地质而言，事情必须迅速改变。这些温室气体必须被清除，它们唯一的储存库就是岩石。作为地球碳循环的一部分，碳通过在海洋盆地中转化为碳酸盐矿物而被储存到岩石中。从那里，碳酸盐成为地幔的一部分。 
  
  但问题是所涉及的时间。碳封存必须非常有效。这一切是如何运作的？ 
  
  根据 Korenaga 和宫崎骏的说法，一种史前岩石在使地球适合居住方面发挥了作用。它们被称为高镁辉石岩。这两位研究人员说，今天地球上不存在这些岩石。但他们开发的快速碳去除模型——基于热力学、流体力学和大气物理学——表明这些岩石一定存在。他们甚至知道他们会是什么样子。 
  
  “这些岩石可能富含一种叫做辉石的矿物，它们可能呈深绿色，”宫崎骏说。“更重要的是，它们富含镁，其含量达到在当今的岩石中很少观察到的浓度水平。” 
  
  镁矿物与二氧化碳具有亲和力。它们形成碳酸盐，然后被隔离到地幔中。如果有足够多的高镁辉石岩，它们可能有助于解释地球大气中碳的快速去除。 
  
  但这只是对冥王期间地球大气地质快速转变的部分解释。富含镁的矿物质可能很丰富，但还需要发生其他事情。请记住，大气中的大量碳源于岩浆海洋的冷却。当它冷却和凝固时，它向大气中释放了大量的温室气体。 
  
  在冥王纪期间，地球有所谓的湿地幔。地幔是 3,000 公里厚的岩石层。湿地幔是一种含有高比例水的地幔。 
  
  地幔中含有大量的硅酸盐矿物，它们在冥王纪期间被熔化。水降低了硅酸盐的熔点，使更多的硅酸盐保持熔融状态。熔融物质中的对流意味着地幔经历了对流。这意味着潮湿的地幔经历了更多的对流，这将更多的富含镁的矿物质带到地表，在那里它可以与碳发生反应。实际上，地幔表面更快地自我回收，使新的镁更快地与碳接触。最终，碳从大气中被去除并被隔离到地幔中。 
     
  研究中的这个数字显示了岩浆海洋如何随着大气的演变而凝固。它只显示了浅地幔，而不是地幔的整个深度。地幔凝固从底部开始。(A) 上地幔有两个流变层，熔融主导层和固体主导层。(B) 随着时间的推移，以熔体为主的层减少，对流热通量直线下降。然后表面温度下降到材料变为固体的温度。(C) 最终喷发的熔体材料凝固，在顶部形成一种“帽”。这个岩石圈盖层产生了快速的构造板块运动，从而可以更有效地固碳。帽盖下方的地幔是干燥的，但地幔的较深部分仍然保持水分。这种水合作用使对流继续进行，使更多富含镁的矿物质暴露在富含二氧化碳的大气中，并提高了碳封存的速度。 
  
  为此，地幔必须是化学异质的。这意味着组成不是统一的，而是由不同的成分组成。
  如果地幔更均匀，大气可能不会冷却得如此迅速。那是因为更均匀的地幔不会形成促进板块快速运动的岩石圈盖层。一个均质化的地幔会形成一个枯竭的岩石圈盖层，但它会更厚。较厚的盖子会减缓板块运动，从而减缓碳封存。作者写道：“我们的研究结果表明，化学异质的地幔更适合在冥王纪末期创造宜居环境。” 
  
  第三件事必须发生，地球才能宜居。宜居性不仅需要活跃的板块构造和从大气中清除温室气体，还需要海洋。 
  
  作者开发的模型也解释了海洋的形成。非均质的地幔有更多的对流，这使更多的富含镁的岩石暴露在大气中。这就是从大气中去除温室气体，冷却到更现代的温度的原因。但地幔中更快速的对流也会向大气中释放更多的挥发物。他们解释说：“当大气中含有 200 巴的二氧化碳时，释放的挥发物的量“……超过 0.05 磅海洋质量的阈值以形成水海洋，因此在岩浆海洋凝固后立即存在海洋是合理的，”他们解释说。 
  
  更高的温度是个问题吗？温度高到足以使水蒸发，但压力也很高。“由于温室效应，地表温度超过了 100 C，但液态水却因大气压而稳定，”作者解释说。 
  
  这项工作还有另一个令人着迷的结果：该模型不仅展示了大气如何更快地冷却并变得可居住，它还展示了“奇怪的”富含镁的岩石如何在地球 历史 的早期创造了更多生物学所需的化学物质。 
  
  “作为一个额外的好处，早期地球上的这些‘怪异’岩石很容易与海水发生反应，产生大量的氢，这被广泛认为是制造生物分子所必需的，”Korenaga 说。 
  
  研究人员说：“化学异质地幔的地壳中富含铁的橄榄石含量高会促进蛇纹石化反应，这对地球上最早的生命具有重要意义。” 蛇纹石化是指海水与超镁铁质岩石接触。蛇纹石化产生氢气，然后将大气中的二氧化碳还原为甲烷。早期的生命形式依赖于甲烷。“蛇纹石化通过减少水释放氢气和甲烷，甲烷的厌氧氧化被认为在光合作用开始之前支持了新生的生命形式。 
  
  古地壳中生物分子的蛇纹石化和产生类似于位于大西洋的一种罕见的现代深海热喷口，称为失落之城热液场。科学家们对失落的城市热液场非常感兴趣，因为它可以非生物产生氢气和甲烷。科学家认为那里发生的蛇纹石化与早期地球相似。与早期地球一样，失落之城也产生微生物生命所必需的氢气和甲烷。一些科学家认为地球上的生命可能起源于古老的通风口，例如失落之城的通风口。 
     
  失落之城 烟囱一侧的一个 5 英尺宽的法兰或壁架顶部是树枝状碳酸盐生长物，这些生长物是在富含矿物质的排放流体渗入法兰并与冷海水接触时形成的。 
  
  “我们的理论不仅有可能解决地球如何变得可居住的问题，还可以解决为什么生命会出现在上面，”Korenaga 在宣布他们工作的新闻稿中说。

2. 地球是如何从一颗“火球”，变成宜居星球的？

地球是如何从一颗“火球”，变成宜居星球的？目前除了地球以外，暂时未发现可供生物生存的星球。而比较适合生命生存的，目前只有火星和Kepler-78b。火星位于太阳系，是距离地球最近的行星。火星自转周期和公转周期与地球类似，一年有四季，有微薄的大气层，属于类地行星。但火星的自然条件不足以让生物生存，需要人工改造。Kepler-78b是美国麻省理工学院在2013年发现的一个星球，距离地球700万光年。Kepler-78b无论是质量，大小，成分都与地球类似，相似度甚至超越火星。但是Kepler-78b距离地球太远，因此从移民角度考虑，Kepler-78b并不是第一选择。

就目前来讲，人类所在的地球仍然是宇宙中唯一拥有生命的星球，所谓的月球、火星，甚或木卫三之类的星球探索还只是理论上的猜想。放眼整个宇宙，应该是有众多的宜居星球存在，我们的地球定不会孤独，就在当前，科学家们在太阳系外就已经找到至少数千颗位于恒星宜居地带的行星存在，也许在不远的将来，人类能够突破眼前，在太阳系外找到更好的第二家园。

事实上除了地球，哪里都不适合人类居住。但是如果真的考虑外星居住，火星可能在太阳系内最为理想。 理由有三：首先火星的温度相比其它星球最适合人类。平均温度在零下四十摄氏度左右，但是人类可以居住在火星的赤道附近，平均温度在冰点左右，夏季可以最高达到二十摄氏度。而月球的昼夜温差超过了两百摄氏度，根本无法居住。（和月球没有大气层有关系） 其次，火星拥有较充足的大气层，虽然都是二氧化碳和少量氮气，但是最少可以阻挡不少来自宇宙中的辐射和小陨石的撞击。如果在月球就会裸露地被任何宇宙辐射源所辐射，最小的沙子一般的空间物质也会砸到表面。

可以利用为电能的来源。火星的两极有大量的冰。在远古时期，火星的温度比现在暖，水曾经以液体的形式存在过。（火星有大量的远古干河）后来火星慢慢地变冷了，在两极的降雨就凝固而不会流走。长期以来就全部停留在了那里。人类大可利用这些水资源。当然是月球啊 目前对月球的研究更多一些，当然活性也不是没有可能月球，因为他比较近。火星.只有火星存在水的可能.而月球虽然近,但也不见得可以住人.火星，月球只是一个卫星，所有人类生存所需都缺乏月球和火星哪个更适合人类居住。

3. 要让火星像地球一样宜居，哪些方面需要发生改变？

想要将火星地球化，一些难题不是当前人类科技能够解决的，但在未来，随着人类科技的进步，相信这些问题都会得到解决，火星也有可能会成为人类的第二家园。地球化火星可能需要改变以下一些方面：

一、火星磁场火星在很久以前，曾经有和地球相似的自然环境，同样有厚厚的大气层和液态水。但如今火星上的大气层已经非常稀薄了，这是因为火星大气层失去了保护，火星的磁场已经消失了，无法偏离太阳风，致使太阳风不断地将火星大气层和液态水给刮散到太空中。
根据一些仪器的检测，火星上这种太阳风刮走大气层的事情还在发生中，如果不解决这个问题，地球化火星就是空谈。
科学家们认为，要解决火星的磁场问题，必须在火星和太阳之间的一个合适点上，建造一个人工磁场，这个磁场强度大约要达到2,000 高斯，就可以让太阳风完全偏离火星。但是，这样的人工磁场，人类还不具备建造的能力。

二、重建大气层给火星建造了人工磁场之后，那就可以开始着手重建火星的大气层了，火星的温度也会同时发生改变。
而首先要解决大气层气体的来源，马斯克的想法是用大量核弹轰击火星的两极，让火星两极的大量固态二氧化碳气化，形成比较厚的大气层。
但有科学家进行了计算，认为火星两极二氧化碳的总量太少，难以形成足够厚的大气层，增加的气压有限，不足以维持液态水的存在。

即使将火星表面土壤中所有的二氧化碳都气化，形成的大气压也只会是地球大气压的10~14%，还不足以维持火星地表有液态水存在。
如果火星地表二氧化碳的数量不够，只能寄希望于火星深处的二氧化碳，但是如何开采是一个巨大的难题。当然，也有人提出引导小行星撞击火星，带来足够的气体和水。

三、大气层改造地球大气成分大约是由氮（78%）、氧（21%）、氩（1%）、以及大约万分之三的二氧化碳等组成。而火星上微弱的大气层由二氧化碳（95%）、氮气（3%）、氩气（1.6%），以及极其微少的氧气和甲烷组成。
这需要将火星大气层中的二氧化碳转化为氮和氧。在地球上，蓝藻负责通过光合作用，在大约 25 亿年前，将甲烷、氨和其它气体转化为今天的富含氧气的大气层。

在火星上将二氧化碳分解成氧气，蓝藻不一定行，那就需要大量能分解二氧化碳的机器，人为地将二氧化碳分解为氧气。当然使用其它合适的微生物来分解，也不是不可能，但是研究数据认为，这个过程需要几千年的时间，似乎有些漫长。
有一个巨大的问题是，大量的氮气从何而来？而这种气体是人类呼吸不可缺少的成分。一种可能就是让富含氨气的彗星撞击火星，最后氨气转化为氮气。
只有将火星的大气成分改造到接近地球大气层，人类能够脱下宇航服呼吸，那大气层就算改造成功了。

四、绿化火星经过前面三个步骤，火星上有了适合的大气层、温度、液态水，这样的环境已经基本上接近地球了，那接下来就是全面绿化火星的过程了，这个步骤相对容易一些，不存在不可克服的难题。
五、火星重力火星的重力大约只有地球的三分之一，长期处于微重力状态会导致人体出现健康问题，重力和火星的质量有直接关系，这一点不是靠科技能解决的，那只能利用人造重力设施了，但目前人造重力还是一个研究方向，还没有完全实用化的装置，有待对这项技术进行攻克。

4. 宜居星球坐实了，人类在火星发现了什么？

欧洲航天局（European Space Agency）发射了火星快车（Mars Express），搭载了一架兔子2号着陆器，该着陆器在着陆后未能与地球通信。第二年，火星快车在火星南极发现了冰水。这是人类首次在火星表面发现水。美国发射了凤凰号，它于2008年5月降落在火星北极。五个月后，NASA宣布与他失去联系。什么是有机盐？简单来说，有机酸、生物碱适当中和盐的生成。在地球上，许多生物可以使用有机盐作为能源。



美国宇航局的科学家认为，火星上的有机盐可能与火星上的地质运动有关，简言之，是在火星演化过程中形成的化学残留物。除非探测车在火星上发现相对复杂的生命化石，否则可能真的需要十年的时间，在NASA从火星取样回来之后，我们才能在实验室里确定。
这似乎与火星生命无关吗？然而，研究人员表示，火星上有机盐的发现也可能是火星上存在古代生命的证据，例如，火星上早期生命活动的遗留物，如火星微生物。当火星探测器登陆火星时，科学家们发现火星上的岩石层中有有机分子，他们至少在40亿年前在火星上制造了有机分子。那是什么主意？火星至少在40亿年前是可居住的。

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5. 新理论试图解释地球如何从一颗“火球”转变为宜居的星球

  耶鲁大学和加州理工学院的研究人员有一个大胆的新理论来解释地球是如何从一个火热的、被碳云笼罩的岩石星球转变为一个能够维持生命的星球。 该理论涵盖了地球最早的年代，涉及到 “奇怪的”岩石，这些岩石与海水发生了恰到好处的互动，推动了生物物质的存在。
      耶鲁大学地球和行星科学教授、《自然》杂志上一项新研究的共同作者Jun Korenaga说：“这个时期是地球 历史 上最神秘的时期。我们提出的是迄今为止关于地球最初5亿年的最完整的理论。”
   该研究的第一作者是Yoshinori Miyazaki，他曾是耶鲁大学的研究生，现在是加州理工学院的斯坦贝克博士后研究员。这项研究是基于Miyazaki的耶鲁大学论文的最后一章。
   大多数科学家认为，地球开始时的大气层很像金星的大气层。它的天空充满了二氧化碳--是目前大气中碳含量的10万倍以上--而且地球的表面温度会超过400华氏度。科学家们认为，在这样的条件下，生物生命将无法形成，更不用说生存。
   Miyazaki说：“不知何故，大量的大气碳必须被移除。因为没有从早期地球保存下来的岩石记录，我们开始从头建立一个非常早期地球的理论模型。”
      Miyazaki和Korenaga结合了热力学、流体力学和大气物理学的各个方面来建立他们的模型。最终，他们确定了一个相当大胆的主张：早期地球被目前地球上不存在的岩石所覆盖。
   Miyazaki说：“这些岩石本来富含一种叫做辉石的矿物，而且它们可能具有深绿色。更重要的是，它们的镁含量极其丰富，其浓度水平在现今的岩石中很少观察到。”
   Miyazaki表示，富含镁的矿物与二氧化碳反应，产生碳酸盐，从而在封存大气中的碳方面发挥了关键作用。
   研究人员认为，当熔化的地球开始凝固时，它的水合湿地幔--这个星球3000公里厚的岩石层--进行了剧烈的对流。湿地幔和高镁辉石的结合极大地加快了将二氧化碳拉出大气层的过程。
   事实上，研究人员说，大气中的碳封存速度比现代岩石地幔的速度快10倍以上，只需要1.6亿年。Korenaga说：“作为额外的奖励，早期地球上的这些‘怪异’岩石很容易与海水发生反应，产生大量的氢气，人们普遍认为这对创造生物大分子是必不可少的。”
   这种效应将类似于一种罕见的现代深海热喷口，称为“失落之城”热液场，位于大西洋中。“失落之城”热液场的氢气和甲烷的非生物生产使其成为调查地球上生命起源的主要地点。
   Korenaga补充说：“我们的理论不仅有可能解决地球如何变得适合居住，而且还有可能解决地球上出现生命的原因。”
   美国宇航局（NASA）和美国国家科学基金会的拨款帮助资助了这项研究。

6. 火星与地球同处宜居带，为何却一片荒凉？

火星的昼夜交替、公转周期和地球都非常接近，但却没有一点生命存在过的迹象。
  
 通过探测器发现的证据表明，火星也曾有一段古老的 历史 。火星曾经有水且温度适宜，而且还有大气，此种条件火星过去应有生命，但现在却毫无生机。
  
 一项研究指出，岩石行星的体积或许有一个临界值，来保持足够的水，从而支持其宜居性和板块构造。火星过小的体积并不能保存大量的水，没有板块构造也对火星的生命演化影响深重。
  
 最关键的是火星的磁场不知在什么时候被摧毁了，导致太阳的强烈紫外线直接照射在火星的地表上面。可能在40亿年前火星和地球一样是存在生命的，但是不知道什么原因导致火星磁场减弱，最后彻底消失。
  
 现在的火星遍地砂砾、寸草不生。随着人类对火星的积极 探索 ，或许未来能创造出和地球相同的生态环境，成为人类的第二大宜居星球。

7. 假如火星在地球所处的宜居轨道，会不会变成第二个地球？

火星的确有着变成第二个地球的可能，但这途中，是少不了人类的干预的！我们都知道，现如今人类所居住的地球，可以说是宇宙茫茫星海里最得天独厚的一个星球。地球不仅拥有着完美，成熟的引力系统；各方面的条件，几乎都处在了最适合生命繁衍的状态。
三光年的太阳系，也只有地球位于太阳一点五亿公里之外的“宜居带”上。因此，八大行星里，地球是“文明的孤岛”。不过，火星和地球，其实也拥有着许多的类似之处。

比如说，火星上丰富的水资源储藏；火星上完整的昼夜循环系统，与地球几乎一模一样的四季更迭；因此，很多人都有这样的疑问：假如让地球和火星“换个位置”的话，火星位于太阳系的宜居带上，那么，它有没有可能随着时间的推移，取代了地球呢？
这是一个非常有趣的问题。实际上，如果我们等到十亿年之后，那么，不用让火星和地球“换位置”，火星自己就会变成太阳系宜居带里的一员。因为，太阳目前正在逐步的老化；

随着它核聚变的加速，地球将不再适应人类生存，反之，火星上则“冬暖夏凉”，热量环境会达到一个比较好的状态。到时候，大量的阳光和足够的温度，足以让火星深藏地底的各类冰川融化；
从而，形成火星上的大气层，从而弥补他如今最大的缺陷：稀薄的大气。但是，如果有一点得不到修正的话，火星上仍然不可能孕育出生命；人类也不可能会在火星上生存。

这是因为火星上非常残缺，甚至少的可怜的磁场。这点，必须要让其他文明，也就是人类加以干预才行。等到我们把火星上的磁场造完之后，它就能成为第二个地球了。

8. 火星、地球、金星都位于宜居带，为什么只有地球演化出了生命？

当你坐在电脑前悠闲地看连戏剧时，有可能想过头顶有一颗陨石正在朝你飞来吗；当你朋友在逛街买衣服正烦恼着要选哪一件时，有想过脚下的地面会突然裂开迸出岩浆吗；当你睡醒一觉起来时望向窗外；有想过太阳突然消失不见周围全是冰天雪地吗——不，你当然不会想那么多，就算你曾经幻想过，也会有人跳出来阻挠你的想法，说是你是杞人忧天，然而，你可曾想过，你现在活着的每一分每一秒其实都是奇迹，而不论宇宙天体万物变换是多么地神奇多端，而就人类而言，人类的存在本身就是一个最伟大的奇迹。

1. 宇宙给与的条件
地球非常幸运地降生在了太阳星，而且就地球所处的位置而言这也是独一无二的，如果我们的地球离太阳太远，我们就无法获得足够的光和热，地球就会被大部分冰层所覆盖；如果我们离太阳太近，那几百万摄氏度的高温会使地球变成一个巨大的烤炉，水分也会被蒸干；如果地球处在陨石带，那人类和动物就要时刻面临着陨石的撞击，居无定所，难以安眠。

2. 地球自身的条件
地球曾经经历过几次陨石的撞击，只是地球自身的地壳运动掩盖了痕迹，然而几次撞击都因祸得福，陨石的碎片由此形成了月亮，使得地球的温度更加稳定。放眼宇宙，在任何一个星球都难以找到像地球这般完美的四季，并且地球的每一个季节都有它所存在的意义，它像是故意安排好一样，生物也在地球合宜的环境下得以生存发展。

谁也不敢说其他星球上没有生命。黄石公园的温泉里都有细菌（90度！），可能其他星球上也有，比如冥王星的冰层下面，只不过不发达只是很原始的生物。这个问题，既然你我都已经存在了，那就是说，这是地球历史上一连串不可思议的巧合和运气的必然结果。从无到有似乎不可能，但确实发生了，只能是一小袋非常偶然的情况下形成的有机物，抽动了一下，变成了活的。大体上来说，使我们合适的位置、合适的时间、合适的一切~~~~~~其中包括侏罗纪那块是的恐龙灭绝的陨石。要彻底高清这个问题，你最好去买一本书。比尔.布莱斯的《万物简史》接力出版社