原始地球的演化與地質歷史全攻略：熔融火球分層、大氣海洋三階段演變與大考題型解析 | 莫斯利自然科學
在 46 億年前，我們的地球剛誕生時，只是一顆充滿劇烈撞擊與高溫的熔融火球。究竟這顆炙熱的荒涼星球，是如何歷經重力收縮、地函與地核的分層、火山噴發釋出原始大氣、水氣凝結成汪洋，甚至孕育出繁盛的生命？
一、 固體地球的演化程序
固體地球演化階段 | 時間 | 說 明 |
地球初生成，地球增溫 | 46 ~ 45 億年前 | 1. 重力收縮帶來能量轉換（增積作用）。 2. 放射性元素進行核衰變，釋出大量熱能。 3. 小天體（小行星及隕石）撞擊，碰撞產生許多熱能。 |
地球呈現熔融狀態，物質分層，而後固態地殼生成 | 45 ~ 44 億年前 | 地球因高溫引發全部熔融，形成岩漿海。熔融狀態的地球，密度較大的金屬如鐵、鎳，下沉至地心形成地核；密度略小的橄欖岩質物質，形成地函；密度較小的物質，如矽鋁氧化物（岩石）則在地表凝固，形成地殼。 |
二、 大氣與海洋的演化
大氣演化階段 | 時間 | 大氣成分變化 | 演化說明 |
最原始大氣 —— 地球初生成 | 46 ~ 45 億年前 | 氫氣、氦氣為主 | 由於質量較小，地球引力無法吸引，及表溫高因生素，受熱後分子運動速度快，從地球逸散到外太空。 |
原始大氣 —— 火山活動 | 45 ~ 43 億年前 | 岩漿釋出氣體補充，主要成分轉為水氣、氮氣、二氧化碳、氨氣及二氧化硫等，以二氧化碳為主的大氣形成。 | 地球持續降溫，固態地殼生成，大量火山噴發，岩漿釋出氣體補充，形成以二氧化碳為主的大氣。 |
水氣凝結 —— 海洋生成 | 40 ~ 38 億年前 | 水氣、二氧化碳逐漸減少 | 1. 地表溫度逐漸降低，大量水氣冷卻凝結成雨水，聚集低窪處，累積成原始海洋。 2. 二氧化碳隨雨水溶入海水中形成碳酸根離子，與鈣離子結合形成石灰岩沉積於海床。 |
生物作用 —— 氧氣逐漸增多 | 38 億年前之後 | 氧氣逐漸增多，氮氣成為大氣中主要氣體 | 1. 藉藍綠菌及其他植物光合作用，不斷將二氧化碳轉換成氧氣。 2. 原始大氣中大部分的二氧化碳因此移除。 |
氧氣足夠 —— 臭氧層形成 | 4 億年前 | 以氮氣、氧氣為主的大氣 | 當大氣中氧氣足夠，氧氣受紫外線照射分解後合成臭氧，臭氧層因此形成，可隔絕陽光中大部分紫外線。 |
三、 地球歷史上生物圈發生的重大事件（地質年代與事件表）
地質年代（宙 / 代） | 時間（百萬年前） | 代表標準化石 | 重要地球歷史事件時間（百萬年前） | 說 明 |
冥古宙 | 4600 ~ 4000 | — | 4600 | 地球生成 |
冥古宙 | 4600 ~ 4000 | — | 4500 ~ 4300 | 地球內部分層，形成地殼；原始大氣起源 |
太古宙 | 4000 ~ 2500 | 疊層石 | 4000（40 億年） | 原始海洋起源 |
太古宙 | 4000 ~ 2500 | 疊層石 | 3800（38 億年） | 最早生命出現 |
太古宙 | 4000 ~ 2500 | 疊層石 | 3500（35 億年） | 疊層石（藍綠菌）出現，而後繁盛，藉光合作用增加大氣中的氧含量 |
元古宙 | 2500 ~ 541 | — | 2500（25 億年） | 帶狀鐵礦床大量形成 |
元古宙 | 2500 ~ 541 | — | 1000（10 億年） | 少量真核細胞生物出現 |
顯生宙 - 古生代 | 541 ~ 252 | 三葉蟲 | 542 | 生物大量出現（寒武紀大爆發） |
顯生宙 - 古生代 | 541 ~ 252 | 三葉蟲 | 約 400（4 億） | 臭氧層生成，地表紫外線減弱，生物登陸 |
顯生宙 - 中生代 | 252 ~ 66 | 恐龍 | 251 | 盤古大陸形成，而後漂移形成各大陸 |
顯生宙 - 中生代 | 252 ~ 66 | 恐龍 | 65.5 | 恐龍絕跡 |
顯生宙 - 新生代 | 66 ~ 0 | 大型哺乳類生物 | 2.6 | 人類出現，主宰現球 |
四、 講義精選例題解析：太陽系、固體地球與大氣演化綜合判斷
【題目】 下列有幾項太陽系、固體地球、大氣、海洋上發生事件以及生物演化事件，請依據說明回答 1. ~ 5. 題： (A) 太陽以外物質因重力聚集成行星或衛星 (B) 太陽系雲氣、塵埃因為重力聚集，形成圓盤狀太陽星雲 (C) 太陽系中心溫度因聚集上升，太陽內部開始進行反應，發出光和熱 (D) 太陽系內物質受太陽風吹拂，物質分離，岩石金屬富集於內圈，氫氣、氦氣等氣體大量分布於太陽系外圍 (E) 地球降溫，固態地殼生成 (F) 地球降溫，海洋生成 (G) 地球上臭氧層生成，隔絕陽光中大部分紫外線 (H) 高溫造成地球呈熔融狀態 (I) 地球物質移動分層，造成地殼、地函及地核物質不同 (J) 地層中出現大量赤鐵礦（帶狀鐵礦床） (K) 藍綠菌出現，行光合作用，生成氧氣 (L) 陸地上出現節肢動物，如蠍子等生物
(1) 太陽系內發生四個事件的順序為何？ (A) BDAC (B) BCDA (C) DABC (D) CBAD (E) CABD (2) C 事件中太陽發出光和熱，主要是下列何種反應所致？ (A) 物質三態變化 (B) 核融合反應 (C) 核分裂反應 (D) 化學反應 (E) 燃燒作用
(3) 固體地球、大氣、海洋發生的五個事件，其順序為何？ (A) IHFEG (B) HIGEF (C) HIEFG (D) EFGHI (E) IEHFG
(4) 地球大氣演化可區分成三大時期，組成分別是：(甲)氮氣、氧氣組成為主；(乙)二氧化碳、氮氣、水氣為主；(丙)氫氣、氦氣、甲烷為主。依據三大時期順序何者正確？ (A) 甲乙丙 (B) 丙乙甲 (C) 丙甲乙 (D) 乙丙甲 (E) 甲丙乙
(5) 下列哪一個事件的發生，使大氣中二氧化碳含量快速減少，且形成大量石灰岩沉積？ (A) K (B) F (C) E (D) J (E) I
【詳細解析】
解析 (1) 太陽系生成順序： 首先雲氣塵埃因重力聚集形成圓盤狀太陽星雲 (B) →中心溫度聚集上升，引發核融合發光發熱 (C) →物質受太陽風吹拂造成物質分離 (D) → 太陽以外物質因重力聚集成行星或衛星 (A)。故順序為 B →C→D →A，答案選 (B)。
解析 (2) 太陽發光發熱的反應： 恆星發光發熱的核心機制是內部的氫原子核進行核融合反應，答案選 (B)。
解析 (3) 固體地球、大氣、海洋發生事件順序： 高溫造成地球呈熔融狀態 (H) →物質移動分層，形成地殼、地函及地核 (I) →地球降溫，固態地殼生成 (E) → 地球降溫，海洋生成 (F) →臭氧層生成 (G)。故順序為 H→ I → E → F→ G，答案選 (C)。
解析 (4) 大氣演化三大時期順序： 演化順序為最原始大氣（以氫、氦、甲烷為主，即丙）→原始大氣火山期（以二氧化碳、氮氣、水氣為主，即乙）→生物作用與現代大氣（以氮氣、氧氣為主，即甲）。故順序為 丙 →乙 →甲，答案選 (B)。
解析 (5) 二氧化碳快速減少與石灰岩沉積： 當水氣冷卻凝結成海洋（事件 F）時，大氣中的二氧化碳大量溶入海水形成碳酸根離子，與鈣離子結合形成石灰岩沉積，答案選 (B)。
五、 莫斯利重點整理
固體地球分層的物理機制： 早期地球靠著重力收縮能、放射性元素核衰變及小行星隕石撞擊累積巨大熱能，使全球呈現熔融狀態。此時發生「重力分異」，密度大的鐵、鎳下沉至地心形成地核，輕的矽酸鹽留在表層形成地殼。
大氣成分的三代轉變：
第一代（最原始）：氫氣、氦氣（輕氣體因引力小而逸散至太空）。
第二代（火山期）：二氧化碳、水氣、氮氣（由大量火山噴發氣體釋出補充）。
第三代（生物作用後）：氮氣、氧氣（藍綠菌光合作用使氧氣暴增，進而形成臭氧層）。
海洋對碳循環與氣候的調節： 早期大氣中充滿溫室氣體二氧化碳，當海洋生成後，二氧化碳大量溶入海水中並轉化為碳酸鈣沉積成石灰岩，這不僅調節了地表溫度，也奠定了穩定的海洋生態與後續生物登陸的基礎。
