地球的變化與各種顏色的關係（地球簡史之地球的顏色）

2023-05-31 02:46:21

地球簡史

地球的顏色

作者：泡爹

隨著九月份的開學，泡哥升入了初中。

初中階段，學校會開設歷史、地理、生物等新的課程。

為了配合孩子的成長和學校的教學。

從這一節開始，泡爹會同大家一起，跳出我們之前講的中國古代史的範疇，開啟一次「大歷史」的旅行（《地球簡史》系列）。

既然叫「大歷史」，那就一定得有個相對宏觀的視角。

所以，泡爹先問同學們一個需要大視角的問題：

我們的地球，從外部（太空）看是什麼顏色的？

泡哥：「藍色的！」

沒錯，地球是個藍色的星球，我想這個問題對大家來說並不難。

要想弄明白天空為什麼是藍色的，我們首先得明白一個道理：我們周圍的事物之所以顯現出顏色來，僅僅是因為陽光照射著它們。雖然陽光看上去是白色的，但白光其實是：赤、橙、黃、綠、青、藍、紫，各種色光的集合。

如果你不信，彩虹可以作證。

不同顏色的光具有不同的「波長」，按照從紅到紫的順序，光的波長逐漸變短。

這類似於水面的「波紋」，大石子激起了大波浪，小石子激出了小波紋。

如果你把光線設想為波浪，泡爹接下來的敘述大家就比較容易理解。

光的傳播很像波浪，所以與波浪傳播時類似，光在前進的路上也難免會遇到一些障礙物。

如果你有過在海邊或湖邊觀察波浪的經驗，你肯定會注意到：

前進的波浪如果碰上一塊小石子或一個別的什麼比這個波浪小的障礙物，那麼波浪會輕鬆地越過障礙物繼續向前運動。

如果前進的波浪碰到的障礙物是一塊大礁石或其他大的障礙物，它們就會被反彈回來，改變了波浪的方向。

光的傳播也同樣遵循這樣的規律。

當陽光從太空照向地球是，進入大氣層後，光就不幸遇上了障礙物——大氣層。

大氣層裡的空氣並不是空的，它由很多很多微小的微粒組成。

其中百分之九十九不是氮氣便是氧氣。

氧氣和氮氣微粒的大小很小，就像是一大堆小的礁石。雖然阻擋不了波長比較大的紅光、黃光、綠光啥的，但剛好能阻擋住一部分波長較小的藍光和紫光。

波長較小的藍、紫光從這些眾多的小「絆腳石」上彈回，自然也就改變了自己的方向，將天空染成了蔚藍色（藍光紫光）。

以上講的這種現象叫做「散射」。

發現這種「散射」現象的科學家叫瑞利，他是在100年前發現的，所以光的這種散射也被稱作「瑞利散射」，瑞利也因此獲得了《諾貝爾獎》。

過去有一種說法：天空的藍色是由於「大氣中的塵埃以及其他微粒散射藍光的能力大於散射其他波長較長的光子的能力」造成的。

這個說法顯然是不對的。

以我們近幾年深惡痛絕的「霧霾」為例就可以輕鬆地證偽他。

下次，等PM2.5之類的空氣汙染指數再次爆表時，請大家抬頭看看天空是什麼顏色。

如果上面的說法是正確的，那霧霾爆表的時候我們應該看到是比平日更藍的天空。

這顯然是不可能的。

以我們近些年久經霧霾肆虐的經驗來看。

霧霾天的時候，大家所看到的天空，應該是白茫茫的一片才對。

這是因為：

可見光的波長為400納米~700納米，而PM2.5的直徑為2.5微米，也就是2500納米，這個尺寸對於可見光來說無異於龐大到無法逾越的障礙物。當可見光遇到霧霾天的時候，無論是赤、橙、黃、綠、青、藍、紫的哪種光，都會統統被散射。

「集體撞牆」的結果就是，散射出來的還是集體——白光。

所以，我們可以篤定地說：

空氣分子和瑞利散射一同造就了天之藍，天之藍造就了海之藍，海之藍塑造了地球之藍，這才使得地球變成了一顆美麗的藍色星球。

弄懂了現在的地球為啥是一個藍色的星球後，接下來，泡爹又有一個問題要問大家：

現在顯示為藍色的地球，過去一直都是這個顏色的嗎？

如果不是，那他曾經展現過哪些色彩呢？

關於這個問題，泡爹問過很多人，發現，不僅很多小朋友不知道答案，其實就連很多成年人也會被問得一頭霧水。

所以接下來，泡爹就按時間的順序，給大家介紹一下，地球那曾經「色彩斑斕的過去」。

1、紅色胚胎期：

如果泡爹告訴你，地球曾經一度像一顆被燒得通紅的鐵球，表面布滿了炙熱的巖漿，地表溫度高達1200℃。

除了地表炙熱的巖漿外，空氣中還充滿了有毒的大氣，任何生命都不可能在他上面生存。

我想這樣的地球對很多人來講，都會覺得難以接受，可46億年前的地球卻真的就是這個狀態。

那時的太陽系剛剛形成不久，地球也是剛剛生成，地球從太空看過去，就像一個紅褐色的火球，我們權且把這一時期叫做地球的「紅色胚胎期」吧。

2、黑色幼年期：

時間可以讓人成長，地球雖然不是人，但也沒例外。

「胚胎期」的地球能量十足、布滿巖漿，但經過7、8億年的不斷冷卻，慢慢的那個躁動不已的地球逐漸地安靜了下來，曾經流淌在地球表面的熔巖逐步地冷卻固化，到了39億年前，地球的表面就形成了一個由巖石構成的薄薄的地殼。

這時的地殼就像一層雞蛋殼，雖然包裹在他內部的依然是那些躁動不安的巖漿，但至少從表面看他比之前「成熟」多了。

黑色的著裝通常讓人感覺比較沉穩，地球換上了黑色的「外衣」，自然也就表明自己成長了一步，進入了自己的第二個顏色時期——「黑色幼年期」。

3、紫色童年期：

有了地殼的地球表面那時候還沒有水，不過沒有水的地球卻每天都在下「大雨」（流星雨）。

38、9億年前的流星雨是我們現在的人很難想像的，那是真正由流星組成的雨，每分鐘都會有成千上萬的隕石像雨點一樣地落向地球。

而且這密集的流星雨一下就是2000萬年！！！

你沒看錯，就是下了2000萬年。

流星雨雖然不是「雨」，但卻給地球帶來了水。

隕石中含有的少量冰晶隨隕石一起降落在了地球上，水雖然雖不多，只佔地球整體的0.1%，但這就是我們直到今天地球上所擁有的全部水的來源。

o.1%的水有多少？如下圖：

這水是不是比你想像的要少很多？

但是沒辦法，這就是實事，地球上確實就這麼一點水。

水少沒關係，再少的水也是生命之源。

38~35億年前。

海水中出現了最早的生命——單細胞細菌

這時候的大氣層還無法過濾對生命有害的紫外光和輻射，為了躲避紫外光和輻射，細菌只能在深海存活。

此外，為了進一步降低紫外光對自己的傷害，細菌還把自己也進化成了紫色。

那時的地球表面已經布滿了海洋，由於海洋中大量充斥這紫色的細菌，因此整個星球呈現為紫色，泡爹給這一時期起名叫做「紫色童年期」。

4、綠色少年期：

紫色細菌製造了最初的氧氣，一部分的氧氣轉化成了「臭氧」，在大氣層的外面形成了一個可以阻擋太陽有害輻射的「臭氧層」。

（臭氧是地球大氣中一種微量氣體，它是由於大氣中氧分子受太陽輻射分解成氧原子後，氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的，含有3個氧原子。臭氧（O₃）又稱為超氧，是氧氣（O₂）的同素異形體，在常溫下，它是一種有特殊臭味的淡藍色氣體。臭氧主要分布在10~50km高度的平流層大氣中）

35億年前。

紫外輻射在臭氧層的作用下降低了。

上層海水中出現包含有「葉綠素」的一種新的生物「藍藻」。

由於有葉綠素，所以可憐的藍藻「被綠了」！

葉綠素的出現改變了大海的顏色，地球很快由紫轉綠，進入了他的「綠色少年期」。

5、白色青春期：

地球一綠就綠了很多億年，這期間藻類不斷地製造著氧氣，地球大氣中的氧含量不斷地升高，直到7.5億年前。

7.5億年前，地球突然進入了一個溫度驟降的時期，時間持續了漫長的1.5億年，科學家們把這一時期稱作：震旦紀大冰期或雪球地球期。

（為什麼地球會突然降溫，科學界說法不一，但大體傾向於：大陸因為一次著名的」超級地幔柱「的火山活動分裂了，形成幾個小的陸地，這個就使得陸地的海岸線增加了很多；海岸線的增加帶來兩個後果：一個是生物在岸邊的活動增加，光合作用的加強導致大量CO2被吸收，二個是同樣增加了大陸的矽酸巖風化，而吸收了不少CO2，這兩個結果導致大氣的CO2迅速減少，「溫室」變「冰室」，產生巨大的冰雪覆蓋，進而產生了失控的反照率事件，而最終形成了「雪球」。）

雪球地球期的地球，套用一句郭德綱相聲裡的話形容，就是：「這孫子凍上了！」

那時的地球從南極到北極，都被厚達幾公裡的冰川完全覆蓋。

從太空看過來，地球完全就是個白色的冰疙瘩，所以這算是地球最為叛逆的一個時期，姑且叫它「白色青春期」吧。