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生物对大气圈、水圈、岩石圈的影响

编辑: 路逍遥 关键词: 高中地理 来源: 记忆方法网

地球形成后,经过十多亿年演化,才有最原始的生命出现。生物的发生和发展进化,都是一定自然条件影响下的产物,但是生物一旦出现,却对周围环境赋予越来越深刻的影响,甚至使全球自然面貌发生巨大变化。

在早期发展阶段的地球上,火山活动频繁,向地壳外输送大量缺氧的气体,最古老的岩石化学性质表明它是在没有游离氧的环境中产生的。那时太阳辐射远比现在强烈,它虽有可能把水分子裂解为氧和氢气,但数量有限,而且氧很快就与还原态物质化合,空气中仍然缺氧。据推测,原始大气的组成有一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)、氨(NH3)和氮(N2)等。距今30亿~40亿年前,在浅海中出现蓝藻类植物,它凭借体内叶绿素吸取太阳能使水裂解,并利用氢离子与CO2化合成能量丰富的有机物,同时,游离氧作为副产品被释放到外界环境中。这就是典型的光合作用,一般写成下面的反应式:

6CO2 6H2OC6H12O6 6O2↑

富含能量的有机化合物构成生物躯体,另有一部分与氧发生缓慢氧化反应,把所含蓄的能量逐渐释放,满足生命活动需要,这就是呼吸作用。由于光合作用产物超出呼吸作用消耗数量,甚至加上当时已存在的细菌活动也不能把全部有机物质分解,于是游离氧首先在海水中积累,并与河流冲刷到原始海洋的氧化亚铁迅速化合,形成难溶的氧化铁沉积物。从30亿年前到20亿年前持续10亿年时间形成了分布广泛的带状沉积铁层,成为现代重要的铁矿资源。大约20亿~18亿年前,氧气进入大气的数量逐渐增多,于是陆地上岩石矿物的风化作用加剧,其中含有的二价铁氧化,形成红色岩层,并且大规模沉积在海底。光合作用消耗大气中的二氧化碳,使其含量减少,这便导致海水溶解的二氧化碳气化补充到大气里,而海水所含有的钙镁重碳酸盐形成难溶的碳酸盐沉积物──石灰岩及白云岩。此外海水的含盐量、酸碱度也和过去不同,逐渐接近今天的水平。大气层的组成物质因受氧化作用,所含一氧化碳、甲烷消失,转化为二氧化碳,氨则转化为氮和水,硫化氢转化为二氧化硫和水,总的组成也趋向今天的成分。

约6亿~7亿年前,空气中含氧量达到现代大气水平的1%左右,部分氧转化为臭氧(O3),分布在大气圈上层,吸收许多对生物有害的紫外线辐射。透过臭氧层到达海面的少量紫外线,只能进入几厘米厚的水层。于是海水中生物的活动空间大幅度扩张,不仅藻类植物趋向繁荣,直接间接依靠植物为生的海洋动物也迅速发展起来。地球进入古生代阶段。4亿年前,空气含氧量约为现代大气含氧量的10%左右,产生足够厚的臭氧层,使地面紫外线辐射量减少到生物能够忍受的程度。此后植物才稳固地登上陆地,动物则紧随其后。土壤开始形成和发展。海水生物及沼泽森林的残骸分别形成碳酸盐岩石、硅藻土、煤、泥炭、石油和天然气等。空气中CO2急剧减少,氧的含量终于达到现在水平,氮的消耗有限,因而保持较高数量。总之,现代大气圈、岩石圈和水圈与生物的发生发展密切相关,互相作用。从某种意义上说,没有生命活动便没有现代自然界、现代地理环境。其中光合作用又是最重要的环节、最伟大的过程,被认为具有宇宙意义。


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