宇宙诞生后经几十亿年星系、恒星形式的演化,到一百亿年前诞生了银河系,银河系经约50亿年的演化诞生了太阳系,太阳系经几亿年的演化诞生了地球,地球经几亿年的演化诞生了生命,生命经近40亿年的进化诞生了人类。地球生命的诞生和长久稳定地进化出人类,得益于它拥有一系列恰到好处的外部环境:提供能量的太阳有长达百亿年的稳定期,日地距离不远不近,地球公转轨道的偏心率和黄赤交角不大不小,木星、土星为地球挡住了大部分天体碎片,为地球生命的安全提供了一道保护屏障,月球的引力作用使地轴的摆动幅度很小,有利于气候的稳定,引发的潮汐也有利于生命的孕育,也有研究认为即使没有月球,地球也能诞生生命,但没有月球对地轴稍稍倾斜的稳定作用,地球将会没有季节之分,地球生物圈将完全不是现在这个样子,人类能否进化出来和文明能否发展都完全是个未知数。所有这些因素的集合,使得地球有足够长的时间和冷暖适宜的气温形成和持久地进化生命。如果太阳质量大了1。3倍或小了很多,就会出现太阳的稳定期很短或能量不足;如果日地距离再近5%或再远15%,地球就会太热或太冷;如果地球的自转轴与公转轨道在一个平面上,地球就有一个半球是永昼,另一个半球是永夜,一半太热而另一半太冷,也不利于生命的形成;如果地球公转轨道的偏心率和黄赤交角太大,公转周期太长,地轴摆动极不稳定,地球气温的变化也会太大,等等,所有这些因素中的任何一个,都会使得地球的状况完全不同。
太阳系中与太阳距离从近到远的行星依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。金星和火星距地球最近,金星与太阳平均距离是地球与太阳平均距离的0。723,自转非常慢,比公转周期还长,公转轨道是一个接近正圆的椭圆,偏心率仅0。007,表面温度465~485摄氏度,表面不可能有液态水,但内部的岩浆中含有水,赤道半径是地球的95%,质量是地球的81。5%,平均密度是地球的95%,大小、质量、密度都与地球接近,可能还有火山活动,但低层大气二氧化碳的含量高达99%,大气密度是地球的100倍,气压是地球的90倍,大气中有20千米~30千米浓硫酸浓云,没有生命演化的条件。
火星与太阳的平均距离比地球与太阳的平均距远55700万千米,自转周期比地球长41分,自转轴倾角比地球的黄赤交角大32分,与地球非常接近,有明显的四季变化,但赤道半径是地球的53%,体积是地球的15%,质量是地球的10。8%,表面重力加速度是地球的38%,平均密度为3。94克/厘米3,大气稀薄,二氧化碳占95%,氮占3%,氩占1%~2%,表面大气压力为750帕,赤道区的昼夜温度为20~!80摄氏度,极地温度为!70~!140摄氏度,表面不存在液态水,有两颗很小的卫星,没有磁场,没有板块构造。科学家对火星曾有或现在可能仍有生命或今后有生命生存的条件抱有兴趣,因为火星上发现有几千条河流,被认为约30亿年前有液态水流动,两极覆盖着白色极冠,由固态二氧化碳和冰组成,地下可能有水,1984年在南极洲发现的一颗被认为是来自火星的陨石ALH84001,其中含有以长链状排列的磁铁结晶体,与地球上的细菌外观惊人相似,被认为这只能由曾经活着的生物体组成。
太阳自诞生以来,辐射增加了25%~30%,从与太阳的距离看,在几十亿年前,金星的表面气温应比现在低,但仍然会高得生命无法形成。几十亿年前,火星表面气温则比现在更低,更不利于形成生命,不过可设想那时火星内部的温度高,火山活动活跃,能够为火星增加气温并形成液态水,从而有生命形成的条件,但火星质量太小,火山喷发的时间不会很长就会使地下熔岩冷却,磁场也会消失;火星的引力小,氢易逃逸,即使形成地表水也容易散失;空气稀薄,即使二氧化碳含量高,温室效应也很有限。
因而,金星可能从未出现过形成生命的条件,今后更没有形成生命的条件。火星可能曾经出现过形成生命的条件,但即便如此,也为时不长,它或许能孕育出适应极端环境的微生物,但进化出动植物的可能性很小,因为比照地球生物进化的时间长度,这需要几十亿年时间。几十亿年后,当太阳膨胀得与地球很近,地球的水和大气被蒸发殆尽而成为焦土时,而火星则变得温暖,那时火星能否成为第二个地球呢?也没有可能,因为仅靠升温或许有利于微生物生存,却并不能适合人类生存,科技没有可能把火星的质量、引力增加几倍,使其已冷寂的内部重新活跃,形成磁场,增加大气的浓度和留住水,仅凭科技不可能使火星变成人类的另一个家园。
地球除前面所说的条件使它有利于形成生命外,地球的内部和外部构造也为生命的形成和进化提供了重要条件。46亿年前,由围绕太阳运转的小行星密集碰撞而形成了岩浆态的地球雏形,冷却使地表形成一层固化的岩壳,但地球质量的引力吸缩和放射性同位素衰变使地球内部转向熔融状态,这时的地球还形成不了大气圈,因为那时的地球引力较小,最初的大气主要是氢和氦,在太阳风的吹拂下很快散逸。没有大气的保护,加上这时地球运行轨道附近的小天体很多,对地球的撞击多而猛烈,导致火山熔岩遍地,而且在地球基本形成时,可能有一颗火星大小的行星撞击了地球,撞出的碎片聚集在地球周围,形成了月球。猛烈的撞击和火山喷发将地球内部的气体和岩浆水带到地面,并使小天体被熔化和气化,二者共同形成第二次原始大气和地表水,同时使熔融的物质因元素密度不同,在重力作用下分化,重者下沉,轻者上浮,铁等金属物质下沉到地球中心,形成地球的圈层结构。到38亿~40亿年前,地球轨道边的小天体基本上被清理完毕,撞击趋于平静,地球表面已出现海洋和原始大气,此时地球引力已增大,除氢氦可能有部分逃逸外,其余都会留下,随着地表温度下降,开始出现持续降水,地壳板块也开始移动,这时可能在海洋中开始了生命演化的化学进程。
除上述地球形成过程为地球演化生命和生命持续进化提供了条件外,地球的内部结构也是生命演化和持续进化的重要条件。地球在演化中形成了一个圈层结构,其内部有一个主要由铁镍构成的金属地核,温度高达6880摄氏度,分内外两层,外层为液态,内层因极高压而成为固态,内核可转动,地核质量占地球全部质量的1/3。地核之上是地幔,主要由橄榄石和辉石岩层构成,分上、中(过渡层)、下三层,上地幔有一个软流层,可能是岩浆的发源地。地幔之上为地壳,它包裹着地球,主要由玄武岩和辉长石(洋壳)和火成岩、变质岩、沉积岩(陆壳)组成,质量占地球总质量的0。2%。地壳之外包围着水圈和大气圈。地球磁场的形成可能是源于地核的特殊构造,因为固态内核可在液态外核中转动,导致电流产生而形成磁场,没有这种内部结构所形成的磁场保护,地球就会处于密集的宇宙射线轰击之中,一切生命都无法生存。磁场对生命进化的作用可能还不止于此,科学家已发现,磁场可以刺激大脑,促进新神经细胞的生长。因而,在没有磁场的火星上,人类即使能掘洞藏身地下以躲避宇宙射线,也可能难以避免脑细胞的迅速衰老。
地壳的板块构造也为生命进化提供了重要条件。地球上的河流每年要把大量被侵蚀的材料带入海洋,把这一过程的年数乘以年均沉积量,海底应已平均覆盖了约2万米厚的沉积物,海底就应远远高出海面,如果是这样,地表的一切高地都会蚀平,一切低地都会淤满,地表高低差异很小,会完全被海水所覆盖,从而也就没有陆地生物生存进化的空间。正是板块构造在大西洋中部形成一条宽约20公里、长约19000公里的裂缝,新的海底洋壳在裂缝的两侧形成,它不断地被更新的洋壳向外推开,洋壳移动在与大陆的交界处向地球内部“潜没”,从而把陆地冲刷到海洋中的沉积物都源源不断地送进了地球的内部,使得海底根本就没有古代泥沙的堆积。同时,洋壳“潜没”至外核,温度差导致外核液态金属产生对流,也会产生电流形成磁场。
地球板块水平移动的分分合合,还促进了生物进化过程中的基因分化与融合。大陆板块分开所形成的地理隔离,使原先在同一环境中进化的同一物种走上了分道扬镳的道路,从而促进了物种多样性的进化;陆块的合拢、气流、洋流、鸟类等的传送,都有可能又使分头进化的物种发生可能的基因交流,从而使物种获得更丰富的基因多样性而加快进化或开辟出新的进化路径。陆块合拢中碰撞所形成的高山,也为生物多样性的进化作出了贡献,同样,地壳的垂直升降活动所形成的高山也是如此。当然,这期间也付出了许多物种灭绝甚至是大灭绝的代价,但“洗牌”的结果却是退一步,进两步。
地球的构造和物理化学过程还对地球气温调节和生命演化起着重要作用。地球形成初期猛烈的火山喷发,使原始大气中的二氧化碳含量像金星那样高,这既为生命的演化提供了必需的碳和氧元素,而且温室效应弥补了那时的太阳辐射弱的不足。随着太阳辐射逐渐增强,火山喷发也趋于平静,而地壳板块与大气和海洋又共同构成了对二氧化碳含量的调节机制:二氧化碳含量高导致大气温度升高,海洋蒸发就增多,陆地降水也增多,降水将二氧化碳带到地面,雨水侵蚀岩石土壤,使二氧化碳同新暴露的陆地元素相结合并汇入海洋,沉积在海底岩石中,大气中的二氧化碳随之减少,温室效应减弱。覆盖地表面积约70%的海洋对稳定气温也起着重要作用,它不仅使地表昼夜温差大幅度缩小,而且通过洋流的传输将低纬度海洋温暖的水汽带到高纬度地区,为那里的冬天升温。
地质学家发现冰川沉积物在所有大陆都存在,似乎历史上赤道附近地区的海平面高度都有过冰川活动,地球历史上曾多次出现过大冰川期,科学家认为冰川曾进入低纬度地区,美国加州理工学院的乔· 凯斯文甚至认为地球曾变成过“雪球”,如果是这样,能逆转这一过程的就是火山喷发,当火山喷发释放的二氧化碳在大气底层积累到占体积的10%时,温室效应就足以使气温变暖,来自地球内部的热量也使海洋不会被完全封冻,从而使生命进化的历程不会被中断,地球内部炽热的岩浆活动不仅早期为形成地球的大气、水和生命演化起关键作用,而且后来也为生命的持续进化起着重要作用。