—、前言
由于没留下地球生长过程的原始记录，所以人们至今仍无法搞清这个行星的第一个八亿年历史。这一时期，地球基本上还处于初期阶段。不过近年来，对于地球和月球其它方面的研究，对于周围环境空间的探索，对于大气化学成分、性质变化的研究以及大量的地质学发现，为我们提供了这方面的间接证据。虽然今天还不能唯一确定当时各方面条件，但是人们能根据这些新信息使用一种叫自构成的模型来研究地球的原始状况。
二、地球生成时期的温度与挥发性物质的释放
在生成时期，形成某一行星的微星碰瘇末速度是该行星半径及密度平方根的线性函数。由于月球的大小只相当于地球的地核，所以对月球来说，这个速度大约是2.4 Km/s，对于地球来说，这个速度约为11.2 Km/s。除了质量较大的微星，一般较小的抛体都在穿越大气层时降低了速度。这样，任何行星初始团的主体部分都会在碰撞中经历曲动能转化为热能、地震、声能及靶喷出物动能的瞬间变化。充分融化硅酸盐所需动能，相当于抛体具有1 Km/s这样数量级的末速度。因此在地球生成初期，其内核以外物质的挥发都发生在微星与之碰撞的过程中，通过熔化和蒸发把挥放性物质有效地转移到大气中。这个设想具有一定的可靠性，因为它是经过今天月球土物质状况证明了的。月球物质是在原始挥发物彻底耗尽之后才开始凝固的。
正像我们今天看到的，来自于地球上的污染物在海洋和大气之间反复循环一样，大部分挥发性物质通过地球板块的潜没又重新回到地壳和地幔中去。人们一般假定在前阿婆罗纪，不知何故地球变冷，其内部挥发性物质也就被保存了下来。经过以后漫长地质年代的演化，逐渐变成大气和海洋。
在碰撞中，必然有一部分原始气体能幸免于挥发而被埋藏到地球内部。这种解释是构成今天行星科学若干基本何题中的一个。挥发性物质的可能示踪物是He，我们能从今天火山的喷出物里，深海的海水中，或者地壳与地幔的岩石中找到它。在地球内部深处出现氦，说明它们是在碰撞中免遭汽化而幸存下来的。不过大家对这种解释还有怀疑。
另外，有迹象表明，在更多地释放了来自岩石中所含卤素及其它类似于OH那样的挥发物质之后，来自于地面的污染随地表覆盖物的厚度增加而迅速减少，因此我仍能把其最低值看作是地幔岩中卤素总储量的上限，并且由此断定地球上氯、溴、碘总量的90%以上已经转移到海洋和地壳中。转移到大气中的卤素比转移到大气中的惰性气体的一小部分还要少，这是因为惰性气体在碰撞中更容易被释放出来。
地球生成初期及以后，其表面温度与大气——海洋的物理状态在很大程度上取决于我们假设的碰撞速度，还取决于原始物质（星际灰尘）进入地球范围以内太空的速率和时机。这样，一个极简单的设想就形成了，即当微星开始形成时，所有原始物质都已包含进去。通常行星很容易发生超速生长，结果致使由其本身速度转化而来的热量散失，或者，在十分特殊的情况下，通过覆盖的大气帮助，使地球融化，把镍及其它重金属分离出来，从而转到地球深处的岩浆里。这时，所有的水，绝大部分将汽化变成水蒸气进入大气。
我们可以通过插图看出，行星生长初期的超速生长有把微星原始物质耗尽的迹象。这以后接着出现一个较低的生长速度值。这是通过对星际汇入物质的测量得到的。
在这种环境中生长的地球，除经历过一个超速生长，原始微星物质被耗尽的时期外，还曾出现过一个十分旺盛的总体融化及抛体与靶面的部分汽化，从而将其挥发物转移到大气和海洋的阶段。水被局部有效地转移到大气中发生在地球表面的各个热点上，而它的凝聚却发生在另外的地方。因此，这种不稳定的液体海洋在频繁地变动着地方。如果遇到含丰富的铁或其它铁族物质，就很容易跟它们起反应而释放出氢。这是地球生成时期的一个很重要的化学反应。地球金属核的形成，大气腐蚀性基本消失，是地球生长晚期的重要变化。
三、大气——海洋系统的形成
目前，关于原始大气——海洋系统的生成，有两种截然不同的观点，这是因为地球开始熔化时，大部分水都还处于液体状态。Towe曾提出过一个正在成长的地球及同时存在的部分蒸发干燥了的海洋这个中间阶段。大气中高水蒸气压必然导致上层大气分解加快，因而使氢向周围空间逸散，使氧积聚。于是，在大气层中产生了含量虽少但却值得人们注意的氧。
由于紫外辐射通量可能曾增加104倍。由辐射引起的分解将成为地球表面生命分子合成的一大主要障碍。许多复杂结构物质的获得与否主要依赖于对单体的无水辐照和加热。例如，肽的齐聚就曾经遇到过这种困难。然而，在深度合适的海水或湖水中，它上面的那层水对过量的紫外辐射提供了恰当的，令人满意的掩蔽。这就无需再在反应中通过加热脱水了，包括亚铁离子被光致氧化产生含三价铁离子的氢氧化物这一反应在内。
插图可用来说明这一情况。早期变化剧烈的生长停止后，地球表面一直保持较低的平均温度。地面热量将通过热区和云变成辐射向周围空间散发。光致分解产生的氧，也将停留在初产生时的低水平上，游离态氧在以后相当长的时间内同原始大气中的化合物，CO，二价铁离子，及能受到光照的地壳与海洋中其它电子施主物质起氧化反应而慢慢耗尽。
地球生长晚期，其外表一直保持较低的平均温度，所以海洋能够继续存在，并且保持它出现时的质量。但在以后的地质年代里，随着被结合到沉积物中而扩散，或者通过光致分解而渐渐变少。
尽管在估计数量上各有不同，但关于早期地壳变化的流行观点都认为，那时大陆板块和地势起伏都比今天小。因为海水水位高，所以陆架与陆地面积狭窄，当时原始生命环境由广袤的海洋支配。海洋中的岛、礁、屿都是大规模火山活动造成的，在它们形成的同时释放出储蔵在地壳和上层地幔中的热。由火山活动形成的岛屿伸出波浪基线以上的那一部分受到机械侵蚀作用的速度很快。
四，原始大气的产生
以前曾为人们所公认的关于原始大气产生的通常假说是：在前阿婆罗纪，由于固体地球的引力作用把构成太阳的稠密太阳气体星云物质吸引过来而产生的，但是，对于产生原始大气外加动力场的研究及对于其它行星大气的实际测量使我们最终不得不放弃这个通常很难以被人们接受的观点，以致使人们想到地球这个行星上最初的大气只能是组成该行星的固体微星吸留的易挥发物质构成的。一般认为，前面提到的微星就是今天所指的陨石，这些含碳或含铁的陨石不知来自何处。若陨石中含碳，那么今天这些陨石中仍应有挥发性物质和活性碳；若陨石含铁，那么对于地球来说，则需要解决密度过高的问题。普通球粒状陨石是今天降落在地球上最常陨石代表，它们可能是星际尘埃积聚、发展的结果。在原始陨石中大约只要有万分之三的平均含水量就足够形成目前地球的水圈了。
大气这个混合物，是在地球受到微星碰撞变热时形成的。我们可用球粒状陨石加热受到控制时释放出其中气体的过程作为说明大气形成过程模型。Gibson等人曾对陨石受热时释放活泼气体做了大量研究；Schultz与Kruso等对陨石受热后释放惰性气体；Kothar，Goel等对陨石受热释放氮气都作了全面论述。他们在研究成果中指出普通球粒状陨石在碰撞受热后还释放了水、二氧化碳、一氧化碳、氦、二氧化硫等气体，很明显，没有氨和甲烷，碳氢化合物是含碳陨石排放气体时释放出来的。使用质谱测定技术对陨石释放气体进行了大量研究与测量，但都未曾发现过氨。
当前限石中惰性气体分布曾引起人们注意。这是因为惰性气体在陨石中的含量与其在地球上的丰度十分接近。根据这个事实，我们完全有理由说地球上的大气是直接从固体微星原始物质中得到的。
成长的大气——水圈在行星生成时期友以后，都可能发生变化，是由可溶化合物与增热地点的外部岩浆反应所造成。这种情况的极端模型是岩浆同时覆盖整个地球。这种反复循环和反应的产物具体表现为火山爆发及其喷出的气体，其中主要是参与循环的水，一氧化碳，硫化氢及二氧化硫等。
当时大气中，氨和甲烷浓度一定非常适合形成氨基酸的要求。这也正是Miller曾提出满足生命起源要求的条件。另外，认为分子是由于火山爆发；而形成的分子起源观点也存在缺点，因大气中某些气体的浓度在满足实际要求方面存在困难。除非例外地假定含氢大气在发生闪电时所产生氨这类生成物浓度很高。
有人曾认为行星与其大气是构成太阳单独存在的巨大气体星云凝聚沉降而成的。最近在对这种观点的讨论中，人们通过对目前大气中惰性气体组成成分的分析，使持上述观点的人陷入困境。为解决这个困难，只好采用上文中所提出的原始大气是从地球这个行星本身排放出来的这种说法了。即在微星成长后期，有更多次碰撞发生，实际上应该说有一大群彗星进入太阳系，并且都落到了地球上，所以使其挥发物总量达到目前水平。我们还认为构成彗星的主要原始材料，沈是那些含碳的陨石。这是对复杂星际分子起源所提出的一个补充。含有这些物质的最小个体至少应有（ ~1 m），这样它们在大气充分减速后，就能幸存下来。
地球以外的有机物是这样被埋藏到地壳中的、这些有机物又被认为是合成原始生命聚合物的材料。
所有关于大气形成的模型都假定一氧化碳是原始大气的主要成分。虽然人们对原始大气中氢混合比的估计有很大差异，但一致认为，氢和一氧化碳无疑是气态条件下合成各种早期化合物所必须的原料。这些化合物大部分是可溶的，通过降雨很快转移到水圈中，人们曾十分关注作为反应产物之一的碳酸。如果没有氢存在，我们认为还可以通过紫外线照射或等离子体对一氧化碳的激励得到它。这一事实使我们充分认识到上述变化的潜在意义。在有机物合成中性质活泼的单体很容易聚合，变成有利于构成杂环化合物物质。
五、使化合物还原的不稳定因素
地球生成时期，在氧化反应中占优势的是碳的氧化。我们认为，包括氮及已溶解的有机化合物在内而浓度不稳定的还原性气体，会通过地壳的贮藏而保存下来。经证明早期地壳地幔陨石中碳化物及烷烃与水反应是氢的一个来源，光诱导下Fe2+溶解于水的氧化反应则是氢的另一个来源。Schrauzer等证明，在有金红石（TiO2）砂存在的情况下，水与氮经光照作用可还原而生成氨。该反应不受是否有氢存在的限制（这个反应也产生氧）。金红石砂是海滩上，沙漠里砂的一种成分，氨在产生以后极有可能溶解到海水中，这就保持了大气的平衡。早期地球演化过程中，通过碰撞，火山喷发等使灰，尘散布到CO2浓度很高的大气中，会暂时、局部地引起到达地面紫外辐射通量减少。
六、太阳的演变过程及其周期
早期太阳的变化是影响形成地球原始生命物质的不稳定因素。我们在讨论太阳系的演变时，通常总是根据这个巨大恒星的特点，假定太阳曾经历过一个强烈的微粒和电磁辐射时期。Canuto等人详细研究了太阳的辐射，特别是紫外辐射增强以后所产生的影响，由于太阳的发展进程如此漫长，其变化显得很不明显，即使它处于相对发展的重要时期也是这样。对成长中的行星、卫星及其它早期发展的个体来说，太阳的变化也是很不明显的。
如果太阳曾经经历过一个低发光阶段。而这一阶段又刚好与地球的初期阶段相吻合，那么这时太阳辐射中紫外线通量也会有一个相应的较大幅度的减少。这很容易造成地球表面大范围的冰川活动，使水圈局部或全部结冰。这种条件不仅能导致易熔的氰化物的浓缩，而且也可能导致别的生命单体的产生。
七、环境的不稳定性
今天我们在研究早期地球的历史时，还应考虑各种可能发生的情况与条件，这些与早期地球演化模型相联系的各种条件应受到严格限制。任何被提出来的大气和海洋的理论都依赖于其相应变化模式的可靠性。它们在某些新发现的冲击下，不断经受检验。通常认为不稳定因素总是存在的，并且还在起作用。这一点非常重要，它说明在实验中仍然存在一条从无生命通向生命体系的途径。所以，在地球历史最初的那几亿年里，生命就开始出现了。
[Earth，Moon，and planets 1987年2月]