地球演化中有哪些超乎人想象的现象？

一叶知秋117

地球 地质 演化 现象

胖胖龙龙灯

叉螠，这是我知道的动物里最TM邪门的玩意，这种生物有着自然界中最诡异的两性关系


这种奇怪的生物叫做叉螠，生活在地中海的岩石海床上。
叉螠的雌虫是绿色的，看起来就像一块酸黄瓜，上边伸出一个1米长的“触角”，“触角”的尖端展开为两片，就好像两片叶子。
在水中，偶尔会随波漂过来一些微小的叉螠幼虫，这些幼虫如果碰到雌虫的“叶子”就会粘在上边，几天之后，它们就会变成雄虫，然后侵入雌虫的肠子并最终寄生在雌虫的输卵管附近。那些雄虫唯一存在的价值就是像操作流水线的工人一样给输卵管里的卵子受精。当卵子发育成幼虫后，雌虫就会用触角把它的孩子们黏住，并且将它们也同样变成雄虫，然后再让其寄生在体内。
科学家曾经在一条雌虫体内发现过多达85条雄虫。这种一妻多夫的生活对于它们来说是终身的。
令人震惊的是，如果一个幼虫在水中漂流很久都没有遇到雌虫的话，那么幼虫就会自我发育成雌虫，并且伸出“叶子”开始粘其他的幼虫。
像这种幼虫既可以发育成雌性也可以发育成雄性，雌雄之间外表差异巨大并且存在寄生关系的情况，应该是动物界中最极端最奇怪的两性关系了。
我之前在专栏里写过一篇文章，探讨生命是如何为了性而放弃永恒的生命的，里面涉及到了更多自然界中奇怪的两性关系，有的动物的交配方式就像叉螠一样刷爆我三观，大家感兴趣可以看看：
我们为什么要放弃永生 - 我在国博讲故事 - 知乎专栏

xnyykd222

三亿年前，植物发展迅速，真菌没跟上脚步，地球上的真菌还没有演化出可以分解植物纤维的能力，于是一时间地球上氧气含量百分之三十五(35%)，地球上枝繁叶茂的，现在我们挖出来的煤炭就是那个年代遗留下来的产物。
在那时，氧气含量上升，很多节肢动物可以通过身体直接获取氧气，导致昆虫走向大块头方向发展。
于是就有了翼展七十厘米的大蜻蜓，
宽2.5米的大蜈蚣，能生吞小动物的大蜈蚣。
大蟑螂，大马陆，大蜘蛛，大虫子。
它们横行乡里。。。
也许他们的心愿只是吃吃叶子，再互相残杀，最后愉快的交配，安心的老死吧。
可惜，氧气含量高导致了一个缺点就是，极其容易发生大火，所以打雷下雨掉下来的火星子，极易产生森林大火。
一场大火过后，满森林肉味蛋白质。。。
这是大自然的恩赐。
所以请记住
曾经有千里森林最热烈的大火，它们席卷天地，因为氧气含量极高的缘故。
曾经地球上有无数巨型昆虫，因为氧气含量高，体型大方便获取氧气。
曾经地球上大火过后，到处都是烤肉。
评论区大螃蟹说:
他们有一个共同的名字：BBQ！
~\(≧▽≦)/~
曾经地球上森林大火后到处都是BBQ
我的回答结束，谢谢大家

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谢云大神邀~迟到的一更~
从零上五十度到全球冰封，30亿年来生命坚持了下来。这种环境，这些条件，竟孕育了生命世界。这大概才是地球演化最神奇之处。
第一个生命来自一连串的化学反应，这是1953年米勒在实验室里似乎证实的一点。但始祖的故事或许没有生物课本描述的那么简单，因为早期生命的演化过程如此漫长，在实验室里简单的重复是非常困难的事情，所以，氨基酸如何跨入生命之门，还是一个悬而未决的问题。
相比于之后的长期蛰伏，生命诞生的确实不晚，地球上最早的岩石是发现在加拿大和格陵兰Acasta片麻岩，距今有约40亿年。而根据澳大利亚西部的一些菌类丝状体残片化石证明，在35亿年前，生命就存在了，距地球稳定下来不过才过了几亿年。不过，依据生物化学证据，38亿年前生命或许就已经开始改造环境了。如果此证据可信，那生命的诞生确实相当古老，甚至于伴随着地球上最古老的岩石其后出现。



但是看这幅图我们就会发现，在生命诞生之后生物就开始以龟速进行演化了，作为地球上最古老的生命，原核生物在地球上孤单的生活了15亿年。而从真核生物诞生到寒武纪大爆发，又过去了15亿年。并不是说这30亿年原始生命都光晒太阳不进化，他们时时刻刻都在与完全不适宜生命的年轻地球作对，并奇迹般地走到了今天，彻底改造了地球。

1：原始大气与弱阳
地球焦躁不安的火山运动在生命诞生后几亿年就有所收敛，但是此时的大气却是由二氧化碳和甲烷等还原性气体组成。
现代大气中微不足道的二氧化碳变化就足以令人类感到惊恐，但在而25亿年前，当地球上充满二氧化碳的时候，呈现的是这样一个奇怪的景象：太阳的亮度被大大削弱，但由于二氧化碳的温室保温作用，虽然太阳显得羸弱不堪，但地球的平均温度却比现在高50度，这种现在完全无法想象的因果确实长时间存在于我们的星球（图片来自
@Olivine 大神文章）


这种类似蒸笼的环境早期生命承受了10亿年，但是生命以不可思议的力量愚公移山：他们不但克服了环境，而且通过大氧化事件，彻底结束了弱阳。（详见巴甫洛夫大神的答案）
2.两次冰期
蒸笼般的弱阳结束，地球马上报以两次冰期，十几亿年间，冰川两次冰封了赤道。
第一次大冰期看来是生物自己做的，，谁让你们产生这么多氧气那？

新元古代大冰期，又称休伦大冰期（Huronian），出现于24亿年前到21亿年前。由于主要冰盖证据在休伦湖北岸被发现而命名。这可能是地球上最严重最漫长的寒冷期。其成因可能是大氧化事件，大气层中急剧增加的氧气破坏了原始大气中的温室气体所致。

第二次大冰期，也被称为“雪球地球”

前寒武纪大冰期，又称成冰纪大冰期（Cryogenian），出现于新元古代成冰纪，从8.5亿年前到6.3亿年前。这是十亿年来地球最严重的寒冷期，极地冰盖扩展到赤道。火山喷发的二氧化碳因地球生物不能光合作用而逐步累积，最终形成的温室效应使得地球走出冰封。

生命以巧合开始，并以我们难以想象的韧性，挺过了地球年轻时的30亿年。并彻底改变了地球，迎来了自己的时代。生命的演化才是最不可思议的事。
补一个：
我们习惯了从化石中寻找地球历史的答案，然而其实这也是一个神奇所在：地球把看似不可能保存下来的小生命，用一种叫特异埋藏的时间胶囊，再奉送给我们观看。




先从上图的精美标本回过神来：我们习惯了用化石来解决问题，但是精美的化石标本到底有多难得呐？实验埋葬学( Experimental Taphonomy)是脑洞大开的埋藏学家为计算生物保存为化石的可能性的实验，他们发现：

虾类在8周之内会腐烂殆尽，而如果有微生物参与，或者经过一定距离的搬运，生物的腐烂和破坏速度就更惊人了。

虾是一种由外骨骼的动物，可以想象，没有外骨骼的生物，比如蠕虫一类，腐烂的时间就更快了。至于更难保存的内部结构：肠道，神经，附肢，腮等等，就跟不要想了。
所以我们看到的绝大部分化石，都是没有血肉的骨骼（而且是很硬的骨骼）。通过这些标本，我们能获取的生物学信息少的可怜。


但是大自然总会给我们惊喜：特异埋藏（Lagerstatte）是德语词“富矿”的意思，用来指那些能够保存”特殊的“(一般是带有软躯体的)生物化石的产地。如果说一般的化石留下的是地球编年史的只言片语，那特异埋藏简直是一整章一整章的保存。
不但能保存附肢：


消化道.......


蠕虫的纤毛........


甚至还有神经锁！！！亲们！神经！.........


这就是我们为什么把特异埋藏称为“富矿”，特异埋藏产地虽然全球都没有几个，但却承担起了百分之九十多的信息量，如果没有这些标本，我们不会知道节肢动物的分异、不会知道世界上还有奇虾和始祖鸟、甚至不会知道我们脊椎动物的祖先从何而来......

鱼的腮丝在死亡4小时后就会腐烂；神经细胞在死亡当天就难以观察......但他们都奇迹般的保存了下来，谁能想到，自然悄悄地把它的作品都存了档，时隔几亿年，将生物最细微的美丽，再交给我们欣赏。
如果没有特异埋藏，我们对寒武纪的认识只能停留在图二的水平


特异埋藏这么神奇，总该有一个理由！
特异埋藏的保存自然需要怎样的天时地利那？我么可能很自然的想到：在缺少氧气的情况下可以减缓腐烂，水流弱的地方生物散架慢！但事实还要让实验埋葬学告诉我们：

在不同生物腐烂过程中氧的作用不尽相同，如虾类的腐烂实验结果表明有氧和无氧条件下腐烂速率没有什么差别。且传统的观点认为生物化石的破碎程度以及脱节程度反映环境的能量变化，但从实验结果来看, 不完全如此。

可见特异埋藏并不是把生物安安静静的放在无氧环境就能形成的，这里与我们制作标本的原理类似：生物结构本身容易损坏，既然我们不能阻止腐烂，就用难以腐烂的材料替代它。这就是软躯体矿化。自然在最短的时间内，用无机矿物（一般有黄铁矿，磷酸盐）替代了生物本身的成分，使生物得以免于损坏。这个速度有多快呐？巴西白垩纪的Santana 化石库产保存精美的鱼类化石, 其中鱼的鳃丝、肌肉等都保存相当完好，实验证明死亡四个小时后鳃丝就会消失，那么就赶在这四个小时内将动物矿化。也就是说，一个生物的软躯体能否保存为化石，在他死后几小时就已决定了 （那些想保存为有科研意义化石的知友们可要想好了）
多少生命走过却没有留下痕迹，有多少生命只是留下了谜一般的躯壳，但却有些幸运儿侥幸得以沉睡几亿年的光阴，复活一般的，完整的与我们相见。自然安排的这次会面，不得不说有点出人意料的惊喜。
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再补个~生物演化中的几个好玩的现象
因为答主是个地质狗，对演化实在只是看课本时顺便看的一知半解，所以欢迎各位真正演化的大神指出谬误
1.各式各样的演化方式：
趋同演化，生物大分类上差异甚大的如鱼类，爬行类与哺乳类为了适应相同的海洋环境演化出了相同的构造，算是殊途同归，认祖归宗吧。可惜这三类海洋游泳动物没有在海洋中碰过面。


有趋同，自然就有趋异演化，同一基本类型的构造在后代的辐射过程中，为了抢占更多的生存环境而进化出了迥乎不同的功能。下图中用处各异的前肢（啊竟然还有蹄子）都是由以祖先基本类型演变而来，而实际呈现的样式和承担的功能则各不相同。


2.差异惊人的演化速度
达尔文曾略带执着的支持生物的均变，然而现实却展现出了生物在演化速度上的巨大差异。
类（李四光先生赐名）是一类原生动物，在其早石炭纪晚期诞生后仅仅一两个百万年后，就已经有了成百上千个种存在于全球各地的海洋中，称为石炭二叠纪的标准动物。但这种明星动物又很快在古生代末灭绝了，可以说是其兴也勃焉，其亡也忽焉


下图是寒武纪中晚期两千万年间的三叶虫动物群演化，密密麻麻的化石带，每一个带都有少则十几多则几十的独特三叶虫物种。而且这还仅限于华北与华南两个国内的研究区。


可见在演化过程中有的生物就是极快的推陈出新，在很短的时间内就会发生生物群的更新换代，到处抢夺标准化石的桂冠。但有的动物偏觉得，演化这么复杂，我不演化好了
比如下面这位：舌形贝属，五亿年前的样子


现在的样子


从壳体外形到内部结构基本不变，，所以演化速度也是如此神奇，有的动物急如星火，而有的动物则愿意以亿年为单位独守空城
----------明天更（其实是两个月后更）的分割线--------
自然喜欢跟自以为聪明的裸猿玩点猜谜游戏，演化出了许多超乎想象的生物专门刁难古生物学家，下面说一个怪物塔利（Tully Monster）的故事。


上世纪五十年代，化石爱好者塔利在芝加哥马荣溪（此套地层化石产于结核之中）石炭纪地层中发现了一个诡异的动物化石（塔利手持的长荚状生物）
光看塔利手中的标本我也是看不懂的，古生物学家Eugene Richardson为这种动物做了复原（下图中）


这个生物有一对长柄眼（图中Eye），剪刀状的长触手（图中J）组成（什么熊样，，，），这种诡异的结构不同于任何现生动物，只好被丢进了“蠕虫”这个垃圾桶。
是蠕虫，软体动物，还是，，，塔里怪物悬而未决六十年后，2016年，研究人员在塔利的表面发现了一种色素残余，这种色素竟然只有脊椎动物才具有！据此推断，塔利可能是一种奇怪的鳗鱼类动物（我还是不相信鳗鱼有这样的嘴）


所以说，塔利的复原是这样的，，，，，


这样一种奇怪的动物，竟然和咱们脊椎动物家族是一家人。这肯定是发现“塔利”的塔利和最初的研究者所想象不到的。
我们无法想象自然会创造怎样奇怪的生物，古生物学家很多时候能做的，只能是知道谜底时的大悟与顿足。
大家快赏赞，支持古生物科（dan）普（shen）狗哦~
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我太没有才了恼

谢云大邀，说几个有意思的
1.生命之树
下图是“生命之树”，地球上所有的生物都有同一个祖先。树状图显示生命的分支和演化。
从演化程度来讲，我们只是数万物种中平凡的一种。所以homo sapiens，不要太高看“智力”的地位，也不要认为人类是万物之灵。所有生物都有独特的生存哲学，“智力”只是其中一种。
我个人不喜欢使用"进化"这个词，我倾向使用"演化"这个词，因为"进化"好像暗示着变化具有"向前"的方向性，其实不然。 比如更古老的肺鱼就比更现代的肺鱼更加敏捷，神经也更灵敏，生物演化的目的只有一个，存活，而不是变得更“高级"。




http://www.zo.utexas.edu/faculty/antisense/tree.pdf
你们要的高清。人啊，还是要有点动手能力。


2.循环的碳元素

此图显示每年有数十亿吨的碳，在陆地大气和海洋之间中快速碳循环的运动。黄色数字是天然的通量，红色是人类的贡献，在每年数十亿吨碳计。白色数字表示贮存的碳。

作为碳基生命的星球，碳元素循环的任意一个环节出现一点点偏差，整个循环链将会失去平衡，对现在的地球来说，这个循环最直观的影响就是化石能源燃烧产生过量CO2带来的温室效应。有趣的是这个对比：碳循环（黄字）的量级在1-100之间，净的年增量仅在个位数，而固定的碳元素（白字）至少也是千级——这个系统非常稳定，但是细微的波动造成的影响也能够给人类带来巨大的困扰，人类的生活环境真是无比脆弱啊。人类用智力更好地生存，同时智力的发明又带来新的问题，然后又用智力不断地解决掉这些问题，人类的日常真是exciting。


（单位：Gton）

3.真菌拯救地球

真菌，又称菌物界，是真核生物中的一大类群，包含酵母、霉菌之类的微生物，及最为人熟知的菇类。真菌自成一界，与植物、动物和原生生物相区别。真菌和其他三种生物最大不同之处在于，真菌的细胞有含几丁质为主要成分的细胞壁，而植物的细胞壁主要是由纤维素组成。卵菌和黏菌、水霉菌等在构造上和真菌相似，但都不属于真菌，而是属于原生生物。研究真菌的学科称为真菌学，通常被视为植物学的一个分支。但事实显示，真菌和动物之间的关系要比和植物之间更加亲近。

还是碳循环惹的事。
植物开始用木质素制造细胞壁的时候，它们自己也不知道，这种结构竟然是无解的存在——没有动物能消化木质素，也没有能分解木质素的微生物，总之就是木头无法腐烂。植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，碳元素被用于制造木质素和组成细胞壁，就被固定在了植物体内，死后无法分解意味着进入植物的碳元素无法释放重新进入碳循环，几百万年碳元素在植物体内的积累造成了大气中二氧化碳含量的锐减，气候变冷，植物缺乏二氧化碳进行光合作用，食物链断裂，生物大规模死亡。是分解木质素的真菌的出现使得碳循环得以重新建立。如果真菌分解木质素的演化推迟几百万年。。。
p.s.这时候大气氧含量爆棚，导致了各种巨型昆虫，属于最不想穿越到的地质年代TOP 3。

4.大氧化事件（Great Oxygenation Event ）

大氧化事件，也有氧化灾变（Oxygen Catastrophe or Oxygen Crisis）等不同称呼，是指约26亿年前，大气中的游离氧含量突然增加的事件。这一事件的具体原因尚不得知，目前只有若干种假说能加以解释。大氧化事件使得地球上矿物的成分发生了变化，也使得日后动物的出现成为了可能。

如果没有这个事件，地球将是厌氧生物的天下。事件的尺度也很震撼：开始时大气中的氧含量非常低，蓝绿藻每产生一丝氧气，都与地表的二价铁矿物发生反应生成三价铁矿物，直到地球表面所有的二价铁全部氧化——然后才开始积累大气游离氧。这个故事让我想起了愚公移山。

雪球地球在
@trilobite 的答案中有很好的描述，欢迎大家移步

5.地月同源说
对于不熟悉地球科学论证体系的同学，这里要强调一点：学说、假说、理论都是依据一定的事实，进行的推理论证，有争议是非常正常且健康的现象。举个栗子，你妈摸了电视机发现是热的，于是依据此事实建立了“小明偷偷看电视”假说，并且你爸通过遥控器位移的证据间接支持了这个假说，可是他们永远也无法直接观测到你看电视的那个时候，所以即使有再多的证据，也是假说。你的小伙伴可以说，你没有看电视，是猫蹲在电视机上所以很热，这时候就产生了另一种学说。小张说，都不对，是小明有不断摩擦电视机后盖的癖好所以很热。所以每个学说的置信度是不一样的。地月同源便是一个依据事实建立的假说。
假说的内容是：月球的形成来自于一次45亿年前地球与火星大小的星体的碰撞，甩出的物质逐渐凝聚成为月球。


支持的证据有：
地球的自转和月球的轨道的朝向是相似的
月岩标本指示月球表面曾经是熔融的
月球有一个相对较小的铁镍核心-类似地球组成
月球比地球密度小
在其他星球观测到类似的碰撞——导致
岩屑盘的产生
推测的大碰撞和主流的太阳系演变学说有一致性
地月的稳定同位素指示向一个共同的起源

6 埃迪卡拉(Ediacaran)和寒武纪生物大爆炸（Cambrian Radiation）



大约540百万年前，海洋由大量造礁生物占领。彼时的海水氧含量非常低，覆盖海底的是微生物组成的毯。这些微生物多数静止不动，没有壳软软的，少数可以瞎转悠（是真的瞎，没眼睛），以身体表面吸收养分为生。这是种简单的海洋生态，没有捕食者，可以安安静静的做一个美微生物，这便是埃迪卡拉生物群。这种宁静已经维持了数十亿年，却即将在接下来的短短几个百万年中被打破。（Fox，2016 Nature）
寒武纪，BOOM。生物种类数量迅速膨胀，演化也变得如火如荼，生物的样貌当然也变得五花八门——咦？这是什么？按住WASD可以移动了！咦？有光！我能看见我老婆长啥样了。我的嘴变得好强力，这是什么可以吃吗？生物迅速演化出了足，眼，颚，腮等重要器官。
关于大爆炸的触发因素讨论很激烈，内因可能是关键基因的突变，可能是关键器官的出现（眼）；外因可能是氧含量的突然上升，可能是两者的综合。也可能是捕食者的出现导致了生物的“军备竞赛”，激烈的竞争导致了演化的加速。有氧呼吸是一种更加“奢侈”的能源，提供了更强大的动力，也足以支撑能耗较高的神经系统的运转，生存空间也由二维变成了三维（从爬行到游泳）。
可是氧含量理论近来受到了挑战。证据表明彼时的氧含量上升比我们预期的尺度要小很多，远不足以产生如此强烈的刺激。大爆炸的起因可能并不是氧含量，因为即使是爆发前的氧含量也已经足够支撑大型生物的消耗了。


翻译：大型动物在埃迪卡拉纪开始出现，不过这些生物移动缓慢或者无法移动。埃迪卡拉纪末期大洋氧含量的上升可能是寒武纪大爆炸的导火索。
1. 八亿年前，氧含量从少于0.1%上升到大致1%-2%
2. 6.35亿年前， 冰川期的结束可能带来了氧含量的峰值，其他的峰值也可能发生在不同的时期
3. 8.5亿年前，大型的埃迪卡拉生物出现
4. 5.42亿年前，埃迪卡拉生物群绝灭，寒武纪爆炸开始
5. 氧含量缓慢，（可能）非均匀地上升，逐步到现代水平
埃迪卡拉生物：简单，缺少足，眼和其他解剖学的“发明”
寒武纪生物：寒武纪大爆炸产生了很多延续到今的物种。比如节肢动物，脊索动物（一部分发展成为了现在的脊椎动物）

7 生物大灭绝
生物大灭绝是指在极短的地质时间内，大量物种急剧灭绝的事件。现在的地球一共经历了5次这样的大灭绝。推测的原因分别有可能是冰川引起的海平面降低，全球变冷，小行星撞击/超级火山喷发事件以及其连锁反应（现在的黄石火山就是一座超级火山），大陆熔岩溢流。其中最严重的一次发生在距今251百万年前的二叠纪-三叠纪界线，总共有95%的海陆生物死亡。即使是这样多灾多难，地球生物也从未全军覆没，总会有一小撮最顽强的生物存活下来（比如后文中可爱的肺鱼），在灾难过后迅速繁衍壮大，所谓野火烧不尽，春风吹又生。


翻译：
第一次大灭绝：冰川期以及冰期结束后的气候反弹
第二次大灭绝：海洋缺氧事件，海平面上升和全球变冷
第三次大灭绝：极度干燥和炎热，大型火山喷发导致大量二氧化碳喷入大气，导致了温度上升和海洋酸化。此后地球生命经历了一千至两千万年的恢复期。
第四次大灭绝：极端的火山喷发，盘古超大陆裂开，全球升温，大洋酸化。原因尚有争论。
第五次大灭绝：海平面降低，火山活动导致了百万年尺度的生物数量减少。灾害导致酸雨和气候变冷。大型小行星撞击地球造成进一步的灭绝。
第六次：一部分科学家认为第六次大灭绝开始于一万年前人类开始统治地球。原因是捕猎，生态毁灭，污染，气候变化。
插播一条——猴子和人类是都是鱼进化而来的
人类属于
Tetrapod四足动物，属于
Sarcopterygii肉鳍鱼亚纲的一个分支


跟人类最近的现存鱼类是肺鱼：


“老子可是躲过了所有的5次大灭绝哦！”
8.超大陆旋回——沧海变桑田，桑田又变沧海



现代地球的最外层是由数个板块（=地壳+上地幔岩石圈）拼接组成的。这些板块的密度小于上地幔软流圈（Asthenosphere），所以板块浮在地幔软流圈之上，并且可以被地幔对流驱动而漂移。这就是板块运动理论。
>>
大陆漂移是如何启动的？ - 巴甫洛夫很忙的回答



超大陆旋回是指板块聚拢再分散的一个循环。板块分散开来，中间便成了大海，板块聚拢，挤压在一起的两个板块便堆成了山。现在的地球上，数个超大陆旋回正在同时进行，并且我们可以幸运地在不同地方找到该旋回的所有阶段。


1.旋回的开始——大陆开裂。东非大裂谷就是刚刚裂开的大陆。
2.大陆进一步开裂，海水灌入。——红海就是海水灌入后的裂谷。
3.大陆完全分开，成为成熟的大洋盆地。——大西洋
4.极盛而衰，大洋盆地由于俯冲运动开始聚拢——太平洋，俯冲运动发生在太平洋西侧。
5.逐渐消失的大洋盆地——地中海
6.完全消失的大洋，两个板块“缝合”在一起，形成高大的山脉——喜马拉雅山/西藏高原
这个过程用天翻地覆来形容也毫不夸张。我们现在能够观察到许多倒转地层，它们都被造山运动掀了个底朝天。



9.海洋中的钙镁离子，大洋钻探计划和古气候重建
海水的化学成分不是一成不变的。在漫长的地质历史中，海水的成分呈周期性的变化，这种变化自显生宙起就存在。海水的成分变化反应了地表活动根本性的变化，即大陆风化-沉积-火山活动的平衡的改变。
要从一种矿物说起：CaCO3，它是贝壳的成分，也是灰岩的化学成分。它能以两种不同的晶体结构存在：文石和方解石。M.H.克拉普罗特发现方解石和文石的组成都是碳酸钙，方解石属于三方晶系 ，是在较低温度下形成的，文石属于正交晶系，是在较高温度下形成的。
我们从沉积物中得知，奥陶到泥盆纪主要沉积方解石，而进入石炭纪直至三叠纪海水都沉积文石，之后侏罗至白垩纪又回到文石。控制碳酸盐岩矿物的结晶偏好主要因素之一是钙镁离子的比例，而从钙镁离子比例的变化我们可以得知海水温度的变化，从而得知大气温度的变化——这些变化无一例外都和碳元素的循环密不可分。
大洋钻探计划（IODP）是一个国际性的研究项目，规模不亚于欧洲粒子物理的研究。这个计划集结了全世界顶级的地质学家，海洋学家和工程师，在大洋地壳中钻取岩芯，分析其中的化学成分，其中一个部分就是利用钙镁比例变化重建古气候变化史。
是不是觉得碳元素超级厉害？
碳元素在宇宙中的丰度只有千分之五，在太阳系中丰度只有千分之三，在地壳中更是只有万分之三。这万分之三中的“很小很小很小”的一部分，组成了所有的生命，控制着地球的温度，改变了海洋的成分，提供了人类百分之八十的能源，以及更多。

本答案终于结束了。感谢您读到最后。