千面地球（簡體書）

羅伯特·黑森，美國著名的地質學家和礦物學家。麻省理工學院地球科學專業畢業，後獲得哈佛大學博士學位，曾任美國礦物學學會主席，現為卡內基學院研究員、喬治·麥迪森大學教授、美國前沿科學學會會員。

黑森不僅是礦物與生物協同進化理論的先驅，而且在科學傳播與寫作方面表現卓越，曾獲得美國礦物學學會獎及其傑出公眾傳播獎、美國化學學會伊帕蒂弗獎（Ipatieff Prize）、蒂姆斯·泰勒獎（ASCAP Deems Taylor Award）、教育學會獎、伊莉莎白·伍德科學寫作獎（Elizabeth Wood Science Writing Award）等等。

序言

中文版序言

本書是從全新的“礦物進化”的視角審視地球45億年的故事，這個視角的新穎之處在於它把地球整個地表如此多樣化的礦物看作是物理-化學-生物多重作用的結果。我們的團隊認為在最早的冥古宙（也稱隱生宙）地球上只有420種礦物，但到了距今30億年前就增加到1500種。接著，這一造礦過程繼續在24～22億年前的大氧化時期，以及5.4億年前的顯生宙時期製造新的礦物，這一時期創造的新礦物占今天5000種已知礦物的70%。

過去一年裡見證了這一概念的迅速發展，包括對多樣性礦物之間關係的系統的統計學研究。為此，我們把礦物學視為一個複雜進化系統的範例，其進化過程是確定性與隨機性過程的綜合。當然，所有進化的系統都遵循物理和化學定律，但概率事件也起了重要作用，引發了系統中很多無法預測的和突發性的細節。

地球地表45億年的變遷表現出了和其他進化系統一樣的典型的複雜特徵，趨同與分化，停滯與快進，甚至滅絕。在礦物進化的歷程中，造岩過程是最主要的方面。

太古地球，甚至是外星表面的礦物演化應該和今天的地球大同小異。尤其是氧、碳、鎂、矽、硫、鐵這些太陽系豐度最高的元素，也暗示了銀河系甚至河外宇宙中任何固體表面的星球，其殼層的地幔層都由相似的氧化物和矽酸鹽的成岩作用所主宰。不過隨機性也扮演著關鍵角色。為什麼地球或月球上將近5000種礦物，有的相互伴生，有的則相對獨處？如果讓地球歷史重放一次，礦物會有多大不同？其他星球上又會有怎樣的進程（初始條件和偶然性到底起多大作用）？所以我們要探索礦物的“生態學”中的偶然性和必然性。

這些算不上是新問題，生命起源研究中偶然性與必然性經常引發爭論。例如碳是所有生物化學中不可或缺的關鍵的核心元素，所以幾種生命起源理論都建立在生物分子學的路徑之上，即所謂的TCA代謝迴圈。與之相反，有些分子生物學家將基因視為“凝固的偶然”，他們認為信使RNA上的密碼子與氨基酸的匹配很可能是地球歷史上一次偶然事件的結果。以後的分析和爭論仍然在考量基因以及蛋白質結構和功能的作用。

對於基因產生之後的生命演化，仍然可以看見一些權威學者主張偶然性扮演主角，例如寒武紀無脊椎動物的形態學研究。另有一些科學家則更強調動物進化中的必然性，例如對軟體動物的拓樸結構、蛋白質的結構以及諸如眼睛、四肢、翅膀、鰭、刺等結構的功能特點的研究。

我們最近的研究則主張偶然性與必然性在礦物進化過程中旗鼓相當，我們發現至少有4種因素影響著礦物的分化：①結晶化學上的特性，反映在礦物多樣性及其豐度之間的關係上；②礦物在多維複合空間中的穩定性，反映在熱化學資料上；③稀缺礦物產生的概率，反映在礦物種類的地理分佈上；④星體的化學細分研究，反映在最近在搜尋太陽系外類地行星過程中獲得的其他星體的化學組成資料上。

或許最激動人心的發現是關於那些“失蹤”的礦物的。“分化-分佈”這一關係模式可以使我們去估量地球上今天尚未發現的礦物的數量。我們預測約有四分之一的礦物，也就是約1500種礦物，我們知之未詳。甚至我們還可以根據缺失礦物的組成與分佈的統計學資料來預測去哪裡可以找到它們。因此在礦物—生物學的觀念下，生物學最終將不僅僅是一門尋找偶然性的觀察性科學，而是可以成為一門可以預測、預言的科學。

於是，每次礦物學的新發現，都使我們更清晰地看到地球的身世。

2015年6月於華盛頓特區

導言／1

第一章誕生：地球的形成

第二章大撞擊：月球的形成

第三章黑地球：最初的玄武岩地殼

第四章藍地球：海洋的形成

第五章灰地球：最早的花崗岩地殼

第六章活地球：生命的起源

第七章紅地球：光合作用與大氧化事件

第八章臭地球：礦物革命第

九章白地球：雪球—溫室迴圈

第十章綠地球：陸地生物圈的興起

第十一章未來：行星永不停息

尾聲