Lịch sử trái đất phần 1

Trái đất – hành tinh của chúng ta, khác với những gì mà ta vẫn thấy ngày nay, nó đã bắt đầu cuộc đời của mình từ một khối cầu khủng khiếp mà ngay cả những cảnh tượng ghê gớm nhất trong phim ảnh cũng chẳng thể sánh bằng. Vậy những gì đã làm nên sự sống và văn minh của chúng ta?

Với mô hình hiện đại của Hệ Mặt trời cùng việc các mẫu đá cổ nhất trên Trái đất được tìm thấy có tuổi thọ hơn 4 tỷ năm (4.03 tỷ tại Canada và 4,4 tỷ tại Tây-Trung Australia), các nhà khoa học ngày nay đã có thể kết luận Trái đất hình thành vào khoảng 4,7 tỷ năm trước, là kết quả của sự tạo thành do hấp dẫn của hàng triệu khối đá lớn nhỏ và bụi, khí trên một dải vật chất có quĩ đạo quanh Mặt trời.

Bạn đang xem: Lịch sử trái đất

Ban đầu, Trái đất chỉ là một hành tinh chết nóng rực, các kim loại nặng chìm dần vào trong và nóng chảy, đẩy các vật chất nhẹ lên trên và nguội dần. Trái đất lúc này có hình dạng là một quả cầu khổng lồ màu đen với những vêt nứt sáng do phần vật chất nóng chảy bên trong. Chính các vết nức này sẽ còn tiếp tục tồn tại hàng tỷ năm nữa, thường xuyên trở thành nhân tố quyết định cho sự tồn vong của sự sống trên hành tinh.

Ban đầu, Trái đất chỉ là một hành tinh chết nóng rực.

4,3 tỷ năm trước, một hành tinh với kích thước của Sao Hỏa tên là Theia (cùng hình thành trong giai đoạn đầu của Hệ Mặt trời) tiến về phía Trái đất. Cú va chạm là một thảm họa thật sự, nhưng lại cũng là điều kiện tiên quyết cho sự sống của chúng ta sau này. Trước tiên, nó làm mật độ vật chất trên Trái đất trở nên đều hơn, giống như khi bạn xóc tung một lọ đựng nhiều loại kẹo cùng lúc. Tiếp theo… nó tạo thành Mặt Trăng. Vật chất từ bề mặt của cả 2 hành tinh bắn tung lên không gian, tạo thành một dải vật chất chuyển động trên quĩ đạo quanh Trái đất, giống như vành đai của Sao Thổ và các hành tinh lớn ngày nay. Lực hấp dẫn lần nữa lại đóng vai trò của đấng sáng tạo, nó tập hợp các mảnh vụn lại, tạo thành Mặt Trăng.

Lúc này, Mặt Trăng ở rất gần Trái đất và Trái đất thì quay rất nhanh. Nếu mọi chuyện cứ tiếp diễn như vậy thì sự sống đã khó mà hình thành. Nhưng nhờ sự có mặt của Mặt Trăng mà Trái đất quay chậm dần lại do ảnh hưởng của hấp dẫn, còn lực li tâm lại đẩy Mặt Trăng xa dần, tránh cho chúng ta những cơn thủy triều còn mạnh hơn hàng chục lần những đợt sóng thần khủng khiếp nhất ngày này. Đó là thời kì khoảng 4,1 tỷ năm trước khi đại dương và khí quyển (không có oxy) đang hình thành.

1 hành tinh với kích thước của Sao Hỏa tên là Theia (cùng hình thành trong giai đoạn đầu của Hệ Mặt trời) va vào Trái đất.

Khoảng 4,1 tới 3,8 tỷ năm trước, Trái đất bị lấp đầy bởi đại dương do sự lạnh đi của Trái đất cho phép sự tồn tại của nước lỏng. Các tiểu hành tinh nhỏ và các thiên thạch liên tiếp bắn phá Trái đất, chúng là các tàn dư trong thời kì đầu của Hệ Mặt trời. Chính các thiên thạch này mang theo các tinh thể ngậm nước và cả các hợp chất hữu cơ đơn giản nhất vào lòng đại dương, nơi sự sống sẽ phát sinh sau này.

3,8 tỷ năm trước, Trái đất bước vào thời kì Archaean (đại thái cổ). Đây là giai đoạn giữa của thời kì tiền cambri. Từ các hợp chất hữu cơ đầu tiên mang đến ừ các thiên thạch tấn công Trái đất, axit amin hình thành trong đại dương, các tế bào đơn giản nhất đầu tiên được hình thành. Khác với chúng ta ngày nay, chúng được cấu tạo trên cơ sở của các phân tử RNA (Ribonucleic acid, khác với DNA là Deoxyribonucleic acid cấu tạo nên động thực vật hiện nay). Ngày nay chúng ta đã tìm thấy hóa thạch của những dạng sống đâu tiên có tuổi lớn nhất là 3,5 tỷ năm. Các tế bào đầu tiên từ ban đầu là dạng sống đơn bào, kết hợp dần thành các lớp dày hơn là các khối stromatolite, chúng là dạng sống đầu tiên xuất hiện quá trình quang hợp cung cấp oxy cho hành tinh chúng ta. Hợp chất glucose đơn giản đầu tiên (đường) cũng đã hình thành.

3 tỷ năm trước, đại dương đã được bơm đầy oxy, sắt trong đại dương bị oxy hóa và chìm sâu xuống thành các quặng sắt, những công trình kiến trúc ngày nay chúng ta có đã được làm từ thứ quặng 3 tỷ năm tuổi này.

2,5 tỷ năm trước, thời kì Proterozoic (đại nguyên sinh) bắt đầu. Đây là thời kì phát triển đầu tiên của các loài sinh vật sơ khai trên Trái đất, giai đoạn cuối của thời tiền Cambri. Các thực vật đa bào đầu tiên xuất hiện vào thời gian khoảng 1,2 tỷ năm trước với cấu tạo phức tạp hơn từ các DNA thay vì RNA như trước.

Tuy nhiên sự phát triển của sự sống chưa được lâu thì nó bị buộc phải ngừng lại. Thời gian gần như ngừng trôi khi Trái đất bước vào giai đoạn đóng băng toàn cầu dài nhất và mãnh liệt nhất trong lịch sử. 850 triệu năm trước, mật độ oxy quá cao trong khí quyển ngăn cản việc hấp thụ ánh sáng Mặt trời, Trái đất không được tiếp nhiệt nên lạnh đi và đóng băng dần. Càng nhiều băng thì ánh sáng Mặt trời càng phản xạ ngược lại do cả hành tinh lúc này như một tấm gương khổng lồ không hề hấp thụ chút ánh sáng nào.

Cả Trái đất khi đó là một quả cầu băng khổng lồ, không một dấu vết của sự sống.

Thời kì này kéo dài tới hơn 200 triệu năm. Chúng ta biết rằng loài người ngày nay với lịch sử dường như là rất rất dài thực ra mới xuất hiện văn minh và trí tuệ thật sự ở cuối kỉ băng hà, khoảng 15-20.000 năm trước. Trong khi chỉ nguyên thời kì đóng băng cả hành tinh nay đã dài tới hơn 200 triệu năm. Cả Trái đất khi đó là một quả cầu băng khổng lồ, không một dấu vết của sự sống, của hơi ấm Mặt trời, bất cứ tia sáng nào từ Mặt trời đều bị dội ngược lại không gian.

630 triệu năm trước, nguồn dung nham nóng chảy trong lòng Trái đất được đánh thức, trở thành vị cứu tinh cho sự sống trên hành tinh. Các núi lửa sau hàng trăm triệu năm ngủ yên đã thức giấc và phun trào, chúng phá vỡ một số điểm đóng băng trên bề mặt Trái đất, phun dung nham lên bề mặt, và quan trọng nhất trong đó là khí cacbonic. Như ta đã biết, cacbonic chính là tác nhân gây nên hiệu ứng nhà kính, và lúc này đó lại chính vị cứu tinh cho sự sống trên Trái đất. Không khí hấp thụ được nhiệt độ của Mặt trời cùng với sự phun trào dung nham làm băng tan dần tạo điều kiện cho những dạng sống sâu nhất dưới đại dương vẫn còn tồn tại nay lại có cơ hội tiến hóa. Quá trình tan băng này kéo dài khoảng vài triệu năm.

580 triệu năm trước, thực vật đa bào đã khá phổ biến và cũng là thời kì đầu tiên của các động vật thân mềm, ngày nay chúng ta đã tìm được những hóa thạch của các động vật thân mềm có tuổi tương đương với thời kì này.

540 triệu năm trước, oxy tiếp tục được bớm đầy khí quyển và ở tầng trên của khí quyển trực tiếp đón nhận ánh sáng Mặt trời, một lớp khi mới được hình thành từ oxy, đó là ozone, nó ngăn cản các bức xạ tia cực tím xuyên vào khí quyển, và đây chính là điều kiện để sự sống xâm chiếm lên mặt đất (lúc này những mảng lục địa đầu tiên đã xuất hiện).

Khoảng 530 triệu năm trước, Trái đất bước vào thời kì Paleozoic (đại cổ sinh), bắt đâu bằng kỉ đầu tiên là kỉ Cambri. Đây là khoảng thời gian bùng nổ của sự phát triển sinh vật, kéo dài khoảng 30 triệu năm, gọi là thời kì bùng nổ Cambri. Ở dưới biển, các loại động vật phức tạp hơn xuất hiện, điển hình nhất là bọ ba thùy và các họ hàng của nó. Ngoài ra đây là lần đầu tiên có sự xuất hiện của động vật săn mồi, những loài trực tiếp tấn công loài khác lam thức ăn thay vì ăn thực vật nhỏ hay các xác chết trôi nổi. Chẳng hạn như trong hình dưới là một con Anomalocaris đang chuẩn bị hạ sát con mồi của mình là 1 con bọ ba thùy.

Con Anomalocaris.

505 triệu năm trước, giai đoạn tiếp theo của sự phát triển động thực vật bắt đầu, đây là kỉ thứ 2 của Paleozoic, kỉ Ordovic (Ordovician). Đại dương xâm chiếm toàn bộ phần Bắc của Trái đất và sự phát triển sinh vật tập trung ở lục địa phía Nam là Gondwana. Đây là thời kì phát triển mạnh mẽ của các sinh vật thân mềm và đặc biệt là sự bùng nổ của loài cá. Các loài cá đầu tiên xuất hiện chúng thống trị đại dương suốt từ thời kì này tới kỉ Silur (Silurian, 440-410 triệu năm trước) và Devon (Devonian, 410-360 triệu năm trước).

Kỉ Devon, 410 triệu năm trước, một loài cá tên là Tetrapods tiếp xúc với đất liền và dùng vây của nó để bò dần lên. Sau hàng triệu năm tiến hóa, chúng đã lên hẳn mặt đất, tiến hóa thành các động vật đầu tiên trên cạn, tiếp theo chúng là loài Ichthyostega. Ngoài ra, đây cũng là thời kì phát triển của các loài côn trùng khá giống ngày nay như những con chuồn chuồn hay các loài chân đốt, nhưng với những kích thước lớn hơn rất nhiều. Không chỉ thế, các loài thực vật cũng phát triển với kích thước khổng lồ, cao tới hàng chục mét do nồng độ cao của oxy trong không khí.

Một loài cá mang tên Tetrapods.

Từ 360 triệu đến 286 triệu năm trước kỉ Carbon (còn gọi là kỉ than). Đây là thời kì 1 loạt cây cối chết đi và nằm lại trong lòng đất, kết thành các mỏ than đá ngày nay. Quan trọng nhất cần nhắc tới, đây là thời kì động vật bắt đầu đẻ trứng trên mặt đất. Ta nên biết rằng trước giai đoạn carbon này, các loài động vật ngay cả để bắt đàu xâm chiếm thế giới trên cạn như một số loài bò sát, ếch nhái nhưng vẫn có thói quen đẻ trứng dưới nước do con non trong trứng cần có đủ độ ẩm mới có thể tồn tại tới khi trào đời. Nhưng đến thời kì này, bò sát đã tiến hóa để có thể đẻ ra những quả trứng có chứa nước cung cấp trực tiếp cho con non. 2 loài đầu tiên tổ tiên của thế hệ bò sát sau này là Hylonomus và Paleothyris.

Một con Hylononus.

Các cây lớn chết đi tạo thành than đá, trong khi đó lại một thế hệ cũng không kém phần to lớn xuất hiện thay thế, đó là những cụm rêu cao tới 30m, những cây cỏ đuôi ngựa và dương xỉ cao trên 15m, chúng tràn ngập khắp lục địa Gondwana.

Từ 286 đến 248 triệu năm trước, Trái đất bước vào thời kì cuối cùng của đại cổ sinh Paleozoic, đó là kỉ Permy (Permian). Đây là thời kì rất quan trọng trong sự phát triển của động vật. Một số loài bò sát tiến hóa thành các giai đoạn đầu của động vật có vú, chẳng hạn như loài therapsids trong hình dưới đã tiến hóa từ loài Dimetrodon, nó đã có khuôn mặt và hàm răng rất giống các loài động vật có vú ngày nay, nó cũng là một trong những kẻ săn mồi đáng sợ của thời Permy. Tuy nhiên, thật đáng tiếc, động vật có vú đã không phát triển dễ dàng như vậy, loài therapsids cùng rất nhiều loài động vật (chủ yếu là bò sát) thời đó đã là nạn nhân của thảm họa tuyệt chủng khủng khiếp nhất trong lịch sử Trái đất: đại tuyệt chủng Permi.

Loài Therapsids.

Đến nay, vẫn còn nhiều ý kiến chưa thống nhất về nguyên nhân của thảm họa này, nhưng đa phần ý kiến cho rằng nguyên nhân của cuộc đại tuyệt chủng là sự hợp nhất hai lục địa Laurasia và Gondwana thành đại lục địa Pangaea. Cú va chạm làm xáo trộn địa hình của cả 2 lục địa lớn dẫn đến động đất, núi lửa trên qui mô toàn lục địa hủy diệt các sinh vật. Nhưng nơi bị tiêu diệt ghê gớm nhất lần nàylaij là các loài sinh vật ở đại dương, có tới 95% số loài đã vĩnh viễn biến mất sau đại tuyệt chủng này.

Cuộc đại tuyệt chủng này đánh dấu kết thúc kỉ Permi, chuyển sang thời kì tiếp theo gọi là Mesozoic (đại trung sinh).

248 triệu năm trước là khởi điểm của đại Mesozoic, khi cuộc đại tuyệt chủng đã kết thúc. Tại đại dương cũng như trên cạn, sự biến đổi đã ngừng lại, nhưng điều kiện tự nhiên đã không còn như trước, và một số loài tỏ ra thích nghi tốt hơn các loài khác, chúng phát triển trở thành những kẻ thống trị hành tinh. Kỉ đầu tiên của Mesozoic là kỉ Trias (một số tài liệu Việt Nam thường dịch là kỷ Tam Điệp), nơi đánh dấu sự bắt đầu của cái mà người ta gọi là triều đại của khủng long. Đây là thời kì phát triển hưng thịnh nhất trong lịch sử của loài bò sát. Tổ tiên của động vật có vú như những con Cynodonts vẫn tiếp tục tồn tại và duy trì cho sự bùng nổ của động vật có vú và kết quả cuối cùng là chúng ta sau này.

Con Cynodonts.

Tuy nhiên vào thời kì Trias này, các động vật có vú và cả các loài cá đều tỏ ra hết sức lép vế so với sự thống trị của khủng long. Chúng có mặt ở khắp nơi với kích thước từ nhỏ tới lớn, và ở đủ dạng sống. Trong khi ở đáy đại dương, những kẻ thống trị là Ichthyosaurus hay là Nothosaurus trong một thời gian dài, thì trên mặt đất khủng long còn thịnh vượng hơn. Chúng chia ra làm 3 nhóm chính là theropods (các loài săn mồi như T-rex, Coelophysis hay Allosaurus), nhóm sauropod gồm những con thằn lằn cổ dài như Apatosaurus, Mamenchisaurus và cuối cùng là nhóm ornithischian gồm các loài như Triceratops (khủng long 3 sừng), Stegosaurus (khủng long áo giáp) hay cả những con Iguanodon như bạn từng thấy trong bộ phim nổi tiếng Dinosaur của Walt Disney. Hình dưới là một con T-rex (Tyranosaurus Rex), loài khủng long săn mồi nổi tiếng nhất của kỉ Trias.

Khủng long bạo chúa T-Rex.

213 triệu năm trước kỉ Jura bắt đầu. Đây là giai đoạn giữa của Mesozoic. Pangaea lại một lần nữa nứt vỡ thành Laurasia và Gondwana. Tại các vết nứt vỡ, xuất hiện sự tiêu hủy của hàng loạt sinh vật gồm cả thực vật và các loại cá và động vật biển.

Chúng lắng xuống và tạo thành các mỏ dầu ngày nay, đây là một điểm rất quan trọng trong lịch sử địa chất của Trái đất và đóng góp không nhỏ cho thế giới hiện đại của chúng ta ngày nay.

Trong khi đó trên mặt đất các loài bò sát vẫn tiếp tục phát triển. Đến giữa kỉ Jura chúng đã thống trị cả trên không, mặt đất và đại dương với số lượng các loài tăng lên rất nhiều so với thời kì Trias. Dưới đại dương, những con plesiosaurs xuất hiện và cai trị đáy biển.

Một con Plesiosaurs.

Trong khi đó thống trị bầu trời là pterosaurs, những con thằn lằn có cánh. Tuy nhiên chúng lại không phải tổ tiên của loài chim sau này. Loài chim ngày nay đã bắt đầu cũng chính từ kỉ Jura, một loài khủng long ăn thịt trên mặt đất đã tiến hóa, mọc thêm lông vũ trở thành một loài chuyển tiếp giữa bò sát và chim. Những con Archaeopteryx mới chính là tổ tiên của loài chim ngày nay.

Con Archaeopteryx – tổ tiên của loài chim ngày nay.

Động vật có vú thời kì này chỉ là những con thú nhỏ như những con chuột ngày nay, chúng phải sống trong sự lẩn trốn để thoát khỏi sự săn đuổi của loài khủng long.

145 triệu năm trước, Trái đất bước sang kỉ Creta (một số tài liệu tiếng Việt thường gọi là kỉ Phấn Trắng), đây là giai đoạn cuối trong triều đại của khủng long. và cũng là kỉ cuối cùng của đại Mesozoic.

Điểm đáng nói nhất của thời kì này chính là sự xuất hiện của các loài cây có hoa, được côn trùng thụ phấn, thay thế cho thế hệ cây cũ gồm chủ yếu là dương xỉ và các cây lá kim. Các loài khủng long đã không còn phát triển thịnh vượng như trước do sự thay đổi của thảm thực vật như vậy. Tuy nhiên chúng vẫn là những kẻ cai trị bất bại cho đến tận thời điểm 65 triệu năm trước.

Đại đa số các ý kiến hiện nay nghiêng về giả thuyết một tiểu hành tinh hủy diệt, do nó có được bằng chứng về Iridium (một thứ chỉ có thể đến từ ngoài Trái đất) với tuổi thọ khoảng 65 triệu năm tìm thấy ở Trung Mỹ, khu vực vịnh Mexico. Giả thuyết này cho biết một tiểu hành tinh với đường kính hơn 10km trong Hệ Mặt trời đã lao về phía Trái đất. Cú va đập khủng khiếp đã tạo ra vịnh Mexico ngày nay và một đợt sóng thần cũng như động đất lớn nhất trong toàn bộ đại Mesozoic.

Một tiểu hành tinh với đường kính hơn 10km trong Hệ Mặt trời đã lao về phía Trái đất.

Quan trọng hơn, nó gây ra những biến chuyển lớn về khí hậu. Núi lửa phun trào ghê gớm cùng những đợt tấn công của thiên thạch giết chết hàng loạt các loài động vật cỡ lớn. Bụi và muội than từ núi lửa cũng như các va chạm che phủ bầu trời, ngăn ánh sáng Mặt trời chiếu tới mặt đất gây ra sự chết hàng loạt của các loại cây. Mọi nguồn cung cấp lương thực bị cạn kiệt cùng sự biến chuyển về nhiệt độ bất ngờ chính là yếu tố quan trọng nhất dẫn đến sự tuyệt chủng của loài khủng long.

Tuy nhiên, so về mức độ thì vụ va chạm này chưa thể sánh được với đại tuyệt chủng Permi. Chính vì vậy vẫn có những loài bò sát nhỏ, các loài chim tồn tại được do nhu cầu ít hơn về lượng thức ăn, cũng như dễ dàng lẩn trốn những tác động của thảm họa. Và quan trọng nhất là các tổ tiên động vật có vú của chúng ta, chúng đã tồn tại qua thảm họa để bước vào thời kì tiếp theo của lịch sử Trái đất.

Đại Cenozoic (tân sinh)

Một thế giới vắng bóng khủng long trở nên trống trải trong một thời gian dài khi loài chim chưa phát triển mạnh mẽ còn động vật có vú thì đã quen việc ẩn nấp dưới hang sâu để tránh khủng long. Cho tới thời điểm, gần 60 triệu năm trước, động vật có vú mới ngoi lên mặt đất và phát triển thành nhiều dạng từ kẻ săn mồi tới con mồi, và kẻ thù không nhỏ của chúng thời đó là những con chim ăn thịt khổng lồ.

Khoảng 55 triệu năm trước vào cuối thời kì Palaeocene (một bộ phận của Cenozoic), động vật linh trưởng bắt đầu xuất hiện ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới với những đặc điểm linh hoạt hơn hẳn các loài khác cho phép chúng thích nghi với môi trường sống: bàn chân trước (sau này là tay) có 5 ngón với ngón cái đối diện với 4 ngón còn lại cho phép cầm nắm, chuyền cành; cổ linh hoạt cho phép quan sát từ nhiều hướng… Đó chính là tổ tiên đầu tiên của chúng ta ngày nay.

Vào thời Eocene ngay sau Palaeocene từ 55 đến 33,7 triệu năm trước, khí hậu đã ấm hơn, rừng nhiệt đới mở rộng từ xích đạo trong khi băng tập trung ở 2 cực, nhất là Nam Cực, có sự xuất hiện của nhiều loại cây và cả động vật giống với ngàynay trong đó đáng kể nhất là các loài móng guốc và một số loài linh trưởng gần với chúng ta hơn.

Đáng chú ý thời kì này là hai nhóm động vật móng guốc là Artiodactyla (tổ tiên của các loài hươu hiện nay) và Perissodactyla (tổ tiên của loài ngựa và tê giác), chúng là các động vật phổ biến thời kì này. Loài ngựa khi đó khá nhỏ, chỉ như những con chó nhỏ bây giờ. Sau này chúng tuyệt chủng dần chỉ còn một ít sống sót phát triển thành ngựa, ngựa vằn và tê giác ngày nay.

Con Mesonychids.

Một nhánh động vật cũng rất đáng chú ý và quan trọng trong lịch sử phát triển sự sống là những con Mesonychids có hình dạng gần giống chó soi và linh cẩu, chúng là các động vật săn mồi của thời kì hơn 30 triệu năm trước. Do tự thích nghi thuận lợi với môi trường nước, chúng rời bỏ mặt đất, thích nghi dần với môi trường sống mới và sau này tiến hóa thành loài cá voi ngày nay.

Những tổ tiên thật sự gần của loài người chỉ xuất hiện vào khoảng 3,7 triệu năm trước, đó là thời điểm xa nhất mà đến nay chúng ta có thể ghi lại được dấu chân của loài vượn người đã có thể đi bằng hai chân. Loài này có tên Australopithecus, phát triển trong các vùng rừng châu Phi. Sự sa mạc hóa của lục địa này khiến rừng biến thành sa mạc hoặc thảo nguyên, không còn cây cối để leo chèo, loài Australopithecus mới dần tiến hóa để có thể thích nghi với việc sống thiếu các ngọn cây.

Australopithecus – tổ tiên gần của loài người.

Australopithecus sau này tiến hóa thành Homo habilis với mức độ giống con người ngày nay nhiều hơn, và rồi xa hơn là Homo ergaster, rồi Homo erectus với ít lông hơn, chỉ tập trung chính ở trên đầu, các chức năng cơ thể khá giống với con người ngày nay.

Homo erectus được cho là tổ tiên đầu tiên ở dạng người của loài người chúng ta ngày nay, với bộ não có kích thước khoảng 74% bộ não của con người hiện đại. Đó là khoảng 1,8 triệu năm trước.

Cho tới tận 100.000 năm trước, loài người có trí tuệ đầu tiên mới thật sự xuất hiện, đó là những người Homo sapien. Họ là nhánh phát triển nhất về trí tuệ trong số các nhánh phát triển của thế hệ các loài vượn người Homo. Với sự sa mạc hóa của châu Phi, họ vượt qua ranh giới giữa châu Phi và châu Âu, phân tán trên cả châu Âu và châu Á (ban đầu là vùng Trung Đông) ngày nay và sống cùng các loài động vật kì lạ trong thời gian của kỉ băng hà như những con Mammoth (voi ma mút) hay nhưng loài động vật có vú có hình dáng ít nhiều khác biệt với động vật ngày nay.

Voi ma mút.

Khi kỉ bằng hà bước vào giai đoạn kết thúc khoảng 12.000 năm trước, con người mới thật sự bước vào thời đại của mình với những tổ chức xã hội từ nhỏ đến lớn, từ đơn giản đến phức tạp. Nếu như khủng long từng là loài thống trị Trái đất lâu nhất trong lịch sử của hành tinh này thì ngược lại, con người chúng ta mới chiếm lĩnh nó trong một khoảng thời gian quá ngắn nhưng lại là loài có tốc độ phát triển ghê gớm nhất về cả dân số, sự phát triển của xã hội và khoa học kĩ thuật. Và những gì chúng ta có hôm nay, kể cả những dòng bạn vừa đọc, chính là kết quả của tất cả quá trình này!

Giả thuyết tinh vân là mô hình chuẩn cho sự hình thành của Hệ Mặt Trời. Theo đó, Hệ Mặt Trời ra đời từ một đám bụi khí lớn chuyển động quay gọi là tinh vân mặt trời. Tinh vân có thành phần hidro, heli được tạo thành không lâu sau Big Bang (13,8 tỉ năm trước; Ga) và những nguyên tố nặng có nguồn gốc từ siêu tân tinh. Khoảng 4,5 Ga, sóng xung kích từ một siêu tân tinh gần đó có thể đã khiến tinh vân bắt đầu co lại và quay. Khi đám bụi khí bắt đầu bồi tụ, momen động lượng, lực hấp dẫn, và quán tính đã dát phẳng nó thành một đĩa tiền hành tinh vuông góc với trục quay. Các hành tinh ban sơ có đường kính tầm kilomet bắt đầu hình thành và quay quanh tâm tinh vân nhờ những nhiễu loạn do va chạm và momen động lượng của mảnh vụn lớn khác.

Sự suy sụp nhanh chóng xảy ra ở tâm tinh vân. Quá trình nén ép gia nhiệt cho nó đến khi phản ứng tổng hợp hạt nhân hidro thành heli bắt đầu. Sau khi co thêm, một ngôi sao T Tauri bùng cháy và tiến hóa thành Mặt Trời. Trong khi đó, ở phần ngoài tinh vân lực hấp dẫn làm vật chất tụ lại và phần còn lại của đĩa tiền hành tinh bắt đầu phân tách thành những vòng tròn. Các mảnh vụn lớn kết lại với nhau tạo nên những hành tinh. Trái Đất ra đời theo cách này vào khoảng 4,54 tỉ năm trước và hoàn thiện phần nhiều trong vòng 10–20 triệu năm. Gió mặt trời của ngôi sao T Tauri mới hình thành đã thổi bay hầu hết vật chất chưa tụ thành những khối thể lớn trong đĩa. Quá trình tương tự được dự đoán tạo ra các đĩa bồi tụ quanh gần như mọi ngôi sao mới xuất hiện trong vũ trụ.

Trái Đất nguyên thủy phát triển nhờ hoạt động bồi tụ cho đến khi phần trong của nó đủ nóng để làm nóng chảy những kim loại nặng, ái sắt. Do có khối lượng riêng lớn hơn silicat, những kim loại này chìm sâu, tách lớp manti nguyên thủy khỏi lõi kim loại chỉ 10 triệu năm sau khi Trái Đất bắt đầu hình thành, tạo nên cấu trúc lớp của Trái Đất và tạo điều kiện cho từ trường xuất hiện. J. A. Jacobs là người đầu tiên đề xuất rằng lõi trong, phần tâm nóng tách khỏi lõi ngoài lỏng, đang đông cứng và lấn ra lõi ngoài do phần trong Trái Đất đang nguội dần (khoảng 100°C mỗi tỉ năm).

Liên đại Thái Viễn Cổ và Thái Cổ

Mặt Trăng, vệ tinh tự nhiên đầu tiên của Trái Đất, lớn so với hành tinh của nó hơn bất kỳ vệ tinh nào khác trong Hệ Mặt Trời. Đá trên Mặt Trăng đã được đem về Trái Đất trong chương trình Apollo. Công tác định tuổi đá chỉ ra Mặt Trăng xuất hiện cách đây 4,53 ± 0,01 tỉ năm, ít nhất 30 triệu năm sau Hệ Mặt Trời. Chứng cứ mới gợi ý Mặt Trăng hình thành muộn hơn, 4,48 ± 0,02 Ga, hay 70–110 triệu năm sau Hệ Mặt Trời.

Các lý thuyết về sự hình thành của Mặt Trăng phải lý giải cho sự ra đời muộn của nó và những thực tế sau. Đầu tiên, Mặt Trăng có khối lượng riêng nhỏ (bằng 3,3 lần nước, Trái Đất là 5,5) và lõi kim loại nhỏ. Thứ hai, hầu như không có nước hay chất dễ bay hơi khác trên Mặt Trăng. Thứ ba, Trái Đất và Mặt Trăng có cùng dấu hiệu đồng vị oxy (số lượng đồng vị cân xứng). Có một lý thuyết được chấp nhận rộng rãi: giả thuyết vụ va chạm lớn cho rằng Mặt Trăng ra đời sau khi một thiên thể to cỡ Sao Hỏa (đôi khi gọi là Theia) lao sượt qua Trái Đất nguyên thủy.:256

Vụ va chạm giải phóng năng lượng gấp 100 triệu lần vụ Chicxulub gần đây hơn, đủ để thổi bay lớp ngoài của Trái Đất và làm nóng chảy hai thiên thể.:256 Một phần vật chất manti bắn vào quỹ đạo quanh Trái Đất. Giả thuyết vụ va chạm lớn tiên đoán Mặt Trăng cạn kiệt kim loại, lý giải cho thành phần bất thường của nó. Vật chất bắn ra quay quanh Trái Đất có thể đã kết tụ thành một khối thể đơn trong vài tuần. Chịu tác động của trọng lực, khối này trở nên tròn hơn và Mặt Trăng ra đời.

Các lục địa đầu tiên

Trái Đất thường được mô tả là có ba khí quyển. Khí quyển đầu tiên thâu tóm từ tinh vân mặt trời gồm các nguyên tố nhẹ chủ yếu là hidro và heli. Sự kết hợp của gió mặt trời và nhiệt của Trái Đất đã xua tan khí quyển này. Sau vụ va chạm tạo thành Mặt Trăng, Trái Đất nóng chảy giải phóng khí dễ bay hơi và về sau núi lửa thải ra thêm khí, hoàn thành khí quyển thứ hai nhiều khí nhà kính và ít oxy.:256 Cuối cùng, khí quyển thứ ba giàu oxy xuất hiện khi vi khuẩn bắt đầu tạo ra oxy vào khoảng 2,8 Ga.:83–84, 116–117

Trong những mô hình ban đầu, khí quyển thứ hai hình thành bởi các chất dễ bay hơi thoát ra từ bên trong Trái Đất. Hiện người ta cho rằng khả năng nhiều chất dễ bay hơi xuất hiện bởi quá trình gọi là khử khí do va chạm mà ở đó các vật thể lao tới giải phóng khí khi va chạm. Vì vậy, khí quyển và đại dương bắt đầu hình thành cùng lúc với Trái Đất. Khí quyển mới có lẽ chứa hơi nước, cacbon dioxit, nitơ, và một lượng nhỏ khí khác.

Vi hành tinh ở cách một đơn vị thiên văn (AU) đổ về không đóng góp chút nước nào cho Trái Đất vì tinh vân mặt trời quá nóng để băng hình thành và quá trình hidrat hóa đá bởi hơi nước sẽ rất lâu. Nước phải tới từ những vẫn thạch ở vành đai tiểu hành tinh phía ngoài và một số phôi hành tinh ở xa hơn 2,5 AU. Sao chổi cũng có thể là nguồn cung nước. Mặc dù hiện tại hầu hết sao chổi có quỹ đạo cách xa Mặt Trời hơn Sao Hải Vương nhưng những mô phỏng trên máy tính chỉ ra lúc đầu chúng phổ biến ở phần trong Hệ Mặt Trời hơn nhiều.:130–132

Khi Trái Đất nguội đi, mây hình thành. Mưa tạo ra đại dương. Chứng cứ gần đây gợi ý đại dương có thể đã bắt đầu hình thành ngay từ 4,4 Ga. Cho đến khi liên đại Thái Cổ bắt đầu, đại dương đã bao phủ hầu khắp Trái Đất. Khó để lý giải cho sự xuất hiện sớm này bởi một vấn đề gọi là nghịch lý Mặt Trời trẻ yếu ớt. Chúng ta biết rằng sao sáng hơn khi già đi, và lúc mới hình thành Mặt Trời chỉ tỏa ra 70% năng lượng hiện tại. Vậy là Mặt Trời đã trở nên sáng hơn 30% trong 4,5 tỉ năm qua. Nhiều mô hình còn chỉ ra Trái Đất đã bị băng bao phủ. Một cách lý giải có thể là lượng cacbon dioxit và metan đủ để gây hiệu ứng nhà kính. Cacbon dioxit tới từ núi lửa và metan từ những vi sinh vật ban đầu. Amoniac, một loại khí nhà kính khác, cũng được núi lửa thải ra song nhanh chóng bị tiêu hủy bởi bức xạ tử ngoại.:83

Nguồn gốc sự sống

Một trong những lý do khiến khí quyển và đại dương ban đầu đáng chú ý là vì chúng tạo điều kiện cho sự sống ra đời. Có nhiều mô hình thiếu đồng nhất mô tả cách thức sự sống phát sinh từ các chất hóa học. Các hệ thống chất hóa học trong phòng thí nghiệm thiếu đi độ phức tạp tối thiểu để tạo ra sinh vật sống.

Bước đầu tiên có thể là những phản ứng hóa học đã tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ đơn giản như nucleobazơ và axit amin, những viên gạch xây nên sự sống. Vào năm 1953, Stanley Miller và Harold Urey đã làm một thí nghiệm chỉ ra những phân tử như vậy có thể hình thành trong khí quyển có nước, metan, amoniac, và hidro với sự trợ giúp của tia lửa để làm giả hiệu ứng tia sét. Tuy thành phần khí quyển có lẽ không giống vậy nhưng những thí nghiệm sau này sát thực tế hơn cũng tổng hợp được phân tử hữu cơ. Theo những mô phỏng máy tính, phân tử hữu cơ có thể đã hình thành trong đĩa tiền hành tinh trước khi Trái Đất ra đời.

Mức độ phức tạp cao hơn có thể đạt được từ ít nhất ba xuất phát điểm: tự nhân bản tức khả năng đẻ con giống hệt, trao đổi chất tức khả năng ăn uống và tự phục hồi, và màng tế bào ngoài cho phép hấp thu dinh dưỡng và thải bỏ sản phẩm thừa.

Liên đại Nguyên Sinh

Liên đại Nguyên Sinh kéo dài từ 2,5 tỉ đến 542 triệu năm trước.:130 Vào thời kỳ này, các nền cổ đã phát triển thành lục địa với kích cỡ ngày nay. Khí quyển trở nên giàu oxy là một bước tiến triển quyết định. Sự sống từ sinh vật nhân sơ đã tiến hóa thành sinh vật nhân thực và đa bào. Liên đại Nguyên Sinh chứng kiến hai đợt băng hà khắc nghiệt gọi là cầu tuyết Trái Đất. Sau đợt thứ hai vào khoảng 600 Ma, sự sống tăng tốc tiến hóa. 580 triệu năm trước, nhóm sinh vật kỷ Ediacara đã khai màn cho sự bùng nổ kỷ Cambri.

Cách mạng oxy

Stromatolit hóa đá bên bờ hồ Thetis, Tây Úc. Stromatolit thời Thái Cổ là dấu tích sự sống hóa thạch trực tiếp đầu tiên trên Trái Đất.
Hệ tầng sắt dải từ nhóm Moories 3,15 Ga, đai đá xanh Barberton, Nam Phi. Các lớp đỏ biểu thị thời gian oxy hiện hữu, lớp xám hình thành trong hoàn cảnh thiếu oxy.

Các tế bào đầu tiên hấp thu năng lượng và thức ăn từ môi trường xung quanh. Chúng tận dụng lên men, sự phá vỡ hợp chất phức tạp thành những hợp chất đơn giản và ít năng lượng hơn, rồi dùng năng lượng giải phóng để sinh sôi. Lên men chỉ có thể xảy ra trong môi trường kỵ khí (không oxy). Quang hợp cho phép tế bào lấy năng lượng từ Mặt Trời.:377

Hầu hết sự sống trên bề mặt Trái Đất lệ thuộc trực tiếp hay gián tiếp vào quang hợp. Quang hợp tạo oxy, hình thức phổ biến nhất, biến cacbon dioxit, nước, và ánh sáng mặt trời thành thực phẩm. Các phân tử như ATP thâu tóm năng lượng ánh sáng mặt trời để làm ra đường. Hidro bị tách khỏi nước, để lại sản phẩm thừa oxy. Một số sinh vật như vi khuẩn tía và vi khuẩn lưu huỳnh lục sử dụng hình thức quang hợp không tạo oxy, thay thế nước là hidro sunfua, lưu huỳnh, hoặc sắt. Các sinh vật ái cực này chỉ sống ở những môi trường khắc nghiệt như suối nước nóng hay miệng phun thủy nhiệt.:379–382

Hình thái quang hợp không tạo oxy đơn giản hơn phát sinh vào khoảng 3,8 Ga, không lâu sau khi sự sống xuất hiện. Quang hợp tạo oxy từng được cho chắc chắn xuất hiện vào khoảng 2,4 Ga, nhưng một số nhà nghiên cứu lại lùi thời điểm về 3,2 Ga. Stromatolit hóa thạch thuộc số tàn tích của dạng sống tạo oxy cổ xưa nhất.

Ban đầu, oxy thải ra gắn kết với đá vôi, sắt, và những khoáng vật khác. Sắt oxy hóa xuất hiện là các lớp màu đỏ trong địa tầng gọi là hệ tầng sắt dải hình thành nhiều vào kỷ Sideros (2500–2300 Ma).:133 Khi hầu hết các khoáng vật phơi bày bị oxy hóa, oxy cuối cùng bắt đầu tích tụ vào khí quyển. Tuy mỗi tế bào chỉ sản được lượng nhỏ oxy nhưng hoạt động trao đổi chất của nhiều tế bào qua quãng thời gian dài đã biến đổi khí quyển Trái Đất thành như hiện tại. Đây là khí quyển thứ ba của Trái Đất.:50–51:83–84, 116–117

Một lượng oxy bị bức xạ cực tím mặt trời kích thích tạo thành ozon tập hợp gần thượng tầng khí quyển. Lớp ozon hấp thụ lượng lớn bức xạ cực tím mà trước đó đi qua khí quyển, cho phép tế bào tồn tại ở bề mặt đại dương và cuối cùng là mặt đất. Thiếu đi lớp ozon, tia tử ngoại sẽ xuyên xuống bề mặt gây nên những đột biến ngoài sức chịu đựng ở các tế bào phơi bày.:219–220

Quang hợp còn có một tác động lớn khác. Oxy là độc hại; hầu hết sự sống trên Trái Đất có lẽ đã bị diệt vong khi hàm lượng oxy tăng trong thảm họa oxy. Các dạng sống đề kháng bám trụ và sinh sôi, một số phát triển khả năng sử dụng oxy để làm tăng hiệu quả chuyển hóa và thu thập nhiều năng lượng hơn từ cùng một loại thực phẩm.

Cầu tuyết địa cầu

Quá trình tiến hóa tự nhiên khiến Mặt Trời dần sáng hơn trong liên đại Thái Cổ và Nguyên Sinh (sáng hơn 6% mỗi tỉ năm).:165 Vì vậy đến liên đại Nguyên Sinh Trái Đất bắt đầu nhận nhiều nhiệt từ Mặt Trời hơn. Tuy nhiên, Trái Đất lại không ấm hơn. Thay vào đó, hồ sơ địa chất gợi ý hành tinh đã lạnh đi dữ dội vào đầu liên đại. Con người đã tìm thấy những trầm tích băng hà 2,2 tỉ năm tuổi ở Nam Phi. Khi ấy, căn cứ vào bằng chứng cổ từ, chúng phải nằm gần xích đạo. Vì thế đợt băng hà này, gọi là băng hà Huronia, có thể quy mô toàn cầu. Một số nhà khoa học nêu quan điểm rằng đợt băng hà này quá khốc liệt làm Trái Đất đóng băng từ hai cực đến xích đạo, một giả thuyết gọi là cầu tuyết địa cầu.

Kỷ băng hà Huronia có thể khởi nguồn từ việc hàm lượng oxy tăng làm giảm metan (CH4) trong khí quyển. Metan là một khí nhà kính mạnh nhưng gặp oxy phản ứng tạo thành cacbon dioxit, một loại khí nhà kính yếu hơn.:172 Khi oxy tự do có trong khí quyển, hàm lượng metan giảm xuống mức đủ để chống lại hiệu ứng làm tăng luồng nhiệt từ Mặt Trời.

Tuy nhiên, thuật ngữ cầu tuyết Trái Đất được dùng để mô tả các giai đoạn băng hà cực điểm sau này trong kỷ Cryogen nhiều hơn. Có bốn giai đoạn kéo dài 10 triệu năm một, trong khoảng 750 đến 580 triệu năm trước khi mà Trái Đất được cho là đã bị băng bao phủ với nhiệt độ trung bình cỡ −50 °C (−58 °F). Cầu tuyết có lẽ đến chừng mực nào đó do siêu lục địa Rodinia nằm cân xứng ở xích đạo. Cacbon dioxit kết hợp với nước mưa tạo ra axit cacbonic phong hóa đá chứa canxi cacbonat như đá vôi và đá phấn sinh ra canxi bicacbonat, rút bớt khí nhà kính khỏi khí quyển. Khi lục địa ở gần cực băng che phủ đá làm chậm tốc độ giảm cacbon dioxit, nhưng vào kỷ Cryogen Rodinia bị phong hóa phi kiềm hãm cho đến khi băng tiến tới miền nhiệt đới. Quá trình này cuối cùng có thể bị đảo ngược bởi việc núi lửa thải cacbon dioxit hay sự bất ổn định hóa của những hidrat khí metan. Theo một lý thuyết thay thế, ngay cả khi băng hà đạt đỉnh điểm, vẫn có những vùng nước không bị đóng băng ở xích đạo.

Sự xuất hiện của sinh vật nhân thực

Phép phân loại hiện đại chia sự sống thành ba vực. Thời gian về nguồn gốc của chúng không chắc chắn. Bacteria (vi khuẩn) có lẽ lúc đầu tách khỏi những hình thái khác của sự sống (đôi khi gọi là Neomura), nhưng giả thiết này gây tranh luận. Không lâu sau đó, đến 2 Ga, Neomura lại phân ra thành Archaea (cổ khuẩn) và Eukarya (nhân thực). Tế bào nhân thực (Eukarya) lớn và phức tạp hơn tế bào nhân sơ (Bacteria và Archaea), và chỉ đến ngày nay con người mới biết căn nguyên của sự phức tạp này.

Thời gian này, ti thể nguyên thủy đầu tiên xuất hiện. Một tế bào vi khuẩn có quan hệ với Rickettsia ngày nay mà đã từng tiến hóa để chuyển hóa ôxy, nhập vào một tế bào nhân sơ lớn hơn và không có năng lực đó. Có lẽ tế bào lớn đã cố tiêu hóa tế bào nhỏ nhưng bất thành, còn tế bào nhỏ có thể đã cố ký sinh trên tế bào lớn. Dù thế nào thì tế bào nhỏ cũng đã sống sót bên trong tế bào lớn. Nhờ ôxy, tế bào nhỏ chuyển hóa sản phẩm thừa của tế bào lớn và nhận thêm năng lượng. Một phần năng lượng thừa quay lại vật chủ. Tế bào nhỏ nhân bản bên trong tế bào lớn. Quan hệ cộng sinh ổn định nhanh chóng được thiết lập giữa hai tế bào. Qua thời gian, tế bào chủ nhận một số gen từ tế bào nhỏ và cả hai trở nên phụ thuộc lẫn nhau: tế bào lớn không thể tồn tại nếu thiếu năng lượng do tế bào nhỏ sản sinh và tế bào nhỏ không thể tồn tại nếu thiếu nguyên liệu do tế bào lớn cung cấp. Toàn tế bào giờ được xem là một sinh vật đơn, và tế bào nhỏ được xếp vào hàng bào quan gọi là ti thể.

Điều tương tự xảy ra khi vi khuẩn lam quang hợp nhập vào các tế bào dị dưỡng lớn và trở thành lục lạp.:60–61:536–539 Có lẽ những biến đổi này đã dẫn đến việc một dòng tế bào có khả năng quang hợp tách ra khỏi tế bào nhân thực cách đây hơn một tỉ năm. Bên cạnh thuyết nội cộng sinh vững chắc về nguồn gốc lục lạp và ti thể, còn những học thuyết cho rằng tế bào tiến tới perôxixôm, xoắn khuẩn tới tiêm mao và tiên mao, và virus ADN tới nhân tế bào, song tất cả đều không được chấp nhận rộng rãi.

Cổ khuẩn, vi khuẩn, và nhân thực tiếp tục đa dạng hóa, trở nên phức tạp và thích nghi tốt hơn với môi trường. Mỗi vực đều nhiều lần phân thành các dòng, dù vậy người ta ít biết về lịch sử của vi khuẩn và cổ khuẩn. Vào khoảng 1,1 Ga, siêu lục địa Rodinia hợp thành. Thực vật, động vật, và nấm đã phân hóa, dù chúng vẫn là những tế bào đơn. Một số sống tụ tập và dần dần phân công lao động diễn ra; ví dụ các tế bào ở rìa ngoài có thể bắt đầu đảm nhiệm những vai trò khác so với tế bào bên trong. Mặc dù ranh giới giữa một cụm tế bào chuyên biệt và một sinh vật đa bào không phải luôn rõ ràng, thế nhưng vào khoảng một tỉ năm trước, thực vật đa bào đầu tiên xuất hiện, khả năng là tảo lục. Có thể đến 900 Ma sinh vật đa bào thực sự đã tiến hóa thành động vật.:488

Ban đầu, loại động vật này có thể giống bọt biển ngày nay, sở hữu những tế bào tổng năng cho phép một sinh vật bị phá vỡ ráp được lại.:483–487 Khi phân công lao động hoàn tất ở mọi dòng sinh vật đa bào, tế bào trở nên chuyên biệt và phụ thuộc lẫn nhau hơn; tế bào đơn độc sẽ chết.

Các siêu lục địa

Công tác phục dựng vận động mảng kiến tạo thời điểm 250 triệu năm trước có thể đáng tin cậy với việc căn theo rìa lục địa, bất thường từ tính đáy đại dương và các cực từ cổ. Vì xa hơn 250 Ma chưa thấy vỏ đại dương nên khó phục dựng sớm hơn. Các cực từ cổ được bổ sung nhờ bằng chứng địa chất như đai tạo núi và lối phân bổ của động thực vật. Xa hơn nữa về quá khứ, dữ liệu hiếm và khó diễn giải khiến độ tin cậy giảm đi.:370

Trong suốt lịch sử Trái Đất, đã có vài lần các lục địa va chạm làm nên một siêu lục địa và siêu lục địa này về sau lại vỡ ra thành các lục địa. Vào khoảng 1000 đến 830 Ma, hầu hết đất đai hợp vào siêu lục địa Rodinia.:370 Mảnh ghép của Rodinia có thể là các lục địa tách ra từ siêu lục địa cổ Columbia.:374

Sau khi Rodinia phân tách vào 800 Ma, các lục địa có thể đã lại hợp thành một siêu lục địa khác không tồn tại lâu vào 550 Ma mà đôi khi gọi là Pannotia hay Vendia.:321–322 Chứng cứ cho điều này là pha va chạm lục địa gọi là kiến tạo sơn Toàn Phi châu đã gắn kết đất đai của châu Phi, Nam Mỹ, châu Nam Cực, và Australia ngày nay vào làm một. Sự tồn tại của Pannotia phụ thuộc vào việc Gondwana (hầu hết đất đai ở Nam bán cầu ngày nay cùng bán đảo Ả Rập và tiểu lục địa Ấn Độ) tách khỏi Laurentia (gần tương đương Bắc Mỹ ngày nay).:374 Ít nhất ta cũng chắc chắn một điều rằng đến hết liên đại Nguyên Sinh đa phần đất đai đã hợp nhất tại vị trí quanh cực nam.

Khí hậu và sự sống cuối liên đại

Hóa thạch Spriggina floundensi 580 triệu năm tuổi, một loại động vật sống vào kỷ Ediacara. Các dạng sống như này có thể là tổ tiên của nhiều dạng mới phát sinh trong bùng nổ kỷ Cambri.

Giai đoạn cuối liên đại Nguyên Sinh chứng kiến ít nhất hai đợt cầu tuyết địa cầu, quá khốc liệt đến nỗi bề mặt đại dương có thể đã đóng băng toàn bộ. Sự kiện xảy ra vào kỷ Cryogen, 716,5–635 triệu năm trước. Hiện người ta vẫn đang nghiên cứu cơ chế và cường độ của hai đợt băng hà và nó khó lý giải hơn lần cầu tuyết đầu liên đại. Số đông các nhà cổ khí hậu học cho rằng những pha lạnh giá có liên hệ với sự hình thành của siêu lục địa Rodinia. Vì Rodinia nằm giữa xích đạo nên tốc độ phong hóa hóa học tăng và cacbon điôxit (CO2) mất đi. Thiếu CO2 đóng vai khí nhà kính quan trọng khiến khí hậu toàn cầu lạnh dần. Theo cách tương tự, trong các lần cầu tuyết địa cầu, tầng đất đóng băng vĩnh cửu che phủ hầu hết bề mặt lục địa lại làm giảm phong hóa dẫn đến băng hà kết thúc. Một giả thuyết thay thế là cacbon điôxit đủ lượng thoát khỏi núi lửa khởi động hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ toàn cầu. Hoạt động núi lửa gia tăng bắt nguồn từ việc Rodinia tan vỡ tại cùng thời điểm.

Tiếp nối kỷ Cryogen là kỷ Ediacara đặc trưng bởi sự phát triển nhanh chóng của những dạng sống đa bào mới. Cho dù mối liên quan giữa việc băng hà khép lại và tính đa dạng của sự sống tăng là mơ hồ nhưng điều này dường như không phải tình cờ. Các dạng sống mới gọi là quần sinh vật kỷ Ediacara lớn và đa dạng hơn. Mặc dù tính phân loại của hầu hết dạng sống kỷ Ediacara không rõ ràng nhưng một số là tổ tiên của các nhóm sinh vật ngày nay. Tiến triển quan trọng là nguồn gốc của tế bào cơ và thần kinh. Không hóa thạch kỷ Ediacara nào có phần cơ thể cứng như xương. Các tế bào này xuất hiện lần đầu khi lịch sử bước sang kỷ Cambri thuộc liên đại Hiển Sinh.

Liên đại Hiển Sinh

Liên đại Hiển Sinh bắt đầu 542 triệu năm trước và kéo dài đến hiện tại, bao gồm ba đại: Cổ Sinh, Trung Sinh, và Tân Sinh. Đây là thời gian sự sống đa bào đa dạng hóa thành hầu hết sinh vật ngày nay.

Cổ Sinh là đại đầu tiên và dài nhất của liên đại Hiển Sinh, kéo dài từ 542 đến 251 triệu năm trước. Trong đại Cổ Sinh, nhiều nhóm sinh vật hiện đại xuất hiện. Sự sống xâm lấn mặt đất, thực vật trước rồi đến động vật. Hai vụ đại tuyệt chủng đã xảy ra. Các lục địa ra đời từ sự tan vỡ của Pannotia và Rodinia tại điểm kết của liên đại Nguyên Sinh dần xích lại gần nhau, hình thành nên siêu lục địa Pangaea vào cuối đại Cổ Sinh.

Đại Trung Sinh kéo dài từ 251 đến 66 triệu năm trước và được phân thành ba kỷ: Trias, Jura, và Creta. Khởi đầu với sự kiện tuyệt chủng Permi–Trias khốc liệt nhất trong hồ sơ hóa thạch khi 95% số loài trên Trái Đất đã bị diệt vong, đại Trung Sinh còn kết thúc với sự kiện tuyệt chủng Creta–Paleogen đã xóa sổ khủng long.

Đại Tân Sinh bắt đầu 66 triệu năm trước gồm ba kỷ Cổ Cận (Paleogen), Tân Cận, và Đệ Tứ. Thú, chim, lưỡng cư, cá sấu, rùa, thằn lằn vảy đã sống sót qua sự kiện tuyệt chủng Creta–Paleogen và đây là thời gian chúng đa dạng hóa thành những hình thái hiện đại.

Kiến tạo, cổ địa lý và khí hậu

Pangaea là siêu lục địa tồn tại từ 300 đến 180 triệu năm trước. Hình dáng các lục địa và đại lục ngày nay được phác trên bản đồ.

Khi liên đại Nguyên Sinh kết thúc, siêu lục địa Pannotia đã phân thành các lục địa Laurentia, Baltica, Siberia và Gondwana. Trong lúc các lục địa rời xa nhau, nhiều lớp vỏ đại dương hình thành bởi hoạt động núi lửa. Vì lớp vỏ mới khá nóng và không đặc bằng lớp cũ nên đáy đại dương nâng lên làm mực nước biển dâng. Vì vậy ở nửa đầu đại Cổ Sinh xuất hiện những diện tích lục địa rộng lớn nằm dưới mực nước biển.

Khí hậu đầu đại Cổ Sinh ấm hơn ngày nay, thế nhưng kỷ Ordovic kết thúc chứng kiến một đợt băng hà ngắn mà ở đó các sông băng bao phủ cực nam, nơi đại lục Gondwana tọa lạc. Dấu tích băng hà thời kỳ này chỉ có thể tìm thấy ở Gondwana. Sự lạnh giá đi kèm với một vài vụ tuyệt chủng hàng loạt đã tiêu diệt nhiều nhóm san hô, hình rêu, bọ ba thùy, và tay cuộn. Có lẽ những loài vật biển này không chống chịu được việc nhiệt độ nước giảm.

Hai lục địa Laurentia và Baltica va chạm vào khoảng 450–400 Ma trong kiến tạo sơn Caledonia hình thành nên Laurussia (hay Euramerica). Vết tích của đai núi mà vụ va đụng này tạo ra có thể thấy ở Scandinavia, Scotland, và miền bắc Appalachia. Vào kỷ Devon (416–359 Ma), Gondwana và Siberia bắt đầu tiến gần Laurussia. Vụ va chạm giữa Siberia và Laurussia làm nên kiến tạo sơn Ural, giữa Gondwana và Laurussia làm nên kiến tạo sơn Varisca (Hercynia) ở châu Âu hay Alleghenia ở Bắc Mỹ. Pha thứ hai diễn ra vào kỷ Cacbon (359–299 Ma) dẫn đến sự hình thành của Pangaea, siêu lục địa gần đây nhất. Đến 180 Ma, Pangaea bắt đầu tan vỡ.

Bùng nổ kỷ Cambri

Bọ ba thùy lần đầu xuất hiện vào kỷ Cambri và thuộc số sinh vật đại Cổ Sinh phổ biến và đa dạng nhất.

Tốc độ tiến hóa của sự sống như ghi nhận nhờ hóa thạch tăng trong kỷ Cambri (542–488 Ma). Sự xuất hiện đột ngột của nhiều ngành, loài, và hình thái mới khi ấy gọi là bùng nổ kỷ Cambri. Mức độ kích thích sinh học trong bùng nổ kỷ Cambri là chưa từng thấy trước và sau thời gian đó.:229 Trong khi sự sống kỷ Ediacara xuất hiện nhưng ban sơ và không dễ để xếp vào bất kỳ nhóm nào thì đến hết kỷ Cambri hầu hết ngành hiện đại đã hiện diện. Việc những phần cứng cơ thể như vỏ, xương và xương ngoài phát triển ở nhiều động vật như thân mềm, da gai, huệ biển, chân khớp giúp quá trình hóa thạch và bảo quản trở nên dễ dàng hơn. Vì vậy, con người biết về sự sống trong và sau kỷ Cambri nhiều hơn nhiều so với giai đoạn trước đó. Một số nhóm sinh vật kỷ Cambri phức tạp nhưng dường như khá khác ngày nay; ví dụ Anomalocaris và Haikouichthys. Tuy nhiên về gần đây hơn thì chúng có vẻ có chỗ đứng trong phân loại hiện đại.

Vào kỷ Cambri, động vật có xương sống và cá đầu tiên xuất hiện.:357 Sinh vật mà khả năng là tổ tiên của cá hoặc gần như vậy là Pikaia. Pikaia có dây sống nguyên thủy, một cấu trúc mà sau này có thể đã phát triển thành cột sống. Cá có hàm đầu tiên (Gnathostomata) xuất hiện trong kỷ địa chất tiếp theo, Ordovic. Việc sinh vật chiếm lĩnh các hốc sinh thái mới dẫn tới kích cỡ cơ thể to lớn. Cá tiến hóa to hơn vào đầu đại Cổ Sinh, ví dụ như chi da phiến khổng lồ Dunkleosteus có thể dài đến 7 m (23 ft).

Các dạng sống đã không thể đa dạng hóa mạnh mẽ bởi một chuỗi vụ tuyệt chủng hàng loạt. Sau mỗi đợt, những sinh vật tương tự mà có thể đang dần tiến hóa ở nơi khác tìm đến những vùng thềm lục địa. Đến cuối kỷ Cambri, bọ ba thùy đạt mức đa dạng cao nhất và đông đảo vượt trội.:34

Sự sống xâm chiếm mặt đất

Oxy tích tụ nhờ quang hợp làm thành lớp ôzôn hấp thụ hầu hết bức xạ tử ngoại từ Mặt Trời, mang đến cơ hội sống sót cho những sinh vật đơn bào lên được mặt đất. Sinh vật nhân sơ bắt đầu sinh sôi và thích nghi tốt hơn với môi trường ngoài nước. Có lẽ chúng đã xâm lấn mặt đất ngay từ 2,6 Ga, trước cả khi sinh vật nhân thực xuất hiện. Một thời gian dài trôi qua, mặt đất vẫn thiếu vắng dạng sống đa bào. Siêu lục địa Pannotia hình thành vào khoảng 600 triệu năm trước rồi tan vỡ 50 triệu năm sau. Cá, động vật có xương sống đầu tiên, tiến hóa trong đại dương vào 530 Ma.:354 Gần kết kỷ Cambri đã xảy ra một vụ tuyệt chủng lớn.

Vài trăm triệu năm trước, thực vật và nấm bắt đầu sinh trưởng tại mép nước và rồi ngoài nơi đó.:138–140 Hóa thạch nấm và thực vật mặt đất cổ nhất có từ 480–460 Ma, dù vậy bằng chứng phân tử gợi ý nấm có thể đã xâm lấn mặt đất ngay từ 1000 Ma còn thực vật là 700 Ma. Con người không rõ thời điểm chính xác động vật đầu tiên rời đại dương. Chứng cứ rõ rệt và xa nhất cho thấy động vật chân khớp hiện diện trên mặt đất vào khoảng 450 Ma. Chúng hưng thịnh và ngày một thích nghi có lẽ nhờ nguồn thức ăn dồi dào do thực vật trên cạn cung cấp. Còn có bằng chứng chưa xác thực cho rằng động vật chân khớp xuất hiện trên mặt đất ngay từ 530 Ma.

Sự tiến hóa của động vật bốn chân

Tiktaalik, một loài cá có vây giống chi và tiền thân của động vật bốn chân. Ảnh dựng từ hóa thạch 375 triệu năm tuổi.

443 triệu năm trước lúc kỷ Ordovic khép lại, các sự kiện tuyệt chủng đã xảy ra, có lẽ do kỷ băng hà khi ấy. Khoảng 380 đến 375 Ma, động vật bốn chân đầu tiên tiến hóa từ cá. Vây tiến hóa thành chi, thứ mà những loài bốn chân đầu tiên sử dụng để ngóc đầu lên mặt nước hít thở. Điều này cho phép chúng sống trong nước nghèo ôxy hoặc săn con mồi nhỏ ở nơi nước nông. Có thể về sau chúng đã mạo hiểm lên đất liền trong một thời gian ngắn. Rốt cục, một vài loại trở nên thích nghi rất tốt với cuộc sống trên cạn. Chúng nở ra từ trứng trong nước, sống quãng đời trưởng thành trên mặt đất, rồi quay lại nước để đẻ trứng. Đây là khởi nguyên của lưỡng cư. Khoảng 365 triệu năm trước, một vụ tuyệt chủng khác lại diễn ra, có lẽ là hệ quả của lạnh đi toàn cầu. Cùng thời điểm, thực vật phát triển hạt và nhờ đó lan tỏa rất nhanh trên mặt đất.

20 triệu năm sau đó (340 Ma), trứng có màng ối tiến hóa để có thể đẻ được trên mặt đất, mang đến lợi thế sinh tồn cho phôi loài bốn chân.:293–296 Điều này dẫn tới việc động vật có màng ối tách khỏi lưỡng cư. 30 triệu năm sau nữa (310 Ma) chứng kiến nhóm một cung bên (bao gồm thú) tách khỏi mặt thằn lằn (chim và bò sát).:254–256 Các nhóm sinh vật tiếp tục tiến hóa và các dòng phân nhánh song ít được biết chi tiết.

Sau vụ tuyệt chủng khốc liệt nhất giai đoạn (251~250 Ma) thì đến 230 Ma, khủng long đã tách ra khỏi tổ tiên bò sát của chúng. Nhiều loại khủng long đã sống sót qua sự kiện tuyệt chủng Trias–Jura 200 triệu năm trước và sớm trở nên thống trị trong nhóm động vật có xương sống. Vào thời gian này một số dòng thú đã bắt đầu phân tách, song hiện hữu chỉ là những động vật nhỏ giống chuột chù.:169

Ranh giới giữa khủng long bay và không không rõ ràng nhưng một trong những loài chim đầu tiên được cho là Archaeopteryx sống vào khoảng 150 triệu năm trước.

Các vụ tuyệt chủng

Lịch sử Trái Đất từng chứng kiến năm sự kiện tuyệt chủng, đầu tiên là Ordovic-Silur. Lý do có lẽ là việc Gondwana bị đóng băng dữ dội rốt cục dẫn đến một lần cầu tuyết địa cầu. 60% động vật có xương sống ở biển và 25% số họ đã bị diệt vong.

Vụ thứ hai là Devon muộn mà nguyên nhân có lẽ do cây tiến hóa dẫn tới sự sụt giảm khí nhà kính (như CO2) hoặc phú dưỡng nước. 70% số loài đã tuyệt chủng.

Vụ thứ ba là Permi-Trias mà nguyên nhân có lẽ là sự kết hợp của hiện tượng núi lửa bẫy Siberi, tiểu hành tinh tác động, metan hiđrat hóa khí, dao động mực nước biển, và một sự kiện khuyết dưỡng nghiêm trọng. Cả hố Wilkes Land ở châu Nam Cực lẫn cấu trúc Bedout ngoài khơi duyên hải tây bắc Australia có thể đều biểu lộ một vụ va chạm liên quan đến sự kiện tuyệt chủng Permi-Trias.

Xem thêm: Lý Thuyết Lịch Sử 11 Bài 3 : Trung Quốc, Lịch Sử 11 Bài 3: Trung Quốc

Cho đến nay đây vẫn là vụ tuyệt chủng chết chóc nhất khi mà 57% số họ và 83% số chi đã bị tiêu diệt.

Vụ thứ tư là Trias-Jura mà nạn nhân là gần như toàn bộ động vật một cung bên và thằn lằn chúa, khả năng nguyên nhân là sự cạnh tranh tới t