一天15個小時45.3億年前，太陽的一顆行星——忒亞星與地球相撞，被地球俘獲成為衛星，就是我們的月球 。從此以后地球的自轉軸穩定下來，但自轉也因月球的潮汐作用越來越慢 。20億年前，地球的一天——也即自轉周期，大約15個小時，相應的 ， 一年有590天 。
太空中看地球和月球
月球的公轉也在逐漸放緩，并且以每年3.8厘米的速度遠離地球，現在月球離地球38.4萬千米，20億年前只有一半，再加上地球上主要都是海洋，當時潮汐作用一定更頻繁而且強烈，漲潮時漲得更高，退潮時退得更遠 。
原核生物向真核生物過渡20億年前的地球還沒有動物和植物，但也并非完全不毛之地 。地球上最原始的生命，早在元古宙之前的太古宙就在海洋中誕生了，距今已有38億年，當時是一些厭氧的細菌，屬于原核生物，即沒有細胞核的生物 。
低等真核生物草履蟲，細胞核清晰可見
早期生命進化非常緩慢，十幾億年都沒什么變化 。過去有觀點認為最早的真核生物（具有細胞核的生物，我們人類和動物、植物都是真核生物）出現于16億年前，但一塊21億年前的化石上就有了類似于藻類的生物，這意味著真核生物的出現比我們之前認為的早得多 。
細胞的能量中心：線粒體
20億年前，一種真核厭氧生物吞噬了一種變形菌 ， 但沒有徹底將其消化吸收，被吞噬的細菌仍在主體細胞里存活和繁殖 ， 最終形成了內部共生關系 。被吞噬的細菌最終成為真核生物的一個細胞器，作為呼吸中心和產能中心 ， 這就是線粒體 。
大氣的改造【地球有多少歲？地球有多少歲嘍】今天金星和火星的大氣中95%以上都是二氧化碳 ， 早期的地球也是這樣的 。后來能進行光合作用的藍細菌出現，消耗二氧化碳產生氧氣 。這最初沒有引起大氣中氧濃度的上升，因為海洋中溶解了大量的二價鐵，這些亞鐵離子將氧氣還原生成鐵氧化合物，沉淀于海底，淺綠色（亞鐵離子的顏色）海洋逐漸變得清澈 ， 光合作用得以在更深的水層中進行 。
大氧化之前形成的鐵礦床
海洋中亞鐵離子的耗盡用了十幾億年，到距今24億年前左右，亞鐵離子完全被氧化，氧氣開始溶解于海水，并釋放于大氣 。大氣中氧含量達到了4%（今天是21%），這稱為大氧化事件 。氧氣對當時的厭氧生物來說是有毒的，大量厭氧生物死亡 ， 只有極少數適應有氧環境活了下來，好氧生物開始繁盛 。
融化的雪球從地球誕生到20億年前，太陽光強度比今天弱30%到20%，要不是溫室效應，地球可能常年都是零下幾十攝氏度，液態水凍結，生命將難以維持 。所幸當時地球的大氣含有大量的二氧化碳和甲烷（如今二氧化碳只占0.03%，甲烷微乎其微），這些是非常強大的溫室氣體 ， 維持了地球的溫暖環境和液態水，生命得以生存繁衍 。
然而，藍細菌不斷消耗二氧化碳產生氧氣，大氣中的氧氣又緩慢地將甲烷氧化 。距今24億年前，隨著溫室氣體的減少，加上當時太陽光強度只有今天的85%，幾萬年間地球溫度就下降到了-50℃，整個地球被冰封，地球進入第一個也是持續時間最長的冰期——休倫冰期 ， 從距今24億年前持續到21億年前，長達三億年 。
北極冰川，休倫冰期整個地球都是這樣
白雪皚皚的地球將更多太陽光反射回太空，形成了正反饋效應，地球變冷的趨勢似乎不可逆轉 。所幸地球內部依然活躍，火山釋放的二氧化碳和甲烷終于有一天沖破了冰蓋，這些溫室氣體幾萬年就將地球解凍 。
20億年前，雪球地球已經解凍，地球處于間冰期，但從大氧化事件到6億年前，地球一直處在一個相對較冷的狀態，經歷了多次從冰封到解凍的過程 。
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