3地球的起源与演化.ppt

第2章 地球的起源与演化 从宇宙大爆炸到地球的形成 地球的起源和圈层分异 地球的年龄与生命起源 大气圈、水圈和生物圈的形成 生物圈的发展 绵绵不尽的时间长河，谁会想到有一个源头？浩瀚无垠的宇宙空间，谁能想到是从“无”到有？地球的形成与演化，正是在这一无尽延续的时间中，无穷拓展的空间里，所发生的无数科学传奇之一。 宇宙大爆炸 时间的“零点” 与宇宙大爆炸时刻 时间和空间的起点，肇始于160亿年前。一次开天辟地的大爆炸中，诞生了早期宇宙。 　大爆炸后的10亿亿亿亿分之一秒（10-34秒）内，早期宇宙的体积“从无到有”，急剧暴胀了10100倍； 　大爆炸后的1秒钟内，宇宙温度高达100亿K以上。此时还没有原子和分子，只有电子、质子和中子等基本粒子； 　3分钟后，宇宙温度降至10亿K以下，质子和中子聚变为原子核，形成了最初的四种物质。其中氢占78%，氦约22%，另有极少量氘和锂； 　10亿年后，膨胀较慢的区域发生局部收缩，星系开始形成； 　50亿年后出现首批恒星； 　100亿年后，太阳系诞生； 　距今46亿年前，地球形成。 从大爆炸的尘埃中，谁会料到生命的突现？在太阳系的星云里，谁能预期地球的繁荣？幂幂宇宙中迸发出的勃勃生机，无疑是在一个无穷小的概率下，产生的一次“亿”载难逢的奇特机遇。而要了解地球与生命之旅的唯一途径，也许只有从地球演化的历史中探寻。 星云假说与太阳系起源 初始宇宙空间充满密度极低的星际气体和尘埃物质，在引力作用下，它们分别聚集为大型星系云，再收缩形成星系。星云在引力收缩中加速旋转，分别脱生出行星圆盘和卫星圆盘，最终形成了九大行星拱卫而成的太阳系。这一时刻距宇宙大爆炸约100亿年 ☆均匀吸积说 现在认为形成地球的冷星云里，存在着万有引力的作用，大团块吸引小团块，如此不断吸积而形成。原始的地球体积要比现在的大的多，轻的气体因辐射而逃逸到太空中，随着万有引力作用的不断进行，地球密度不断加大，当地球引力与离心力大致相等时，地球不在收缩，处于平衡状态，即形成了今天的地球。 2 地球的起源和圈层分异 行星地球形成以后，地球在内、外两部发动机的联合驱动下，才得以开始不懈的运动与演化过程。这两部发动机联合驱动，又各司其职，将地球系统的运动和演化过程从性质上划分为外动力作用过程和内动力作用过程，从时间上划分为短期过程（天至几百年）和长期过程（百万年至几十亿年）。 地球的起源与形成，是一部优美的三部曲： ?????46亿年前，太阳星云在加速旋转的过程中分化出原始地球。原始地球温度较低，轻重元素浑然一体，是一个相对均匀、尚无分层结构的行星。 地球形成以后的地形变化可以按时间顺序分为六个阶段这六个时间分别为：46亿年阶段；42－40亿年；25－10亿年；5亿年前；1亿年前和现代阶段。 地球的内部圈层 地震波在地球内部传播时，有两个明显的波速突界面，这两个地球内部界面分别称为：莫霍面和古登堡面 根据莫霍面和古登堡面，可将地球内部分为三个Ⅰ级圈层：地壳、地幔、地核 地球的内部圈层特征 地壳 是莫霍面以上的地球表层。其厚度变化在5-70 km之间。 地幔 莫霍面与古登堡面之间的一个巨厚圈层。其厚度约2850km。在上地幔的上部100-350km存在一个由柔性物质组成的圈层称为软流圈（地震波的低速带）。此软流圈之上的固态岩石圈层称为岩石圈。 地核 古登堡面以下地心的一个球体。半径为3480km。 ☆ 在地球演化过程中需要很大的热能，其地球内部热能主要来源于： （1）．地球形成初期的收缩作用，变势能为热能。 （2）．放射性元素蜕变作用释放出大量的热能，如：238U → 206Th + 8 4He。 （3）．陨石撞击地球，动能转变为热能。 地球层圈分异：由于热能作用，地球内部固体物质发生部分熔融（岩浆），重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物质分异和迁移，形成了地球的层圈结构。Fe-Ni构成了地核，轻的硅酸盐成分形成地幔和地壳。现在的水圈、大气圈实际上是由地球内部放气作用而形成的。 早期的地球 　 地球的历史将近有46亿年，而地球上已知最老岩石的年龄约为41-42亿年。有5亿年历史没有留下岩石记录。因此地球的起源及其地壳、大气与大洋的早期演化历史，只能根据间接证据去推断。根据研究4.1-4.2Ga岩石是通过地表流水搬运沉积的产物。据此推断，地球层圈分异作用在4.2Ga前已经完成。 * 从宇宙大爆炸到地球的形成 大爆炸：比利时天文学家勒梅特（G.E.Lemwtre）1927年设想：最初宇宙的全部物质时集中在一起的，异常紧密、温度极高（1032 K）的“原始原子”里。由于温度极高，不能保持永久的平衡，一旦失去平衡，就会发生大爆炸（Fig.1），原始原子迅速膨胀，逐渐演变成今天的宇宙