第四章地球的早期演化.ppt

第四章 地球的早期演化 20世纪60-80年代：核酸分子结构和遗传学的研究进展开始使人们相信具有自我复制和负载遗传信息的核酸分子是生命的分子基础。 蛋白质、DNA、RNA，谁先谁后？ 20世纪80年代以后，随着人们对生命的化学进化的认知和对生命特征认识的不断深入，逐渐开始从2个不同的方面探讨生命的起源。 生命源自何方？地球，还是宇宙 生命大分子如何在无机环境中聚合 20世纪80年代以来的发现和认识突破： 有细胞结构的生命至少在35亿年前就已存在。 过去被认为是生命的特有特征和现象（如自我复制）也存在于某些化学-物理系统之中。简单结构到复杂结构的演化概念已不局限于生物系统。 对极端环境的生命考察和研究突破了关于生命生存极限的传统观念。 生命起源的多样性。 * * 目前在地球上已知的最早岩石记录大约形成于38亿年以前，其中的碎屑镐石年龄达42亿年。但是对陨石和月岩样品的研究则证实，太阳系内的星体在46亿年以前就已经形成。关于地球的形成及其后约10亿年的演化历史认识主要是借助于天文观察资料和地球之外的间接证据（陨石和月球）进行的推论。 1．地球的起源 地球的起源一般认为是与太阳系一同形成的。康德-拉普拉斯的星云假说(Kant-LaPlace’s nebular hypothesis)是目前被认为比较符合现在太阳系特征，而又能合理解释太阳系形成的一种观点。 1）太阳系的特征 运动学特征： 所有行星基本在太阳自转平面内逆时针绕太阳公转； 除了金星和天王星外，其他行星逆时针方向自转； 除少数例外，卫星也模仿行星的运动方式运动。 物质组成特征： 类地行星 ( terrestrial planets): 个体小、密度大；由石质和金属元素构成。 类木行星( Jovian planets): 密度小；木星和土星与太阳一样，主要由氢和氦组成。 年龄特征： 陨石 46亿年 月岩样品 46亿年 这些数据与理论计算的太阳年龄相吻合 2）星云假说（Nebula Hypothesis）要点： 太阳系起始于一团由宇宙尘埃颗粒和气体构成的冰冷而稀薄的星云。 星云逐渐收缩而发生逆时针方向的转动，使星云被压扁而成盘状。90%的质量集中到了盘状星云的中心部位。 收缩和转动发生引起湍流现象，星云系统中出现众多的旋涡。其中一些旋涡成为物质集聚的中心。 收缩使星云中心的物质在重力作用下强烈压缩，开始发生热核反应，原始太阳形成。同时，外围的物质凝缩和增生，形成原始的行星。 较大的原始行星通过碰撞和引力吸收自己轨道周围的物质；太阳风（solar wind）把残余散漫在太阳系内的较轻元素和气体吹到外围；太阳系最终形成。 2．地球内圈层的形成和地壳的早期演化 1）地球内圈层的形成 圈层的出现是行星内部物质在（自转）离心力和重力作用下通过热力作用（熔融）发生的物质分异结果。较重的物质和元素向行星内部迁移，较轻的物质向外迁移。 这种分异作用什么时候开始发生有两种观点： 冷增生模式：内圈层的分异作用发生在行星诞生之后。 齐次增生 (homogeneous accretion) 热增生模式：内圈层的分异作用发生在行星的形成过程之中。 非齐次增生 (heterogeneous accretion) 齐次增生 非齐次增生 地球内圈层分异的两种可能模式 月球象我们的地球一样，也具有核、幔、壳的圈层结构。作为地月体系中的月球为我们提供了地球核、幔、壳分异历史和早期演化的重要线索。 布满陨石坑的亮色区域是“月陆”，暗色平坦区域是“月海”。 月陆（原始的月壳）在46-38亿年以前就已存在。 在46-38亿年期间，月球表面经历了强烈的陨石轰击，使早期的月壳遭到破坏而千窗百孔。 月海玄武岩喷发主要发生在38-32亿年前之间。 月球圈层分异作用大约在32亿年以前就已经基本停止。 2）地壳的早期演化 “花岗质”的陆壳是如何形成的？ 从部分熔融的上地幔物质分离出来的上涌熔岩形成最初的地壳。 原始地壳多次重熔使较轻组分不断被分离出来而带到表层。 高地出现使固结的熔岩遭受侵蚀及化学风化作用。这些风化和侵蚀作用的产物构成了地球上最早的沉积物。 来自地下深部的炽热气体和富硅热液对沉积物的改造。 被改造的物质再循环和熔融最终形成“花岗质”的岩石，构成了大陆的核心。 新陆地的出现，为其边缘的沉积提供了新的物质来源；在后续的造山事件中，这些沉积物发生变质和熔融作用而被焊接或“增生”到原始的陆核之上，使大陆不断“增生”。 3．大气圈和水圈的演化 现代地球大气的组成主要是N2、O2和Ar，它与相