地球的起源与演化.ppt

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1、地球的起源与演化地球的起源与演化地球的起源与演化地球的起源与演化魏魏魏魏 刚刚刚刚 锋锋锋锋长安大学地球科学与国土资源学院长安大学地球科学与国土资源学院长安大学地球科学与国土资源学院长安大学地球科学与国土资源学院本次课堂内容本次课堂内容地球的起源与演化地球的起源与演化l 宇宙的起源宇宙的起源l 太阳系及地球的起源太阳系及地球的起源l 地球的演化地球的演化一一 宇宙的起源宇宙的起源20202020世世世世纪纪纪纪初初初初，天天天天文文文文学学学学家家家家斯斯斯斯里里里里弗弗弗弗尔尔尔尔在在在在观观观观测测测测银银银银河河河河系系系系外外外外的的的的仙仙仙仙女女女女座座座座大大大大星星星星云云云云

2、时时时时，取取取取得得得得15151515个个个个星星星星系系系系的的的的光光光光谱谱谱谱资资资资料料料料，经经经经过过过过研研研研究究究究，发发发发现现现现其其其其中中中中13131313个个个个正正正正在在在在以以以以每每每每秒秒秒秒数数数数十十十十万万万万米米米米的的的的高高高高速速速速退行，即离开我们愈来愈远。退行，即离开我们愈来愈远。退行，即离开我们愈来愈远。退行，即离开我们愈来愈远。1929192919291929年年年年，哈哈哈哈勃勃勃勃根根根根据据据据观观观观测测测测到到到到的的的的河河河河外外外外星星星星系系系系正正正正在在在在退退退退行行行行的的的的资资资资料料料料，提提提

3、提出出出出：一一一一个个个个星星星星系系系系退退退退行行行行的的的的速速速速度度度度和和和和它它它它与与与与我我我我们们们们地地地地球球球球的距离成正比，即离得愈远退行愈快。的距离成正比，即离得愈远退行愈快。的距离成正比，即离得愈远退行愈快。的距离成正比，即离得愈远退行愈快。我们已知的宇宙正在膨胀。我们已知的宇宙正在膨胀。我们已知的宇宙正在膨胀。我们已知的宇宙正在膨胀。宇宙的爆炸：宇宙的爆炸：宇宙的爆炸：宇宙的爆炸：巨蛇座鹰状星云巨蛇座鹰状星云巨蛇座鹰状星云巨蛇座鹰状星云(M16)(M16)(M16)(M16)恒星在这里诞生恒星在这里诞生恒星在这里诞生恒星在这里诞生 麒麟座玫瑰星云麒麟座玫瑰星

4、云麒麟座玫瑰星云麒麟座玫瑰星云(约约约约50505050万岁的万岁的万岁的万岁的“婴儿婴儿婴儿婴儿”恒星恒星恒星恒星)超新星遗迹超新星遗迹超新星遗迹超新星遗迹(大麦哲伦星云中的大麦哲伦星云中的大麦哲伦星云中的大麦哲伦星云中的1987A1987A1987A1987A超星型超星型超星型超星型)天琴座环状星云天琴座环状星云天琴座环状星云天琴座环状星云(中心为白矮星中心为白矮星中心为白矮星中心为白矮星)宇宙大爆炸的证据宇宙大爆炸的证据宇宙大爆炸的证据宇宙大爆炸的证据:爆爆爆爆炸炸炸炸形形形形成成成成的的的的宇宇宇宇宙宙宙宙一一一一直直直直在在在在降降降降温温温温，恒恒恒恒星星星星是是是是在在在在降降降

5、降到到到到40000K40000K40000K40000K以以以以下时才开始形成；下时才开始形成；下时才开始形成；下时才开始形成；现现现现在在在在测测测测得得得得最最最最老老老老的的的的星星星星系系系系的的的的年年年年龄龄龄龄都都都都只只只只有有有有100100100100多多多多亿亿亿亿年年年年，符符符符合合合合这个理论的推断；这个理论的推断；这个理论的推断；这个理论的推断；盖盖盖盖莫莫莫莫预预预预言言言言：在在在在大大大大爆爆爆爆炸炸炸炸的的的的特特特特殊殊殊殊宇宇宇宇宙宙宙宙背背背背景景景景下下下下产产产产生生生生出出出出来来来来的的的的微微微微波波波波辐辐辐辐射射射射，至至至至今今今今

6、还还还还存存存存在在在在于于于于宇宇宇宇宙宙宙宙空空空空间间间间中中中中。彭彭彭彭兹兹兹兹亚亚亚亚斯斯斯斯和和和和威威威威尔逊于尔逊于尔逊于尔逊于1964196419641964年测得一种年测得一种年测得一种年测得一种3K3K3K3K的微波背景辐射。的微波背景辐射。的微波背景辐射。的微波背景辐射。现在测得不同天体上氦丰度，一般都达到现在测得不同天体上氦丰度，一般都达到现在测得不同天体上氦丰度，一般都达到现在测得不同天体上氦丰度，一般都达到30%30%30%30%左右；左右；左右；左右；因爆炸而使星系间的距离拉开，更已是熟知的事实；因爆炸而使星系间的距离拉开，更已是熟知的事实；因爆炸而使星系间的

7、距离拉开，更已是熟知的事实；因爆炸而使星系间的距离拉开，更已是熟知的事实；天文观测中已多次记录到超新星爆炸；天文观测中已多次记录到超新星爆炸；天文观测中已多次记录到超新星爆炸；天文观测中已多次记录到超新星爆炸；另另另另外外外外新新新新近近近近得得得得到到到到的的的的两两两两个个个个黑黑黑黑洞洞洞洞撞撞撞撞击击击击爆爆爆爆炸炸炸炸的的的的信信信信息息息息，都都都都可可可可以以以以作作作作为佐证。为佐证。为佐证。为佐证。二二 太阳系及地球的起源太阳系及地球的起源金星金星金星金星火星火星火星火星地球地球地球地球水星水星水星水星木星木星木星木星土星土星土星土星天王星天王星天王星天王星海王星海王星海王星

8、海王星 火卫一火卫一(PhobosPhobos)表面有一巨大的陨石撞击坑表面有一巨大的陨石撞击坑 火卫二火卫二(DeimosDeimos)每每3030小时绕火星运行一周小时绕火星运行一周哈雷彗星哈雷彗星哈雷彗星哈雷彗星月球上的撞击坑月球上的撞击坑月球上的撞击坑月球上的撞击坑太阳系及地球的起源：太阳系及地球的起源：太阳系及地球的起源：太阳系及地球的起源：星云说星云说星云说星云说康康康康德德德德认认认认为为为为是是是是万万万万有有有有引引引引力力力力的的的的作作作作用用用用，使使使使这这这这些些些些原原原原始始始始的的的的弥弥弥弥漫漫漫漫物物物物质质质质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体。逐渐分

9、别凝聚，形成了太阳系内的各天体。逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体。逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体。拉拉拉拉普普普普拉拉拉拉斯斯斯斯旋旋旋旋转转转转星星星星云云云云析析析析出出出出圆圆圆圆环环环环，圆圆圆圆环环环环一一一一次次次次又又又又一一一一次次次次地地地地被被被被分分分分出出出出来来来来，并并并并分分分分别别别别凝凝凝凝聚聚聚聚结结结结成成成成行行行行星星星星，行行行行星星星星周周周周围围围围的的的的卫卫卫卫星星星星也也也也有有有有着类似的形成过程，星云中心部分则收缩成为太阳。着类似的形成过程，星云中心部分则收缩成为太阳。着类似的形成过程，星云中心部分则收缩成为太阳。着类似的形成

10、过程，星云中心部分则收缩成为太阳。星星星星云云云云说说说说不不不不能能能能解解解解决决决决太太太太阳阳阳阳和和和和行行行行星星星星的的的的单单单单位位位位质质质质量量量量的的的的角角角角动动动动量量量量问问问问题题题题，太太太太阳阳阳阳和和和和行行行行星星星星的的的的单单单单位位位位质质质质量量量量的的的的角角角角动动动动量量量量，应应应应该该该该是是是是一一一一样样样样的的的的，但实际上相差近但实际上相差近但实际上相差近但实际上相差近100100100100倍。倍。倍。倍。灾变说灾变说灾变说灾变说 潮汐说潮汐说潮汐说潮汐说俘获说俘获说俘获说俘获说 原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质原

11、始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可以和太阳不同。以和太阳不同。以和太阳不同。以和太阳不同。磁耦合说磁耦合说磁耦合说磁耦合说 太阳可以通过磁场的作用，把自己的一部分角动太阳可以

12、通过磁场的作用，把自己的一部分角动太阳可以通过磁场的作用，把自己的一部分角动太阳可以通过磁场的作用，把自己的一部分角动量转移给形成行星和卫星的云团。量转移给形成行星和卫星的云团。量转移给形成行星和卫星的云团。量转移给形成行星和卫星的云团。电磁场的作用能说明在太阳系形成的过程中，从电磁场的作用能说明在太阳系形成的过程中，从电磁场的作用能说明在太阳系形成的过程中，从电磁场的作用能说明在太阳系形成的过程中，从中心抛出物质的质量虽不多，但带走的角动量可中心抛出物质的质量虽不多，但带走的角动量可中心抛出物质的质量虽不多，但带走的角动量可中心抛出物质的质量虽不多，但带走的角动量可以很多。以很多。以很多。以

13、很多。地球的形成地球的形成地球的形成地球的形成在在在在太太太太阳阳阳阳系系系系内内内内，由由由由于于于于接接接接受受受受的的的的太太太太阳阳阳阳辐辐辐辐射射射射多多多多，温温温温度度度度高高高高，轻轻轻轻的的的的气气气气体体体体被被被被辐辐辐辐射射射射到到到到远远远远处处处处，散散散散失失失失到到到到太太太太阳阳阳阳系系系系的的的的外外外外部部部部远远远远处处处处构构构构成成成成类木行星。类木行星。类木行星。类木行星。近近近近太太太太阳阳阳阳的的的的地地地地区区区区，以以以以尘尘尘尘埃埃埃埃中中中中的的的的固固固固体体体体物物物物质质质质为为为为主主主主，化化化化学学学学组组组组成成成成当当当

14、当然然然然和和和和原原原原来来来来的的的的星星星星云云云云有有有有显显显显著著著著的的的的不不不不同同同同（铁铁铁铁、硅硅硅硅、镁镁镁镁、氧氧氧氧为主）近处构成类地行星。为主）近处构成类地行星。为主）近处构成类地行星。为主）近处构成类地行星。压缩、放射性元素蜕变和陨石撞击导致温度升高。压缩、放射性元素蜕变和陨石撞击导致温度升高。压缩、放射性元素蜕变和陨石撞击导致温度升高。压缩、放射性元素蜕变和陨石撞击导致温度升高。重重重重力力力力的的的的作作作作用用用用与与与与高高高高温温温温的的的的影影影影响响响响，地地地地球球球球里里里里面面面面的的的的物物物物质质质质发发发发生生生生部部部部分分分分熔熔

15、熔熔融融融融，使使使使重重重重者者者者下下下下沉沉沉沉，轻轻轻轻者者者者上上上上浮浮浮浮，出出出出现现现现了了了了大大大大规规规规模模模模的的的的物物物物质质质质分分分分异异异异和和和和迁迁迁迁移移移移，形形形形成成成成了了了了从从从从里里里里向向向向外外外外，物物物物质质质质密密密密度度度度从大到小的圈层结构：从大到小的圈层结构：从大到小的圈层结构：从大到小的圈层结构：铁铁铁铁和和和和镍镍镍镍比比比比较较较较重重重重，含含含含量量量量也也也也多多多多，分分分分离离离离出出出出来来来来成成成成为为为为液液液液态态态态的的的的金属向中心聚集金属向中心聚集金属向中心聚集金属向中心聚集地核；地核；地

16、核；地核；较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳；较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳；较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳；较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳；气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围。气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围。气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围。气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围。三三 地球的演化地球的演化 在距今4638亿年期间，原始地球是均质的固体，主要是硅质化合物、铁、镁的氧化物。原始冷的地球由于：（1）微星碰撞转换来的热;（2）压缩导致温度升高;（3）放射性元素蜕变生热；导致地球逐渐变热。未来的发展趋势？第二节第二节 地球层圈构造的形成地

17、球层圈构造的形成一、内部热演化一、内部热演化/二、内部圈层的形成二、内部圈层的形成/三、外部圈层的形成三、外部圈层的形成 大约在40亿年前，地球接近于均质体，由于内部生热，在地内400800 km深部温度已达2000 C。由于铁、镍的熔点较硅酸盐低，因此优先融化形成金属层。同时，硅酸盐开始软化，开始发生重力分异。于是，比重大的铁、镍熔滴开始沉向地心，沉降过程中，重力能转化为热能，导致地球大部分发生熔化，于是全面的重力分异作用发生。第二节第二节 地球层圈构造的形成地球层圈构造的形成一、内部热演化一、内部热演化/二、内部圈层的形成二、内部圈层的形成/三、外部圈层的形成三、外部圈层的形成 导致硅铝硅

18、镁质物质上浮形成地壳；铁、镍下沉形成地核；二者之间的铁镁硅酸盐形成地幔。终于形成地球的层圈构造。地球上最古老的岩石年龄为地球上最古老的岩石年龄为38亿年，亿年，意义？意义？第二节第二节 地球层圈构造的形成地球层圈构造的形成一、内部热演化一、内部热演化/二、内部圈层的形成二、内部圈层的形成/三、外部圈层的形成三、外部圈层的形成 原始地球表面如同现今的月球一样，没有水、气、生物圈，是地球分异过程中逐渐形成的。水圈的形成水圈的形成原始冷的地球把水分组合在矿物中。当地球逐渐热起来，便发生熔化和分异作用，水便以蒸气云的形式或随同火山喷发而释放出来，水气遇冷形成降雨，汇集形成水圈。第二节第二节 地球层圈构

19、造的形成地球层圈构造的形成一、内部热演化一、内部热演化/二、内部圈层的形成二、内部圈层的形成/三、外部圈层的形成三、外部圈层的形成 大气圈的形成大气圈的形成原始冷的地球不可能吸附气体，后来由于火山作用，释放出气体（水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和少量氯化氢、氨和甲烷等）。（1）水蒸气在太阳紫外线光照射下，分解形成氢和氧，氢逃逸于太空。（2）新生的氧和氨反应（4NH33O22N26H2O），生成氮气。（3）光合作用摄取CO2，放出O2 原始的大气圈逐渐形成原始的大气圈逐渐形成。第二节第二节 地球层圈构造的形成地球层圈构造的形成一、内部热演化一、内部热演化/二、内部圈层的形成二、内部圈层的形成/三、外

20、部圈层的形成三、外部圈层的形成第三节第三节 生命的起源与演化生命的起源与演化由于大气圈、水圈的形成，逐渐形成了生物圈。Ar单细胞生物（原核生物）：细菌和兰藻、少量迭层石Pt1迭层石发育，出现真核生物。Pt3藻类大发展（兰藻、绿藻、褐藻、红藻等）；迭层石发育；真核生物发展。第三节第三节 生命的起源与演化生命的起源与演化Pz1 三叶虫、腕足类、笔石、头足类、珊瑚、棘皮动物和古杯类（寒武纪生物大爆发）。第三节第三节 生命的起源与演化生命的起源与演化Pz2陆生植物繁盛，（孢子植物为主，少量裸子植物）其中 D 是“鱼类时代”；CP是“两栖类时代”；P爬行类；无脊椎动物开始繁盛，出现昆虫等。第三节第三节

21、生命的起源与演化生命的起源与演化Mz爬行类繁盛，“恐龙时代”；出现鸟的祖先始祖鸟第三节第三节 生命的起源与演化生命的起源与演化Cenozoic哺乳动物和被子植物。第三节第三节 生命的起源与演化生命的起源与演化Cenozoic哺乳动物和被子植物。生命的起源与演化生命的起源与演化了解：了解：了解：了解：1 1 1 1 宇宙、太阳系及地球的起源宇宙、太阳系及地球的起源宇宙、太阳系及地球的起源宇宙、太阳系及地球的起源2 2 2 2 地球的演化：结构、地壳和生物地球的演化：结构、地壳和生物地球的演化：结构、地壳和生物地球的演化：结构、地壳和生物3 3 3 3 天文地质学是运用天文的方法、观测资料和成果探

22、讨地球天文地质学是运用天文的方法、观测资料和成果探讨地球天文地质学是运用天文的方法、观测资料和成果探讨地球天文地质学是运用天文的方法、观测资料和成果探讨地球上各种地质现象、成因、演化的一门学科。地球演化早期，上各种地质现象、成因、演化的一门学科。地球演化早期，上各种地质现象、成因、演化的一门学科。地球演化早期，上各种地质现象、成因、演化的一门学科。地球演化早期，陨击作用十分普遍及强烈。银河系、太阳系、小天体对地陨击作用十分普遍及强烈。银河系、太阳系、小天体对地陨击作用十分普遍及强烈。银河系、太阳系、小天体对地陨击作用十分普遍及强烈。银河系、太阳系、小天体对地球均有影响。地球是一个开放的动力系统

23、，经历着由简单球均有影响。地球是一个开放的动力系统，经历着由简单球均有影响。地球是一个开放的动力系统，经历着由简单球均有影响。地球是一个开放的动力系统，经历着由简单到复杂，由低级到高级、不可逆的进化过程，均变与灾变到复杂，由低级到高级、不可逆的进化过程，均变与灾变到复杂，由低级到高级、不可逆的进化过程，均变与灾变到复杂，由低级到高级、不可逆的进化过程，均变与灾变交替进行，并具有周期性交替进行，并具有周期性交替进行，并具有周期性交替进行，并具有周期性。本次讲课要求本次讲课要求思考题思考题n n（一）（一）基本概念基本概念n n天文地质学天文地质学 陨击作用陨击作用 地球系统科学地球系统科学 n

24、n（二）（二）回答问题回答问题n n1.1.简述宇宙环境与地球演化的关系。简述宇宙环境与地球演化的关系。n n2.2.地球内部圈层如何形成？地球内部圈层如何形成？n n3.3.简述生命的起源与演化。简述生命的起源与演化。n n4.4.根据已学过的知识，概述地球各圈层之间的相根据已学过的知识，概述地球各圈层之间的相互作用。互作用。n n（三）（三）画示意图说明陨击作用过程。画示意图说明陨击作用过程。本章参考文献本章参考文献n n1.1.陶世龙等地球科学概论北京：地质出版社陶世龙等地球科学概论北京：地质出版社P126138P126138，19991999n n2.2.於崇文固体地球系统的复杂性与自

25、组织临界性地学前缘，於崇文固体地球系统的复杂性与自组织临界性地学前缘，5 5（3 3，4 4）：）：159182159182、34736834736819981998n n3.3.沃尔德罗沃尔德罗 米歇尔复杂陈玲译米歇尔复杂陈玲译505505页北京：三联书店，页北京：三联书店，19971997n n4 4巴罗巴罗JDJD宇宙的起源卞毓麟译上海：上海科学技术出版社，宇宙的起源卞毓麟译上海：上海科学技术出版社，119119页页19951995n n5.5.欧阳自远，张福勤，林文祝等行星地球的起源和演化模式欧阳自远，张福勤，林文祝等行星地球的起源和演化模式地球原始不均一性的起源及其对后期演化的制约地

26、球原始不均一性的起源及其对后期演化的制约地质地球化学，（地质地球化学，（5 5）：）：1115111519951995n n6.6.欧阳自远，王世杰，张福勤天体化学：地球起源与演化的几个关键问题地学前缘，欧阳自远，王世杰，张福勤天体化学：地球起源与演化的几个关键问题地学前缘，4 4（3434）：）：17518317518319971997n n7.7.殷鸿福，徐道一，吴瑞棠地质演化突变观武汉：中国地质大学出版社，殷鸿福，徐道一，吴瑞棠地质演化突变观武汉：中国地质大学出版社，202202页页19881988n n8.8.周瑶琪，吴智平，章大港，赵华刚，对地质节律与地球动力学系统的思考地学前缘，周

27、瑶琪，吴智平，章大港，赵华刚，对地质节律与地球动力学系统的思考地学前缘，4 4（3434）：）：8594859419971997n n9.9.任振球全球变化任振球全球变化地球四大圈层异常变化及其天文成因北京：科学出版社，地球四大圈层异常变化及其天文成因北京：科学出版社，226226页页19901990n n10.10.阿莱格尔阿莱格尔CTCT陨石，地球，太阳系鲍道崇译北京：地质出版社，陨石，地球，太阳系鲍道崇译北京：地质出版社，240240页页19891989n n11.Earth System Sciences Committee11.Earth System Sciences Commit

28、tee，NASA Advisory CouncilNASA Advisory Council，Earth System Science A Closer Earth System Science A Closer View,National Aeronautics and Space View,National Aeronautics and Space AdministrationgAdministrationg，Washington DWashington DC C,208 pp,208 pp19881988n n12.Kasting JF12.Kasting JFOrigin of wa

29、ter on the EarthOrigin of water on the EarthScientific American,9(3):1622Scientific American,9(3):162219981998n n13.Rampino M R and 13.Rampino M R and StothersStothers R B R BGeological rhythms and Geological rhythms and cometarycometary impacts impactsScience,226:1426Science,226:14261431143119841984n n1414RampinoRampino M R and M R and StothersStothers R B R BTerrestrial mass extinctionsTerrestrial mass extinctions：CometaryCometary impactsandimpactsand Sun Sun motion perpendicular to motion perpendicular to hegalacticplanehegalacticplaneNature,308:709712Nature,308:70971219841984