第1篇第2章地球的起源

1、第二章第二章 地球的起源地球的起源 我们知道，地球存在于宇宙中，是宇宙间的我们知道，地球存在于宇宙中，是宇宙间的一个天体，它是太阳系的一个行星；太阳是一个天体，它是太阳系的一个行星；太阳是银河系的一个恒星；而银河系是宇宙间一个银河系的一个恒星；而银河系是宇宙间一个星系。地球是人类赖以生存的地方，对于它星系。地球是人类赖以生存的地方，对于它的起源、演化及发展过程问题，一直是人们的起源、演化及发展过程问题，一直是人们研究的对象。研究的对象。引言引言 我国在地球形状的认识我国在地球形状的认识上经历一个从扁平形到上经历一个从扁平形到圆球形的过程，从古老圆球形的过程，从古老“盖天论说盖天论说”的的“天似

2、天似盖笠，地法覆盘盖笠，地法覆盘 ” 到到东汉张衡东汉张衡“浑天说浑天说”的的“天体圆如弹丸，地如天体圆如弹丸，地如鸡子中黄鸡子中黄”。“盖天论说盖天论说”图示图示“浑天说浑天说”图示图示 在地球物理性质和地球在地球物理性质和地球表面形态变化等方面，表面形态变化等方面，我国在战国时期就发现我国在战国时期就发现了磁石，并制作司南，了磁石，并制作司南，到唐宋时期又发展为指到唐宋时期又发展为指南针。南针。司南司南 宋代沈括（宋代沈括（10321096）所著的）所著的梦溪笔梦溪笔谈谈中指出磁偏角。中指出磁偏角。 徐霞客（徐霞客（15871641）在他所著）在他所著的的徐霞客游记徐霞客游记中系统地论述了

3、中系统地论述了地球表面的形态地球表面的形态变化及各种地质变化及各种地质现象。现象。 公元前公元前6世纪希腊数学家毕达哥拉斯认为：地球是正球世纪希腊数学家毕达哥拉斯认为：地球是正球形的。形的。 葡萄牙航海家麦哲伦坚信地球是圆的。葡萄牙航海家麦哲伦坚信地球是圆的。 16世纪哥白尼世纪哥白尼“日心说日心说”，使人们了解了地球在宇宙中，使人们了解了地球在宇宙中的位置。的位置。 18世纪德国的哲学家康德和法国的数学家、天文学家拉世纪德国的哲学家康德和法国的数学家、天文学家拉普拉斯研究了地球的起源；普拉斯研究了地球的起源； 赫顿建立了地质时间的概念，并推断地球内部可能存在赫顿建立了地质时间的概念，并推断地

4、球内部可能存在“热热”，19世纪开尔文研究地球的弹性热传导及其他地世纪开尔文研究地球的弹性热传导及其他地球物理问题；球物理问题； 20世纪初，对岩石放射性的研究，推算出地球形成的历世纪初，对岩石放射性的研究，推算出地球形成的历史及年龄。这些工作使人们对地球的研究不断深入。史及年龄。这些工作使人们对地球的研究不断深入。 从整个从整个20世纪这段时间来看，人们对大气圈、生物世纪这段时间来看，人们对大气圈、生物圈、水圈及地球内部的探索，形成若干理论，如板圈、水圈及地球内部的探索，形成若干理论，如板块构造理论，这块构造理论，这 一学说的出现，使固体地球科学经一学说的出现，使固体地球科学经历一次革命，动

5、摇了原来的传统概念，使人们从全历一次革命，动摇了原来的传统概念，使人们从全球范围考虑问题。在此间人们研究地球的球范围考虑问题。在此间人们研究地球的“温室效温室效应应”及人类面临一系列全球环境变化的问题，如及人类面临一系列全球环境变化的问题，如“厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象”、“拉尼娜现象拉尼娜现象”，使，使20世纪的世纪的地球科学研究有了重大的进展，体现了地学传统学地球科学研究有了重大的进展，体现了地学传统学科的成熟；现代技术（航天技术）的发展对地球进科的成熟；现代技术（航天技术）的发展对地球进行全球性、新的观察与认识；全球环境的变化将对行全球性、新的观察与认识；全球环境的变化将对人类活动产生巨大

6、的影响。人类活动产生巨大的影响。第一节第一节 地球的起源与演化过程地球的起源与演化过程 一、地球的形成一、地球的形成地球的起源问题实际上就是太阳系的起源问地球的起源问题实际上就是太阳系的起源问题。只不过在太阳系形成后，才诞生了地球。题。只不过在太阳系形成后，才诞生了地球。地球是在地球是在46亿年前，由原始的太阳系星云物亿年前，由原始的太阳系星云物质经分馏、坍缩、凝聚而形成的。开始由于质经分馏、坍缩、凝聚而形成的。开始由于星子聚集形成地球胎（行星胎），然后不断星子聚集形成地球胎（行星胎），然后不断增生而形成原始地球。聚集时受下列效应作增生而形成原始地球。聚集时受下列效应作用：用：冲击效应冲击效应

7、 压缩效应压缩效应 放射性衰变效应放射性衰变效应1、地球内部圈层的形成、地球内部圈层的形成 地球内部的圈层地球内部的圈层主要指地壳、地主要指地壳、地幔、地核。幔、地核。 地壳：地壳：地壳是地球表面的一层薄壳，其厚度大致为地壳是地球表面的一层薄壳，其厚度大致为地球半径的地球半径的1/400，大陆部分平均厚度，大陆部分平均厚度37km，而海洋部分平均厚度则只有，而海洋部分平均厚度则只有7km，地壳，地壳平均厚度为平均厚度为33km，它主要由硅酸盐岩组成，它主要由硅酸盐岩组成，它的质量为它的质量为51019t，约占地球质量的，约占地球质量的0.8%，它的体积占整个地球体积的，它的体积占整个地球体积的

8、0.5%。 地幔：地幔：深度从地壳底到深度从地壳底到2900km，其体积占地球总体积，其体积占地球总体积的的82%，质量为，质量为4.051021t，占全球总质量的，占全球总质量的67.8%，物质密度大约从，物质密度大约从3320 kg/m3递增到递增到5700 kg/m3，压力随深度而增加，界面上压力可，压力随深度而增加，界面上压力可达约达约1.51011Pa，温度也随深度而增加，下部，温度也随深度而增加，下部约为约为3000左右。左右。在深度在深度60-400 km范围内，地震波速度明显下范围内，地震波速度明显下降，部分物质可产生熔融，具在较大的塑性和潜柔降，部分物质可产生熔融，具在较大的

9、塑性和潜柔性，这个圈层称软流圈。它是岩浆的主要发源地，性，这个圈层称软流圈。它是岩浆的主要发源地，同时地壳运动、岩浆活动、火山活动以及热对流等同时地壳运动、岩浆活动、火山活动以及热对流等皆与此圈有关，软流圈之上的固体岩石部分称为岩皆与此圈有关，软流圈之上的固体岩石部分称为岩石圈，即包括地壳和上地幔的部分，平均厚度石圈，即包括地壳和上地幔的部分，平均厚度60km。 地核：地核：位于位于2900km以下直到地心部分。地核物质以下直到地心部分。地核物质非常致密，密度为非常致密，密度为9700-13000 kg/m3，地核总质量为地核总质量为1.881021 t，温度为，温度为3000 ,最高可达最高

10、可达5000或稍高。或稍高。地核又可分外核、过渡层和内核。外核由于地核又可分外核、过渡层和内核。外核由于只有只有P波才能通过，呈液态。过渡层和内核波才能通过，呈液态。过渡层和内核有有S波出现，呈固态。波出现，呈固态。组成地球物质的主要元素有组成地球物质的主要元素有O、Si、Al、Fe、Ca、Na、F、Mg等等8种，占种，占98%以上，而以上，而组成地核的物质成分则是铁镍成分。组成地核的物质成分则是铁镍成分。 原始地球的内部，在热能条件下，使其局部熔融并原始地球的内部，在热能条件下，使其局部熔融并超过铁的熔点，原始地球中的金属铁、镍及其它的超过铁的熔点，原始地球中的金属铁、镍及其它的硫化物、硅化

11、物熔化，并因其密度大而流向地球的硫化物、硅化物熔化，并因其密度大而流向地球的中心部位，从而形成具有金属特性（超固态）的地中心部位，从而形成具有金属特性（超固态）的地核。比母质轻的熔融物质向上游动，当移动至地表，核。比母质轻的熔融物质向上游动，当移动至地表，经冷却后又向下沉淀。这种在温度差、压力差、密经冷却后又向下沉淀。这种在温度差、压力差、密度差等引起的对流作用控制下的物质移动，使原始度差等引起的对流作用控制下的物质移动，使原始地球产生全球性的分异，并逐渐演化成它的分层现地球产生全球性的分异，并逐渐演化成它的分层现象，即中心为超固态的地核，表层为低熔点的较轻象，即中心为超固态的地核，表层为低熔

12、点的较轻物质形成的最原始的陆核，陆核进一步增生，扩大物质形成的最原始的陆核，陆核进一步增生，扩大形成地壳。地壳与地核之间为地幔。在原始地球的形成地壳。地壳与地核之间为地幔。在原始地球的形成中，内部的分异作用最为重要。形成中，内部的分异作用最为重要。2、地球的外部圈层的形成、地球的外部圈层的形成 地球的外部圈层指大气圈、水圈、生物圈。地球的外部圈层指大气圈、水圈、生物圈。 大气圈大气圈从地表（包括地下相当深从地表（包括地下相当深度裂隙中的气体）到度裂隙中的气体）到16000km高空都存在气体或高空都存在气体或基本粒子，总质量达基本粒子，总质量达51015t，占地球总质量的，占地球总质量的0.00

13、009%。大气圈是地。大气圈是地球的重要组成部分，它对球的重要组成部分，它对地球上万物的形成、发展地球上万物的形成、发展和演化起着重要的作用。和演化起着重要的作用。 水圈水圈水圈包括地球上水的液态部分和固态部分。水圈包括地球上水的液态部分和固态部分。它包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，它包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，形成一个连续而不规则的圈层。水的质量为形成一个连续而不规则的圈层。水的质量为1.411018t,占地球总质量的占地球总质量的0.024%，其中海水占水圈总质量的其中海水占水圈总质量的97.2%,陆地水占陆地水占水圈总质量的水圈总质量的2.8%,陆地水中冰川占水圈总陆地水

14、中冰川占水圈总质量的质量的2.2%。水既分布于大气圈中。水既分布于大气圈中,也分布也分布于生物圈和岩石圈中，生物体的于生物圈和岩石圈中，生物体的3/4由水组由水组成；地下岩石和土壤中也有一部分水。成；地下岩石和土壤中也有一部分水。 生物圈生物圈地球表面有生物存在并地球表面有生物存在并感受到生命活动影响的感受到生命活动影响的圈层叫生物圈，整个生圈层叫生物圈，整个生物圈的总质量仅仅是大物圈的总质量仅仅是大气圈质量的气圈质量的1/300，生物圈的厚度，包括大生物圈的厚度，包括大气圈的下层，岩石圈的气圈的下层，岩石圈的上层和整个水圈，最大上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。它对厚度可达数万米。它对地球

15、的发展起着重要的地球的发展起着重要的特殊作用。特殊作用。 二、地球演化的年代二、地球演化的年代人们根据地球发展历史过程中生物演化和岩人们根据地球发展历史过程中生物演化和岩层形成的先后顺序，将地球的历史划分为若层形成的先后顺序，将地球的历史划分为若干自然阶段确定了国际统一的时代单位干自然阶段确定了国际统一的时代单位宙、代、纪、世，同时人们又根据岩石或矿宙、代、纪、世，同时人们又根据岩石或矿物中放射性元素衰变规律来测定地球的年龄，物中放射性元素衰变规律来测定地球的年龄，从而较为理想地确定了地球从它诞生至今，从而较为理想地确定了地球从它诞生至今，发生了哪些事件，时间长短等等，建立了地发生了哪些事件，

16、时间长短等等，建立了地质年代表。质年代表。第二节第二节 地球的基本状态和物理性质地球的基本状态和物理性质 在太阳系的八大行在太阳系的八大行星中，离太阳由近星中，离太阳由近而远，地球是第三而远，地球是第三颗行星。它与太阳颗行星。它与太阳的平均距离约为的平均距离约为1.496亿公里。地球亿公里。地球绕太阳公转一周的绕太阳公转一周的时间为一年，自转时间为一年，自转一周的时间为一日。一周的时间为一日。一、地球的基本状态、形状与大小一、地球的基本状态、形状与大小 地球的形状指全球静止地球的形状指全球静止海面的形状，也就是大海面的形状，也就是大地水准面的形状。宇航地水准面的形状。宇航人员在宇宙飞船上看到人

17、员在宇宙飞船上看到的地球是滚圆的，在月的地球是滚圆的，在月球，火星及人造卫星上球，火星及人造卫星上拍摄的地球照片，地球拍摄的地球照片，地球是球形的。近年来由于是球形的。近年来由于航天技术的发展，大大航天技术的发展，大大推动了关于地球形状的推动了关于地球形状的深入研究，并取得了一深入研究，并取得了一些新的数据。些新的数据。 通过人造卫星的进一步观测，并计算得知，概括说来，有以通过人造卫星的进一步观测，并计算得知，概括说来，有以下方面的认识：下方面的认识：大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面，而是有地方隆起，大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面，而是有地方隆起，有地方凹陷，相差可达有地方凹陷，相差可达

18、100米以上。米以上。地球赤道横截面不是正圆形，而近椭圆满形，长轴指向西地球赤道横截面不是正圆形，而近椭圆满形，长轴指向西经经20和东经和东经160方向，长短轴之差为方向，长短轴之差为430米。米。赤道面不是地球的对称面，地球形状近似赤道面不是地球的对称面，地球形状近似“梨梨”产形状。产形状。 近年来，中国科学院院士马宗晋在世界上首次明确提出一个近年来，中国科学院院士马宗晋在世界上首次明确提出一个有趣的科学推论：地球并非理想的椭球体，而是从内到外普有趣的科学推论：地球并非理想的椭球体，而是从内到外普遍存在着扩张。马宗晋等人进一步提出，相对而言，北半球遍存在着扩张。马宗晋等人进一步提出，相对而言

19、，北半球是陆半球、冷半球、压缩的半球；南半球洋半球、热半球、是陆半球、冷半球、压缩的半球；南半球洋半球、热半球、膨胀的半球，地球的膨胀的半球，地球的“热量中心热量中心”可能偏于南半球，而可能偏于南半球，而“质质量中心量中心”则偏于北半球。则偏于北半球。二、地球的物理性质二、地球的物理性质 1、地球上物体的重量、地球上物体的重量地球表面上的任何物体地球表面上的任何物体都受到地心的引力都受到地心的引力F引，引，也同时受到地球自转所也同时受到地球自转所产生的惯性离心力（产生的惯性离心力（F惯），这两个力的合力惯），这两个力的合力就是物体的重量（就是物体的重量（W）。）。 2、地球内部的放射性、地球内

20、部的放射性地球内部有些元素具有天然的放射性，即放出射线，地球内部有些元素具有天然的放射性，即放出射线，放射线主要为放射线主要为、三种射线。放射性元素所产三种射线。放射性元素所产生的热称为放射热。放射性元素对地球改造的重要生的热称为放射热。放射性元素对地球改造的重要性在于它具有放射热。放射性元素经过地壳运动和性在于它具有放射热。放射性元素经过地壳运动和地球化学过程在某地聚集之后，将直接影响到地下地球化学过程在某地聚集之后，将直接影响到地下岩石温度的变化，放射热能是地球内能的主要来源，岩石温度的变化，放射热能是地球内能的主要来源，是地球演化的一个重要动力。是地球演化的一个重要动力。 放射性元素的原

21、子在衰变过程中具有半衰期，根据放射性元素的原子在衰变过程中具有半衰期，根据半衰期这种性质可以确定含放射性元素岩石的年龄，半衰期这种性质可以确定含放射性元素岩石的年龄，也可以测定月岩、陨石的年龄，所以地球内部的放也可以测定月岩、陨石的年龄，所以地球内部的放射性元素可以用来研究地球的历史，是地球的一个射性元素可以用来研究地球的历史，是地球的一个地质时钟。地质时钟。 3、地热、地热人们对气的变化是敏感的，它主要是太阳能人们对气的变化是敏感的，它主要是太阳能作用的结果。气温变化的范围主要是大气圈作用的结果。气温变化的范围主要是大气圈和地球的表层。当从地表向下达到一定的深和地球的表层。当从地表向下达到一

22、定的深度时，其温度不随外界温度而变化，这一温度时，其温度不随外界温度而变化，这一温度层叫常温层，它的深度因地异。在常温层度层叫常温层，它的深度因地异。在常温层以下，地温随深度而增加，一般说来，每增以下，地温随深度而增加，一般说来，每增深深100m，温度增加，温度增加30C。第三节第三节 太阳活动与地球表面的变化太阳活动与地球表面的变化 太阳供给地球光和热，是地球外动力作用的太阳供给地球光和热，是地球外动力作用的最主要能量来源，直接影响地球表面形态的最主要能量来源，直接影响地球表面形态的变化。还对天气、气候和生物圈状况产生影变化。还对天气、气候和生物圈状况产生影响。地球表面是人类赖以生存之地，地

23、球表响。地球表面是人类赖以生存之地，地球表面的山川、河流、高低起伏不平是地球内动面的山川、河流、高低起伏不平是地球内动力（能量来自地球本身）和外动力（能量来力（能量来自地球本身）和外动力（能量来自太阳辐射及日月引力等）综合作用的结果。自太阳辐射及日月引力等）综合作用的结果。一、太阳活动一、太阳活动 太阳是一个巨大的辐射源，它以两种辐射形太阳是一个巨大的辐射源，它以两种辐射形式不断向外辐射。即电磁辐射（包括可见光、式不断向外辐射。即电磁辐射（包括可见光、X射线、紫外线、红外线及辐射电波）和微射线、紫外线、红外线及辐射电波）和微粒辐射（如太阳风）。太阳辐射对地球表面粒辐射（如太阳风）。太阳辐射对地

24、球表面和大气层加热形成大气层的垂直分布结构和和大气层加热形成大气层的垂直分布结构和大气环流等。从而造就了地球环境，如紫外大气环流等。从而造就了地球环境，如紫外线是造成臭氧层和电离层的主要来源，而太线是造成臭氧层和电离层的主要来源，而太阳风与地球磁场的相互作用形成了地球磁层。阳风与地球磁场的相互作用形成了地球磁层。 太阳活动可以包括以下三种形式：太阳活动可以包括以下三种形式：1太阳黑子。太阳黑子。2.太阳光谱中的太阳光谱中的射线、射线、X射线、紫外线和射射线、紫外线和射电等辐射的缓变或脉冲式的增强。电等辐射的缓变或脉冲式的增强。3.太阳等离子体的运动和抛射以及高能带电太阳等离子体的运动和抛射以及

25、高能带电粒子的加速和喷发。粒子的加速和喷发。二、地球表面的变化二、地球表面的变化 1外力对地球表面的作用外力对地球表面的作用（1）水对地球表面的影响：水的运动水的冻结）水对地球表面的影响：水的运动水的冻结 水的化学作用水的化学作用（2）大气对地球表面的作用：大气的运动大气降水）大气对地球表面的作用：大气的运动大气降水气温变化气温变化（3）生物对地球表面的作用：）生物对地球表面的作用： 植物生长于岩石裂隙中，在根系成长发育过程中，对植物生长于岩石裂隙中，在根系成长发育过程中，对岩石的挤压作用而导致岩石破裂。岩石的挤压作用而导致岩石破裂。 动物在地面挖掘和穿凿活动中，不仅可使岩石遭到直动物在地面挖

26、掘和穿凿活动中，不仅可使岩石遭到直接的机械破坏，而且也可以加速其风化作用的进行。接的机械破坏，而且也可以加速其风化作用的进行。 生物在生长或死亡过程中，产生的生物在生长或死亡过程中，产生的O2、CO2及各种及各种酸类能够加速岩石的化学变化或直接溶解某些矿物而对岩石酸类能够加速岩石的化学变化或直接溶解某些矿物而对岩石起破坏作用。起破坏作用。 2内力对地球表面的作用内力作用内力对地球表面的作用内力作用最主要的特点是使地球表面变得起伏不平，最主要的特点是使地球表面变得起伏不平，形成山川与沟谷。主要表现在以下几个方面：形成山川与沟谷。主要表现在以下几个方面：（1）地壳运动对地球表面的作用）地壳运动对地

27、球表面的作用（2）火山活动对地球表面的作用）火山活动对地球表面的作用（3）地震对地球表面的作用）地震对地球表面的作用 对于地球表面来说，是内外力综合作用的结对于地球表面来说，是内外力综合作用的结果，内力作用使地球表面形成起伏不平，通果，内力作用使地球表面形成起伏不平，通过外力作用可使地球表面上高处被剥蚀夷平，过外力作用可使地球表面上高处被剥蚀夷平，低处被充填；内外力这种相互斗争，彼此消低处被充填；内外力这种相互斗争，彼此消长的过程，也就是地球表面发展和演化过程。长的过程，也就是地球表面发展和演化过程。第四节第四节 地球的大地构造理论地球的大地构造理论 在大地构造理论的发展过程中，曾出现过许在大

28、地构造理论的发展过程中，曾出现过许多学说，如均衡说、对流说、膨胀说、多旋多学说，如均衡说、对流说、膨胀说、多旋回说、地质力学、地洼说，槽台说等等，这回说、地质力学、地洼说，槽台说等等，这一事实反映大地构造理论处于不断探索和完一事实反映大地构造理论处于不断探索和完善阶段，但每一个大地构造学说的提出，都善阶段，但每一个大地构造学说的提出，都标志着大地构造理论进入一个更高水平阶段，标志着大地构造理论进入一个更高水平阶段，如如20世纪最激动人心的大地构造理论世纪最激动人心的大地构造理论板板块构造理论。块构造理论。板块构造的基本理论板块构造的基本理论 1967年，美国的普林斯顿年，美国的普林斯顿大学的摩

29、根（大学的摩根（J.Morgan）、英国剑桥大学的麦肯）、英国剑桥大学的麦肯齐（齐（D.P.Mekenzie）、）、法国的勒皮顺（法国的勒皮顺（X.Le.Pichon）等人，结合大陆漂）等人，结合大陆漂移和海底扩张假说令人满意移和海底扩张假说令人满意的部分，把它们的基本原理的部分，把它们的基本原理扩展到整个岩石圈，并对岩扩展到整个岩石圈，并对岩石圈的运动和演化的总体规石圈的运动和演化的总体规律做了总结提高，进而形成律做了总结提高，进而形成了板块构造学说或称新的全了板块构造学说或称新的全球构造理论。球构造理论。 它包含以下基本原理：它包含以下基本原理：1.地球岩石圈和软流圈参与了地球总体的构地球岩石圈和软流圈参与了地球总体的构造运动。造运动。2.岩石圈可分成若干个刚性板块。每个板块岩石圈可分成若干个刚性板块。每个板块在软流圈上不停地作水平位移。在软流圈上不停地作水平位移。3.板块的水平位移具有三种形式：即板块之板块的水平位移具有三种形式：即板块之间的相对运动，板块之间的反向运动和板块间的相对运动，板块之间的反向运动和板块之间的相互错动。之间的相互错动。第五节第五节 地球科学地球科学 地球科学是研究地球的发展与演化规律的一门科学