第一课(绪论、地球的起源)

地球科学概论

资源与环境学院■绪论■地球的起源与演化■地球的物理性质■地球的圈层■板块运动与地质作用■大气圈■自然灾害与减灾■水圈■地表形态■生物圈■地球环境及其变迁■自然资源及其利用

地球科学概论为什么要在广东商学院为本科生开设《地球科学概论》这门公共通选课？当今世界人类所面临的人口控制、资源开发、环境保护、减灾防灾、可持续发展等重大问题，无不与地球环境和人类活动密切相关。学校为培养宽基础、重综合、有专业特色的新型大学生，给经济、管理、法学等专业的本科学生补充一些理学方面的知识，通过文、理学科交叉教学，丰富和完善学生的知识结构。特意开设了《地球科学概论》这门公共通选课，力图通过本课程的教学使学生获得一些地球科学、地球环境方面的基础知识，科学地认识人与自然的关系，丰富理学方面的知识结构，开阔视野。初步了解人与自然和谐发展的基本原理和规律，培养学生热爱大自然的兴趣，增强学生认识和了解大自然的能力。提高学生的基本国民素养。

地球科学概论奇特的地理现象（1）柱状玄武岩在福建漳州南碇岛，约140万根巨型六边形玄武岩柱组成的柱状节理群，展现在20-50米高的海岛崖壁上。约1700万年前，受喜马拉雅运动影响，玄武岩上涌喷发。在火山爆发的最后阶段，火山颈里的玄武岩浆缓慢冷却、收缩、结晶，由于这里的岩浆纯度很高，它开始爆裂成规则的图案，常常是六角形图案，形成了一根根树干般的柱状节理——裂缝直上直下伸展，水流可从顶部通达底部。所有的玄武岩柱不可思议地挤靠在一起，其间仅有极细小的裂缝，同时，由于冷却时顶部与底部先后凝固，又产生了水平方向的板状节理，当一群石柱断裂时，就会出现美丽的网络状横断面，如同铺落伍六边形瓷砖的地板，又叫“鱼鳞石”。

地球科学概论

地球科学概论奇特的地理现象（2）乳房云

乳房云通常发生于暴风雨之前,尤其伴随着雷暴现象。目前科学家仍不清楚它的形成原因。通常的观点认为乳房云主要是由冰物质构成,这种奇特的云层能以一个方向延伸至数百英里,单独的云块可静止10-15分钟。然而乳房云可能是一种不祥之兆,它可能是恶劣天气出现之前的“信使”。

地球科学概论绪论1.学科分类与地球科学的分科2.地球科学的研究对象、内容和任务3.地球科学的特点和研究方法4.20世纪地球科学的重要进展5.当前地球科学研究的热点问题和前沿问题6.地球科学与人类社会可持续发展

地球科学概论

按照现行学科分类体系，所有学科共分为自然科学、农业科学、医药科学、工程与技术科学、人文与社会科学五大类。其中：自然科学：数学、信息科学与系统科学、力学、物理学、化学、天文学、地球科学、生物学。人文与社会科学：管理学、马克思主义、哲学、宗教学、语言学、文学、艺术学、历史学、考古学、经济学、政治学、法学、军事学、社会学、民族学、新闻与传播学、图书馆、情报与文献学、教育学、体育学、统计学。授学位的学科门类：理学、工学、农学、医学、文学、历史学、哲学、经济学、管理学、法学、教育学等。

传统的理学：数学、物理学、化学、天文学、地球科学、生物学。地球科学学科分类：地质科学、地理科学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学、水文科学、环境科学、空间科学。学科分类与地球科学

地球科学概论地质科学是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史的知识体系。

矿物学、成因矿物学、矿床地质学地史学、地层学、层序地层学、地震地层学、生物地层学、事件地层学、古生物学、古生态学、古地理学。构造地质学、板块构造学、冰川地质学、火山地质学、地震地质学、水文地质学、海洋地质学、宇宙地质学。地球化学、石油地质学、煤地质学沉积学、岩石学、实验岩石学区域地质学、工程地质学

地质科学

地球科学概论钱学森在现代人类知识体系11个门类中，将地理科学归结为自然科学与社会科学之间的桥梁科学。

自然地理学：地貌学、植物地理学、动物地理学、冰川学、冻土学、古地理学、水文地理学、土壤地理学、化学地理学等。人文地理学：经济地理学、农业地理学、工业地理学、商业地理学、交通运输地理学、旅游地理学、人口地理学、人种地理学、聚落地理学、乡村地理学、城市地理学等。地名学、理论地理学、历史地理学、区域地理学、应用地理学地图学与地理信息系统：地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型地理信息系统，以某一专业、领域或工作为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统；二是工具型地理信息系统，也就是GIS工具软件包，如ARCINFO等，具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出等GIS基本功能。

地理科学

地球科学概论研究大气的结构、组成、物理现象、化学反应、运动规律，以及如何运用这些规律为人类服务的一门学科。研究对象主要是覆盖地球的大气圈，以及太阳系其他行星的大气。

气候学、物候学、古气候学、年轮气候学、大气化学、动力气象学大气物理学：大气边界层物理、云和降水物理学、云和降水微物理学、云动力学、雷达气象学、无线电气象学、大气辐射学、大气光学、大气电学、平流层大气物理学、大气声学天气学、热带气象学、极地气象学、卫星气象学应用气象学：生物气象学、农业气象学、森林气象学、医疗气象学、水文气象学、建筑气象学、航海气象学、航空气象学、军事气象学、空气污染气象学

大气科学

地球科学概论海洋科学是研究地球上海洋的自然现象、性质与其变化规律，以及和开发与利用海洋有关的知识体系。

海洋化学：海洋地球化学、海洋沉积地球化学、海洋物理化学、海水分析化学、海洋资源化学、河口化学。海洋生物学、海洋生态学、海洋生物化学、海洋生物地理学海洋物理学、海洋电磁学、海洋光学、海洋声学、海洋气象学、物理海洋学古海洋学、大洋地层学、海洋环境科学、军事海洋学、区域海洋学、海洋工程学

海洋科学地球科学的研究对象、内容和任务

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地球科学〔TheEarthSciences〕以整体的地球作为研究对象，包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围，是由固体地圈[包括岩石圈(Lithosphere)、地幔和地核]、大气圈(Atmosphere)、水圈(Hydrosphere)和生物圈(Biosphere)（包括人类本身）组成的一个开放的复杂巨系统，称为地球系统(Theearthsystem)。地球系统内部存在不同圈层（子系统）之间的相互作用，物理、化学和生物三大基本过程之间的相互作用，以及人与地球系统之间的相互作用。

大气科学研究大气圈的组成、结构和气候过程；

海洋科学研究水圈海洋部分的物理、化学、生物现象的运动过程；地理科学研究地球表层的地理环境及其发展演变规律；地质科学研究地球的物质成分、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。其中，后两者都涉及地球的物理、化学、生物作用过程和不同圈层之间相互关系，具有更高的综合性。地球科学的特点和研究方法

地球科学概论

地球科学的全球性特点决定了人们必须采用全球范围调查研究和观察、测试方法。随着科学技术的进步，人们对地球的研究范围，已经能从隧道扫描显微镜和离子探针的原子尺度到全球地震台网和轨道卫星所提供的数据得出的全球图像。从地表的地学实地调查和标本采集，飞机和卫星对地面的遥感监测，大陆和海洋的超深钻探，天然和人工地震对地球内部圈层结构的探测等，为地球科学的全球观研究提供了基础资料。与此相适应，80年代起一系列大型国际地球科学合作研究计划的推出：如：国际岩石圈计划（ILP）、深海钻探计划（DSDP）/大洋钻探计划（ODP）、世界气候计划（WCP）、国际地圈生物圈计划（IGBP）等，已形成了对地球的全球立体研究网络。尽管高新科技观测手段在地球科学研究中的地位日益重要，但直接投入大自然界的实地手、眼考察仍然具有无法取代的地位。

地学过程的时间和空间尺度具极大差别的特点

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地球科学的另一个特点是，地球系统内各种地学过程发生的时间尺度和空间尺度具有极大的差别。几十亿年至几十万年时间尺度内发生的地学过程，包括地球和生命的起源、生物灭绝、板块构造、造山作用、冰期出现、海陆变迁、成矿作用等重大事件，是传统地学的研究领域。几十年至几百年时间尺度内的全球变化，则是地球系统科学的主要研究对象。几年至几小时时间尺度的变化，属于大气、海洋和生物科学的研究范畴。地球科学的现实主义原则和方法

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地球科学的这种特殊时空尺度使得人们无法直接测量地球中心的温度，也无法在实验室再造地球系统的真实过程。因此，通过长期地学研究实践总结出来的类比方法具有重要意义。19世纪英国地质学家莱伊尔（C．Lyell）提出的“现在是过去的钥匙”名言，后来被称为“将今论古”的现实主义原则和方法，启示人们可以根据现今地表发生的各种地学过程及其物质记录，研究地质历史时期的古环境变化。运用“将古论今”的方法，我们可以根据地质和人类历史中发生过的地球环境和岩石圈演变过程来预测地球的未来趋势。类比方法也普遍应用到区域地理学、区域地质学、天文地质学和天气预报、灾害预测等研究领域，例如现在月球表面保存的38～46亿年前星球演化记录，是了解地球早期演化史的重要依据；地球科学新的技术和方法

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近几十年从地球科学发展起来的“3S”技术等，已广泛运用于各相行业、领域。遥感(RS)：-----------------RemoteSensings地理信息系统(GIS)：---GeographicInformationSystem全球定位系统(GPS)：---GlobalPositionSystem数字地球(DE)：-----------DigitalEarth20世纪地球科学的重要进展(1)

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第一，认识了地球的构造。地球外面有大气、海洋，而且认识到地球内部的构造，地球内部还是很复杂的，大致来说，地球是由地壳、地幔以及地核组成的。第二，在六十年代建立了板块理论，这对地学是一个革命性进展。地壳是由很多板块构成的，比如说欧亚大陆是一个板块，印度是一个板块，太平洋是一个板块等等。板块之间的相互作用会产生很多的现象，例如青藏高原就是由印度板块与欧亚大陆对碰隆起形成的；欧亚大陆与太平洋板块之间互相交错，在交错运动时就会发生地震，这就是日本、东南亚还有我国的台湾地震多的原因。

第三，提出大陆存矿及成矿理论。人类的生存、工农业的生产需要矿物，这种理论为找矿提供了依据。地质圣坑

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举世闻名的可可托海三号矿脉，坐落在额尔齐斯河南岸，素以“地质圣坑”享誉海内外，是中外地质学者心目中的“耶路撒冷”、“麦加”圣地。

可可托海地处准葛尔盆地东北部，位于新疆阿勒泰山中段南麓，东北部与蒙古国接壤。在哈萨克语中的意思为“绿色的丛林”。以罕见的巨型稀有金属矿而闻名于世。可可托海被称为“中国寒极”，海拔仅为一千二百米，年均气温却只有零下二点零八摄氏度。1965年元月，在伊雷木湖上曾测得-57℃的最低气温纪录。闻名世界的可可托海三号稀有金属矿坑，不仅偿还了中国政府欠前苏联40%的外债，还为我国原子弹、氢弹的爆炸成功和人造卫星的成功发射作出了重要贡献。

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地球科学概论可可托海三号巨型稀有金属矿坑，直径达三四百米，深达180米的巨型圆坑，状如古罗马斗兽场，是世界上最大的矿坑之一。目前世界上已知的140种矿物，这里就有86种，稀有金属占到矿山储量的九成以上。矿区蕴藏着有锂、铍、铖、钼、铷、铯、铪、铀、钍等多种稀有及放射性元素。其规模之大、矿种之多，品位之高，储量之丰富，层次之分明，世界罕见。主要用于航天工业和军事工业，及电子工业。

为了保密的需要，可可托海曾长期隐藏在深山之中——1967年之前，在共和国的地图上，找不到可可托海的名字，它被“111矿”代表着。

1958年8月30日，国家特地制定了产品代号及厂矿代字命令，规定绿柱石(铍)为“1号产品”，锂辉石为“2号产品”，钽铌石为“3号产品”，可可托海矿管处为“111矿”。我国制造原子弹、氢弹、卫星所用的锂、铍、钽、铌、铯等稀有金属主要来自可可托海矿。我国自行研制的第一颗人造卫星“东方红一号”使用了可可托海提供的铯。

20世纪地球科学的重要进展(2)

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第四，认识了地球的演化。以前我们认为生物的演化是渐变的、缓慢的，由单细胞变成多细胞，再由多细胞变成两栖类、爬行类、哺乳类。但是地球的演化不是这样的，而有时是突变的，这种演变严重影响到地球上生物的演变，如云南省澄江动物群的发现，证明生物有一个大爆发的现象存在，而生物也有大灭绝的时代，如恐龙的灭绝就是在几千万年前白垩纪末行星撞击地球造成的。因此地球上生物演化于地球演化又很密切的关系。

第五，提出地理的地带说。地带说是把地域按照能量、水分来划分，比方说我们把我们国家按照降水、蒸发分为湿润带，如长江和黄河流域，从内蒙直至长城以外为半干旱带，从新疆到河西走廊是干旱带。这是地理学的很大进步，以前我们只是知道按照气温分成热带、亚热带、寒带，而按照能量和水分来划分就更科学，更便于做工农业生产规划时的科学依据。20世纪地球科学的重要进展(3)

地球科学概论第六，提出深海的地热理论。在二十世纪七十年代，地学科学家发现深海里存在裂缝，大量热量从固体地球里冒出来，虽然在此裂缝周围温度很高，但仍有生物生存着，而且这些生物已经生存了几百万年，这是二十世纪的一大的发现。为什么生物在这么高温下还能生存，这是值得我们进一步去研究。

第七，天气系统和气候系统的提出。在二十世纪二十年代左右，挪威的学者就已经开始研究天气变化了，提出天气系统和大气环流的概念。到了三十到四十年代，气象学加提出天气系统的变化是与大气中波长为几千公里的波动有关，从而使天气预报大大发展；到了二十世纪七十年代，人们认识到气候变化，并且这种变化与气候系统有关，也就是说气候不仅只是大气的变化，而是大气与海洋、陆地、大气等等诸多因素相互作用的结果。气候系统的提出是地学的一个重大进展。地球气候系统的提出使地质、地理、海洋、大气等地学的分支学科结合到了一起。

20世纪地球科学的重要进展(4)

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第八，发现大洋里边存在着海流。在二十世纪由于海洋观测技术的发展，发现了在大洋中存在着各种各样的海流。比如发现热带西太平洋表层存在着各种赤道流系，在二三百米深的大洋中还有潜流，这些海流变化能引起海洋状态的变化。海流的形成和变化，这其中大气中的风起到很重要的作用，这就是风成环流；在比较深的海洋中，海流是由于海水的密度不均匀分布所造成的，而海水的密度又是由海水温度和盐分所决定，因此，这种海洋又称为温盐环流。

第九，全球变化的认识。人类为了生存，或者某种程度上说为了享受，一方面大量发展各种工业，使二氧化碳的排放大量增加，另一方面又大量砍伐森林，制造家具或当燃料。二氧化碳就像花房的玻璃一样，它可以让太阳光进来，而热辐射却出不去。这就是温室效应。一百年来我们整个地球平均气温大约升高了0.6℃，全球温度增高使我国北方气温升高、干旱加重，这是个很大的问题。

在古人类研究方面也有很大发展，根据科学的发现和推断，北京猿人大约生存在50万年以前，后来又发现非洲人生活在离现在约300万年前。如按照人能直立行走的标准，人类出现大概在310万年以前，这是地学研究的成果。

当前地球科学研究的热点和前沿问题

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第一个热点问题是厄尔尼诺现象。即热带中、东太平洋海域2-7年间就会发生的异常增温并会给全球带来很大影响和灾害的现象。在我们国家经常发生的沙尘暴也是目前地学研究的一个热点。沙尘暴是我国一个很独特的现象，因为我国有大量的沙漠，如新疆塔克拉玛干沙漠，内蒙的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、毛鸟素沙漠和浑善达克沙漠等，我国春季的时候，北方风很大，冷空气的途径有时从新疆经河西走廊过来，有时从内蒙过来的，然后经过华北北部，最后吹到海洋去。

第二个热点问题是全球变化(IGBP)问题。全球变化在中国的华北、内蒙一带反映特别明显，五十年代华北降雨有700多毫米，2000和2001年北京年降水量却只有380多毫米，这不仅严重影响工农业生产，还影响生态环境和城乡人民的生活。

当前地球科学研究的热点和前沿问题

地球科学概论

第三个热点问题是数字地球。前两年这个问题很热，现在不同的人有不同的看法，数字地球就是要把地球表面的各种要素进行观测后，再做成数据库，为我们减轻灾害、环境观测、区域评估、生产建设规划提供信息。现在各地兴起了数字地球热，又有了数字城市，数字省。这类似于虚拟人的构建。

第四个热点问题是环境问题。现在全世界都在大力发展生产，但很多地方发展生产带来环境的破坏，是以牺牲环境为代价的。目前资源的过度开发、生态破坏非常严重，环境是我们科学界非常关注的一个问题。二十世纪地学的研究主要是认识地球，二十一世纪地学的发展趋势将不仅仅是认识地球，而是要保护我们生存的家园，保护地球，因此，在保护地球这方面的科学问题会显得特别重要，比如说环境保护、全球变化、气候预测、地震的预测、海洋监视和预测和资源综合利用等等问题必定会更加受到全世界的重视。

地球科学与人类社会

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地球科学与人类社会可持续发展的关系归纳起来有这样几个大的方面：资源问题、能源问题和环境问题，我们现在普遍提到的就是这三个大问题。人类本身的活动，如城市建设、矿山开发等已经影响到地球系统中自然过程的发展，并且产生了很大的影响，因此21世纪，如何协调人类与自然之间的关系已经成为地球科学领域研究的一个很重要的方面。可持续发展是人类对环境与发展认识深化的结果，以资源的可持续利用和良好的生态环境为基础，以经济可持续发展为前提，以谋求社会的全面进步为目标。为此，地球系统科学作为规划与对策的科学基础应划分为两大层次，即满足可持续发展中紧迫问题的任务研究和远期效应的基础理论研究。因此，地球系统科学不仅要研究自然规律，还要为社会发展提出规划依据，后者是与社会法律相联的软科学，在社会可持续发展中的意义是非常重要的。地球科学与人类社会（1）

地球科学概论国家利益：地球科学对于维护国家利益，国家安全有着重要的意义。目前能源和全球环境问题已经成为国际政治和外交斗争的焦点，因此，地球科学的发展是国家综合国力的重要标志，也是维护国家主权和权益的必要措施。例如海洋深部的锰矿资源，现在各个国家都在划分势力范围，如果我们国家这步走慢，就会丧失一大部分海底资源；另外还有水下的一种可变成可燃性气体冰冻状态的水合物，储量也很丰富，如果不去开发，国家就会受到损失。

我国有960万平方公里的国土资源，300万平方公里的海洋资源，这是我们中华民族的生存空间，对这些空间资源的认识、开发、利用和保护，是中华民族独立自强的基础。

地球科学与人类社会（2）

地球科学概论人口增长：地球上从生物诞生到人类出现，可以说是弹指一挥间的事。但是，人类的发展使地球承受重负，资源、能源等正在不断被消耗掉。

世界人口增长率的急剧上升和人口基数呈指数增长的现状。其重要标志为：人口翻番的时间越来越短，世界人口从5亿增到10亿用了200余年；从10亿增至20亿用了100多年，从20亿到40亿不到70年，估计再翻一番只需35年。本世纪人口在每10年间的增长数也在上升。目近代人口迅速增长的原因是：生活条件和医疗技术全面改善，死亡率下降，人类平均寿命不断提高。目前世界人口有50％在25岁以下，这种年龄结构属于典型的增长型，它决定人口在今后相当长时期内保持增长势头。由于地球的空间和资源都有限，控制人口实为刻不容缓的任务。地球科学与人类社会（3）

地球科学概论环境保护：20世纪以来科学技术的迅速发展，使得人们能以从前无法想象的力量来燃烧、砍伐、挖掘、移动、改变各种各样的物质，从而空前改变着地球的面貌，70%的热带雨林的毁灭就发生在20世纪，而现存生物物种加快灭绝的趋势也发生在20世纪。目前我国80%的河流已经收到污染，酸雨分布区占国土面积的40%，垃圾占地面积已达5万平方公里，由于污染造成的直接经济损失超过2000亿元每年。随着城市化的快速发展，这些问题将更加突出。人们已经开始认识到，地球上的生态环境已经到了毁灭的边缘，人类文明有可能毁灭掉自己。加强地球表层全球变化趋势研究与预测，已成为国内外普遍关注的重点。

地球科学与人类社会（4）

地球科学概论自然灾害：无论是突发性的地震、洪涝、风暴、海啸，还是持续的干旱、地面沉降、土地沙漠化等，都给人类带来灾难和重大经济损失。所有灾难的起因又都与地球各圈层之间的相互作用有关，只有通过地球科学的深入研究才能查明致灾原因、成灾机理和防治灾害的有效措施。卡特里娜（HurricaneKatrina）是2005年8月出现的一个五级飓风，在美国新奥尔良造成了严重破坏。2005年8月25日，飓风在美国佛罗里达州登陆，8月29日破晓时分，再次以每小时233公里的风速在美国墨西哥湾沿岸新奥尔良外海岸登陆。据国际风险评估机构RMS估计，此次飓风至少毁坏了15万处产业，损失金额在250亿至1000亿美元之间，将成为美国有史以来经济损失最大的一次自然灾害。飓风还造成大约500万户居民停电，在两个月内无法全部恢复，而要排干淹没新奥尔良全城80%的洪水则需要36至80天。

地球科学概论早在19世纪晚期，恩格斯就在人—地关系方面做出了颇有远见的警言：“不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。”审视20世纪人类发展的历程，对国民进行地球科学的基础教育，以提升国民素质，对于21世纪人类社会的可持续发展具有深渊的意义。地球科学概论

资源与环境学院■自然灾害与减灾

■绪论■地球的起源与演化■地球的物理性质■地球的圈层■板块运动与地质作用■大气圈■水圈■地表形态■生物圈■地球环境及其变迁■自然资源及其利用地球的起源与演化

地球科学概论第2章

●地球的起源和圈层分异

●地球的年龄及其测定

●地球生物演化历程

●地球的外部环境第二章地球的起源与演化太空看地球

—地中海在浩瀚的宇宙数以亿计的星系中，有一个普通的旋涡星系，我们称之为银河系。银河系中大约有3000亿颗恒星，其中有一颗不起眼的有行星环绕的恒星，我们称之为太阳。地球，是太阳的第三颗行星。宇宙中的地球，其渺小，是不能用“沧海一粟”描绘的。但她孕育了生命，孕育了人类，这在我们已知的范围内，是独一无二的。

地球科学概论宇宙的起源

地球科学概论在汉语中，“宇”代表上下四方，即所有的空间，“宙”代表古往今来，即所有的时间，宇：无限空间，宙：无限时间。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。

宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。最初的1秒钟过后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。随着这锅汤继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。

第二章地球的起源与演化宇宙的起源

地球科学概论

这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型”。根据现有物理理论，在小于10-43秒和10-33厘米的范围内，就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量，因此时间和空间概念失效了，是一个没有时间和空间的物理世界。我们不得不相信，宇宙有一个开始，也将有一个终结。它产生于“无”，也终将回归于“无”。假设宇宙在时间上没有起源，即过去一直存在，那么宇宙的年龄就是无穷大了。无穷大这个概念，一听就让人头昏脑胀：既然是已经过去了无穷久的时间，我们的“现在”又是什么呢？而如果说宇宙是有起始的，那么它就是从“无”中突然产生的了，这最初的一刹那，又是怎样呢？第二章地球的起源与演化太阳系

地球科学概论第二章地球的起源与演化太阳系的起源

地球科学概论太阳系起源于一块氢云，这块氢云是第一代或第二代恒星爆炸后抛洒出来得。开始，它以圆环型飞快的远离原恒星。随着距离的增加，它渐渐的弥散开来，形成一块不规则星云。这一过称非常短，只需要一千年左右。在这块不规则星云中有许多密度较高的质点。随着星云离开原恒星，引力也渐渐减小。万有引力开始显现，吸引周围密度较低的氢云向它集中。小质点向大质点集中，而大质点又向更大的质点集中。这一过称非常缓慢，然而星云终于还是形成了一个质量中心。质量中心形成以后，便会吸引周围的星云向它集中。靠近质心的速度快，而远离质心的速度慢。这一现象始终存在。远离质心的氢云总是跟在靠近质心的氢云后面。于是氢云便显现出转动的迹象。星云以但获得自转，收缩便成现加速现象。它开始有不规则状向棒状，椭圆状快速前进，形成近圆球状。

第二章地球的起源与演化太阳系的起源

地球科学概论

星云进一步收缩，当它自转达到5.43千米/秒时，它的一条尾巴终于跟不上星云，断裂开来。尾巴自身引力又开始起作用，同样出现了周围物质向质量中心坠落的过成。但是在收缩过程中，它却形成了一大一小的两个质量中心。大的那个最终形成了今天我们所看到的海王星。而小的那个在收缩过程中，星云也猛烈的收缩着，对其引力渐渐减小，它渐渐失去原轨道，形成了我们今天所看到的冥王星。在星云的两条尾巴中这是质量较小的那一条。当星云收缩至38.4天文单位，赤道自转达6.81千米/秒时，它的另一条尾巴也跟不上断裂下来。并渐渐收缩演化为今天我们所看见的天王星。第二章地球的起源与演化太阳系的起源

地球科学概论当星云球收缩至19.12天文单位，赤道自转达9.64千米/秒时，巨大的离心力试图撕裂星云。但是，星云已成圆球状，引力决不应许星云分裂。两力相较后，星云球只好在离心力最大的地方抛出了自身最轻的一些物质----氢云。这些氢云象一条尾巴一样被洒在了轨道上。最后收缩成了土星。星云球在抛出一些氢云后，引力足以抵抗离心力。它继续收缩，在直径达到10.4天文单位，赤道自转达13.6千米/秒时，星云球再次抛出氢云。它这次抛出了三倍于前次的质量，由此可以看出，随着引力和离心力的增大，它必需抛出比前次更多的质量。这些氢云最后收缩成了木星。

星云球在收缩至5.8天文单位时，它再次抛出一部分质量以平横引力与离心力。成了今天所见的小行星。飞离的碎片大部分坠落到其它行星和太阳上。极少的一部分形成了慧星。还有一部分被其它大行星俘获，成了卫星。火星就是俘获了两块碎片才有了卫星。第二章地球的起源与演化太阳系的起源

地球科学概论当星云球收缩至3.04天文单位，赤道自转达24.13千米/秒时，离心力迫使它再次抛出物质。被抛出的氢云在摆脱星云球的引力影响后收缩，并引发了核聚变。它的绝大部分质量在反应压下迅速损失。剩余的物质渐渐冷却，形成了今天的火星。当星云球收缩至2个天文单位，赤道自转达29.79千米/秒时。它再次抛出物质以平横引力。这条尾巴，在开头一段处有一离散痕，在这里氢云很稀薄。这一点导至了氢云在收缩时发生了断裂。小的一块收缩成了现在的月球，大的一块成了地球。

星云球收缩至1.44天文单位，赤道自转达35.03千米/秒时。巨大的离心力突然暴发，它迅速的抛出氢云，分别形成金星和水星。就变成了我们眼中的太阳系这个样子。

第二章地球的起源与演化早期的地球

地球科学概论

地球的历史将近46亿年，而地球上已知最老岩石的年龄约为42亿8千万年，这些岩石是于魁北克古老的床岩带发现。最古老的是名为伪闪岩（fauxamphibolite）的岩石，研究人员认为其是远古火山沉积物。早期地壳的残余已极为罕见。自从地球形成以来，通过板块构造，大部分地壳残余都已破碎，并数次循环进入地球的内部。这样就有3亿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。根据对恒星早期演化阶段的观察，并运用比较的方法，我们可以推断太阳系的形成过程。而地球的地壳、地幔、大气与大洋的形成与发展，则可根据对月球、陨石、小行星、其他行星及太阳的研究进行推断。

第二章地球的起源与演化

地球科学概论第二章地球的起源与演化最古老的岩石地球的起源

地球科学概论第二章地球的起源与演化

地球起源问题自18世纪中叶以来已形成了多种学说。科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、火星在内的石质行星是一块尘埃云快速引力坍缩而形成的。这种坍缩产生了致密的球体，但在20世纪60年代，阿波罗太空计划的有关研究成果改变了这种观点。对月坑的研究揭示出这些坑是由于在距今约45亿年时大量天体的撞击而形成的。此后，撞击的次数看来很快减少。这一研究结果使斯米特（OttoShmidt）提出的吸积理论恢复了活力。

由于地球形成以来经历过复杂的改造和变动，原始地球刚形成时的物质记录已经破坏殆尽。我们是怎样推测它已经有46亿年寿命的？这需要从地球自身的最老物质记录、太阳系内原始物质年龄和相邻月球演化史几方面来探讨。

(详见教材P43)塌缩与吸积理论

地球科学概论斯米特(1944)：宇宙尘团聚在一起成为颗粒，颗粒变成砾石。砾石变成小球，然后变成大球，再变成微行星（即星子），最后，尘埃终于变成了月球那样的大小。随着星体越来越大，它们的数目就减少。结果，星体（即陨石）之间碰撞的机会就减少，能够用于吸积的东西越来越少，这意味着为了集结成大行星这一作用要进行很长的时问。由华盛顿卡内基研究所的韦瑟里尔（George.W.Wetherill）进行的计算表明，一个直径10千米大小的天体变成地球这样的天体需要经过大约一亿年的时间。

科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、火星在内的石质行星是一块尘埃云快速引力坍缩而形成的。这种坍缩产生了致密的球体。地核、地幔、地壳

的分离

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原始地球一旦形成，有利于继续吸积太阳星云物质使体积和质量不断增大，同时因重力分异和放射性元素蜕变而增加温度。当原始地球内部物质增温达到熔融状态时，重者下沉，轻者上浮。比重大而熔点低的铁、镍等元素最先分离出来并向地心集中，形成地核。在重力分异过程中，还伴随着物质的位能向热能转化。因而，地内上层的岩石也相继发生熔融，较轻的铁镁硅酸盐物质向上集中，形成原始地幔。表层同时在失热、变硬，遂形成坚硬外壳，这就是原始地壳。大气圈及水圈的形成与演化

地球科学概论陨石冲击时释放的物质；来自太阳星云中的气体部分；由火山活动所释放的物质形成的。地球的年龄

地球科学概论根据多方面资料相互印证，地球具有46×108年年龄的结论已经得到公认。P43-45为追溯地球的历史，需要知道地质体的年龄，推算各种地质事件发生的时代。——地质时钟第二章地球的起源与演化地质年代表（P57）

第二章地球的起源与演化地质时间的早期估算

地球科学概论1658年，爱尔兰大主教厄谢尔（J.Ussher）认为地球诞生于公元前4004年，这个时间是以圣经里的纪年做为基础计算出来的。（一）沉积速率：公元前五世纪，希罗多德（Herodotus）对尼罗河三角洲17至1584百万年。（二）海洋里的盐：100百万年（三）冷却速率：十九世纪，英国物理学家开尔文（L.Kelvin）根据地球的冷却速率确定地球的年龄为70百万年。第二章地球的起源与演化相对年代

地球科学概论相对年代的测定是通过沉积岩层的层序、原始构造、不整合、穿插构造和陨石坑来确定的。同位素年龄测定

地球科学概论1896年，贝克勒尔（A.H.Becquerel）观察了含铀矿物（如沥青铀矿）能使封闭的照相底片感光，这是X射线产生的作用。随后证明了铀能自然衰变，它以粒子和电磁辐射的形式放出能量（即放射性）。后来放射性衰变成为地质学家确定地球及岩石形成时代的重要手段。同位素年代学P43-44第二章地球的起源与演化生命起源

地球科学概论生命的历史未必是循序的，它肯定是难以预料的。地球上生命的进化是通过一系列意外的偶发事件来实现的。科学家们正为探索地球上何时何处以及怎样（这是最重要的）出现第一次生命作出不懈的努力。宇宙中的生命分子

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1969年斯奈德(L.E.Snyder)观测