地质学基础讲义讲稿之地球的起源

《地质学基础》

绪论课程性质、目的及任务---特色教育与成才之道本课程是力学、土木和建筑专业的一门力建学院特色教育的专业基础必修课。本课程目的是掌握地质学的

研究现状、基本概念、基本方法、基本知识课程基本要求了解地球的演化、地球的结构、地壳物质的建造（三大岩类）、地壳物质的改造（构造）中国大地构造体系区域和工程稳定性地球的起源地球的内部圈层矿物与岩石地质构造岩石圈板块工程实例Contents：地质学基础绪论教材和主要参考书教材：刘贤赵主编，地球科学基础科学出版社2005。

参考书：1.胡绍祥李守春主编矿山地质学中国矿业大学出版社2002。2.夏邦栋刘寿和编地质学概论，高等教育出版社1992。评价方式考查（平时占30%；课程结束卷面考试分占70%）第1章地球的起源第一节混沌初开--宇宙始于大爆炸？

第二节太阳系的起源

第三节地球的诞生

第四节现代地球环境的逐渐形成

第一节

混沌初开--宇宙始于大爆炸？“混沌初开，乾坤始奠。轻清者上浮为天，重浊者下凝为地”。

－中国古代的贤哲

作为自然科学研究的具体对象，宇宙是一个有限的客观存在。这样一个宇宙，应该有它的开端。

宇宙是怎样开端的呢？

20世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher,1875-1969)

在观测银河系外的仙女座大星云时，取得15个星系的光谱资料，经过研究，发现其中13个正在以每秒数十万米的高速退行，即离开我们愈来愈远。

1929年，哈勃(E.P.Hubble,1889-1953)根据观测到的河外星系正在退行的资料，提出：一个星系退行的速度和它与我们(地球)的距离成正比，即离得愈远退行愈快。这个发现告诉我们，我们周围的星系正在四散离开，也可以说我们已知的宇宙正在膨胀。

爱因斯坦(AlbertEinstien,1879-1955)在1916年提出的广义相对论演绎出宇宙在膨胀的理论。

·哈勃的发现被认为是对这些理论的验证。以后的天文观测继续有新的发现，证明宇宙在膨胀，曾测到有的河外星系之间，正以每小时2,500,000km的速度在拉开距离。

比利时天文学家勒梅特(G.E.Lematre,1894-1966)1927年就提出：

·宇宙为什么会膨胀呢？

·膨胀的宇宙会不会是爆炸的产物呢？

《BIGBANG》－大爆炸

·宇宙的全部物质，当初都集中在一个“原始原子”(或称宇宙蛋)里，异常紧密

·温度约1032°K

·显然这只能维持极其暂短的平衡，一旦平衡破坏，就发生大爆炸，原始原子迅速膨胀，逐渐扩展成为我们的宇宙现在认识：

·大爆炸后1秒钟，温度降到1010°K，粒子间的强相互作用、弱相互作用、电磁力和引力开始分开。

·在高温下处于基本粒子状态的物质，随着温度的降低，聚合成各类原子

)

区尔伯特·爱因斯坦

(1879-1955）艾萨克·牛顿

(1642-1727)

埃德温·哈勃

(1889-1953)乔治·盖莫

(1904-1968)约在大爆炸后50-100万年

·首先由电子和质子合成氢原子

·接着是氦原子也大量生成了

·随后其他所有元素的原子从轻到重依次聚合而成

爆炸后100万年到20亿年

·逐步形成各类天体星系

·恒星起源与演化

·恒星最初有弥漫稀薄的气体和尘埃（星云）经过凝聚、加热过程而形成。

四个阶段：

·1、幼年期—原恒星（Protostar)

·2、青壮年期—主星序（mainsequencestar)

·3、晚年期—红巨星／超巨星

·4、衰亡星—致密星（白矮星／中子星／黑洞）怎麽能证明150亿年前发生过这样的大爆炸呢？

·爆炸形成的宇宙一直在降温，恒星是在降到40000K以下时才开始形成

·现在测得最老的星系的年龄都只有100多亿年，符合这个理论的推断。

·特别是盖莫夫(G.Gamow，1904-1968)预言：在大爆炸的特殊宇宙背景下产生出来的微波辐射，至今还存在于宇宙空间中，其温度应已降低到只有绝对温度几度彭兹亚斯(A.A.Penzias,1933-)和威尔逊(R.W.Wilson,1936-)发现：

·1964年，威尔逊山上一台高灵敏度的射电天文望远镜，在各个方向都测得一种3K的微波背景辐射。大爆炸理论得到了有力的支持。

·为此他们得到了1978年的诺贝尔物理学奖金。其它证据：

·现在测得的不同天体上氦的丰度，即它在天体中的含量，一般都达到30%左右，仅仅太阳上那种氢合成氦的作用，是不能造出这么多氦的，而大爆炸能做到

·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

·另外新近得到的两个黑洞撞击爆炸的信息，都可以作为佐证.第二节舌太阳飘系的起源大爆炸休发生约100亿年之后铲太阳系柳出现哲学家播康德(Imm枝anue售lKa肚nt,栋1724罗-180习4)－星脏云说·在献给普喇鲁士国王屠的《自然通史刮和天体理紫论》中假定：愈最初“整斜个宇宙的王物质都处坟于分散的狮状态，并价由此造成讯一种完全犹的混沌”今，“构强成我们太川阳系的星学球的物质烘，在太初小时都分解情为基本微厅粒，充满妹整个的宇扰宙空间，拍现在已形岩成的星体适就在这空楼间中运转泰”。他认构为是万有读引力的作亩用，使这哑些原始的迟弥漫物质嘱逐渐分别陕凝聚，形徒成了太阳准系内的各制天体。拉普拉斯(P.党S.L备apl娃ace池,1兆749睬-18益27)·在一本科束普读物《宇宙体系乱论述》的附录难中，对叫太阳系乘的形成翼，作出毛了自己势的解释粮并广为殊流传·拉普拉斯乐虽没看到基过康德的离书，但他期自己独立舌提出的见追解却与康木德大同小摄异，而且烫充实了星兄云说·旋转星云它析出圆环醉，圆环一拔次又一次豆地被分出芳来，并分形别凝聚结醉成行星，脂行星周围圈的卫星也巷有着类似愿的形成过新程·星云中磨心部分野则收缩眠成为太检阳（不穗知热核营反应）星云说不蚀能解决太竖阳系中许帆多问题太阳和行研星的单位膀质量的角书动量，应指该是一样础的，但实浊际上相差暮近100倍.星云－灶太阳系冤－堆积虑的地球20世纪初革期－中匀期·灾变说·潮汐说·俘获说饲（苏联守斯密欠特〕：其原始馒太阳随银衔河系公转茧，在经过蝇有大量星汗际物质弥围漫的空间德时，将它龟们吸引在剃周围，成终为行星的于物质来源骂的，用外斤来物质形彻成的行星乖，角动量蹄可以和太委阳不同194叼2年瑞典旅物理学隆家阿尔企文(H.承O.G钞.Al纹fve变n,1返908核-)太阳可以艰通过磁场忧的作用，程把自己的湾一部分角阁动量转移鸣给形成行危星和卫星歉的云团苗电磁场的朋作用能说点明在太阳岂系形成的必过程中，售从中心抛狼出物质的萌质量虽不添多，但带波走的角动局量可以很收多第三节症地球泼的诞生天，积棉气也；拥无处无毒气。地仓，积块竖（土）僚也；充请塞四虚特，无处永无块”－列子·天瑞天是气浴的集合喝，地是夹土的集暑合－古负代贤哲失的卓识20世纪30年代末乡丰天文观刻测证实·在银河勾系中，利有许多轿气体和版尘埃存浑在·这些气体低主要是氢驱和氦。气家体在这些挎星际物质下中，按质江量计要占愿到98%左右·尘埃里主连要是水、淋甲烷和氨顾等液体、乔气体冻结刮而成的固齿体微粒；成还有少量蹈二氧化硅挥及其与金厨属离子结谊合形成的嚼化合物等喝固体材料知。固体物揭质不及2%，颗粒刑细微，及半径只鼠有0.00镜01(万分之悦一)厘米左映右，微报粒弥漫壳在整个贪太空中地球的成颜分·氢和氦的邪含量都很饥少·而是铁岁占了第唤一位，牵其次是肿氧和硅绘，还有蛛很多镁喇、镍和歌铝等金意属·地球的疏化学组翁成为何舰如此不滨同？啊形镇成地球获的这团斯冷星云尝，在万认有引力蒜的作用井下，物萍质的微坟粒互相级吸引，拖形成小茎的团块之，也叫美做星子·星子再旅互相吸维引，大效的吃掉摩小的，厘不断碰邻撞、不锹断吸积倒，直至漠成为地牵球和其吵他行星屿的前身旗。这个枯原始的筒地球是即一个比畜今日的老地球大廊得多的浇尘埃的忠集合体略，大致炒沿着今价天的地碌球轨道宏自转地球的熟形成·在太阳系西内，由于贼接受的太腿阳辐射多郑，温度高沸，轻的气宇体被辐射碰到远处，挖散失到太肌阳系的外崇部远处构数成类木行泽星。·近太阳的脾地区，以活尘埃中的凤固体物质聪为主，化被学组成当途然和原来聚的星云有虹显著的不介同（铁、屈硅、镁、庄氧为主）擦近处构成类地行星鞋。原始地球内秧的“星子戒”·受到引用力的作再用向中遥心聚集驰，体积福逐渐缩享小，物板质的密已度越来讲越大·收缩不喝是无限睬的，因恨为物质锣还要受哪到自转鼻所产生望的惯性搁离心力感的作用沿，而离张心力是遥要随着帝体积缩捎小，导牺致自转楼速度加寺快而增暖大，当降离心力燥增大到词能抵消帮引力时宇，就达诱到平衡冷－覆热衫－冷·尘埃向中沫心聚集的例过程中，闻由于引力腿的作用，榴体积收缩拍，压力加腔大，会释泪放出大量千的热量。王放射性元决素的蜕变恐和陨石的雕撞击，也恢都要放出疏热能·尽管原始薯的星云物朋质是冷的脆，后来地带球曾经历薪过一个高梅温时期，售至少是局械部物质处狭於热的熔窄融状态，正以后收缩镇停止，才禁又逐渐冷茫却凝结地球圈尖层的形宫成·重力的作砍用与高温友的影响，花地球里面侵的物质发浸生部分熔寻融，使重你者下沉，仗轻者上浮腐，出现了柜大规模的决物质分异施和迁移，症形成了从皆里向外，猴物质密度嫩从大到小习的圈层结春构·铁和镍挽比较重培，含量绩也多，钢分离出肠来成为宵液态的畜金属向扎中心聚晋集－斑地核·较轻的硅番酸盐物质叫形成地幔杆和地幔之者上的地壳·气体和狮水等轻惑物质被妻吸引在莲固体球锋的外围2010年实现算中国人登霉月首席科呆学家欧言阳自远贸（200假2）伯提出分防步骤登递月措施科学家榆介绍“促中国登榨月计划盘”费用池时说登月相当录于修两公熔里地铁·中国已昨启动登砍月计划仇，估计10年内完手成·成本少中于10亿元，美贱国60年代登月姻曾耗资千祝亿美元·人类将在2020至203症0年建月语球基地第四节母现代地筹球环境凯的逐渐肌形成46亿着年前，业整个地脚球的温栏度都很量高，表航面也接素近于熔照融的状犬态·各类脆岩石的块倍体（以星俭子为基础莲）各不相讯属地分布猜在地球的俯表面质·锋后来构准成大陆的崖地壳冥古宙兴（46－38亿年前）·大约在40亿年前荣后，越渠来越多铃的较轻姜的硅酸爸盐成分塌迁移到狭上部冷请凝·地球终于溉有了一个掉虽然还比孤较薄、但逼已是连续创完整的地合壳原始地球普表层·一些处缺于熔融哲状态的扁物质向寄上挤入干地壳中们凝结，还或涌出矿地面，沟表现为临广泛分烘布的火厨山活动·另一方划面物质秀又在向索下流动肝，把上挤面已固面结的地尾壳撕裂请，并将察其部分才碎块拽勇向深处胃，使它煎再次熔冲入地幔勺物质之系中·与此同层时，薄若弱的地圾壳还在范陨石的墙撞击下骄，形成诸大量陨广击坑最初的饶大气成叹分主要但是水蒸纺汽，还常有一些饲二氧化皱碳、甲适烷、氨蛛、硫化世氢和氯摧化氢等·直到距河今38亿年前，拔地球上的慌大气仍是振缺氧和呈疫酸性的·随着时间女的流逝，平地球上的锤温度逐渐押降低（低秒于100课°C），大吸气中的擦水蒸汽啄陆续凝键结出来脏，形成廉了广阔草的海洋蚂，海水腹中也缺俘少氧，撑而且也立含有许篇多酸性席物质太古铃宙（38－25亿年前）·38亿年前，示海洋中