第一专题-地球概述.ppt

1、地质与环境学院 环境工程教研室刘慎坦办公室：雁塔校区煤科大楼1310联系电话mail：,地球科学概论,课程学时 8周*2学时/周=16学时成绩结构 平时成绩，占40%（考勤10%+大作业30%） 闭卷考试，占60%（卷面100分）课堂要求 做好课前预习 做好课堂笔记 及时完成作业,主要内容：一、绪论二、宇宙中的地球,第一专题 地球概述,一 绪论,1.1 什么是地球科学？ 1.2 地球科学发展简史 1.3 地球科学研究的对象和内容 1.4 地球科学的研究方法 1.5 地球科学的研究意义,1.1 地球科学定义,地球科学（Earth science） 研究地球结构、组成、演

2、化和运动规律的一门基础自然科学。 通称地学，是地质学、地理学、海洋学、大气科学及其相关学科的总称。 它和人类的生活息息相关，人们手上所戴的黄金饰品和钻石，都是来自地球的矿产资源；盖房子所用的砂、石、水泥，其原料也来自地球；所吃的鱼虾，大都取自海洋；气温的变化影响生活甚巨；天体的运行，也时时刻刻影响着我们。,地球科学学科分类体系,1.2 地球科学的发展历史,1）萌芽时期（公元1450年） 诗经记载“高岸为谷，深谷为陵”是对地壳变动的认识。 古希腊亚里士多德：“海陆变迁是按一定的规律在一定的时期发生的”。 唐代书法家颜真卿麻姑仙坛记“东海三为桑田”，是对海陆变迁过程的认识。,亚里士多德 （前384

3、-前322年） 颜真卿（709-784年）,1.2 地球科学的发展历史,1）萌芽时期（公元1450年） 宋朝沈括在梦溪笔谈中对海陆变迁、古气候变化、化石性质等做了较为正确的解释（P18）。 宋朝朱熹较为科学的解释了化石的成因。“常见高山有螺蚌壳，或生石中，此石即旧日之土，螺、蚌即水中之物.下者变而为高，柔者变而为刚”,沈括 （1031-1095年） 朱熹（1130-1200年）,1.2 地球科学的发展历史,2）奠基时期（14501750年） 德国的阿格里科拉对矿物、矿脉生成过程和水在成矿过程中的作用的研究，开创了矿物学、矿床学的先河，被誉为“地质学与矿物学之父”。 明朝李时珍本草纲目中记载了2

4、00多种矿物、岩石和化石。,Georgius Agricola （1494-1555年） 李时珍（1518-1593年）,1.2 地球科学的发展历史,2）奠基时期（14501750年） 明朝的徐霞客经30年考察撰成的60万字徐霞客游记，开辟了地理学上系统观察自然、描述自然的新方向，既是系统考察祖国地貌地质的地理名著，又是描绘华夏风景资源的旅游巨篇。他在山脉、水道、地质和地貌等方面的调查和研究都取得了超越前人的成就。,徐霞客（1587-1641年）,1.2 地球科学的发展历史,2）奠基时期（14501750年） 英国的胡克认为由于地貌变化引起了生物的变化，化石则是古动物的残骸，是地球演变史中的“

5、纪念碑”，人们可以根据这些化石，认识地球的历史。 丹麦的斯坦诺提出“地层层序律”（P19）。,Robert Hooke（1635-1703年） NicolasSteno（1638-1686年）,1.2 地球科学的发展历史,3）形成时期（14501840年） 18世纪末期地层、岩石成因“水成论”和“火成论”的争论。 水成派：地质变化的原因是水的作用，所有岩石都是水成岩。火成派：地质变化的原因是火山作用，所有岩石都是火成岩。 19世纪上半叶，“灾变论”和“均变论”的争论对地质学思想方法产生了了历史性的影响。 灾变论：地球所有的形成都是有很多灾害（洪水）变化而成。均变论：球所有物质都是缓慢形成的，需

6、要一个过程。,1.2 地球科学的发展历史,3）形成时期（14501840年） 英国的杰姆斯赫顿提出了“均变说”。他认为现代地质过程在整个地质时期内，以同样方式发生过，并且基本上有相同的强度。他被誉为“现代地质学之父”。（P19） 英国的莱伊尔提出地质学渐进论和“将今论古(Present is the key to the past)”。（P19）,James Hutton（1726-1797年） Charles Lyell（1797-1875年）,1.2 地球科学的发展历史,3）形成时期（14501840年） 英国的史密斯提出了“化石层序律”。（P21） 同岩层总是以同一叠覆顺序排列着，并且每

7、个连续出露的岩层都含有其本身特有的化石，利用这些化石可以把不同时期的岩层区分开。 法国的居维叶提出了“器官相关律”。（P21）,William smith（1769-1832年） Georges Cuvier（1769-1832年）,1.2 地球科学的发展历史,4）发展时期（18401910年） 多国进行区域调查，使得全面的历史地质学及全球地质史的综合研究成为可能，也为全球构造理论的产生创造了条件。 瑞士阿加西对冰川学研究； 英国艾力、普拉特的地壳均衡理论； 美国的霍尔和丹纳提出山脉形成的地槽学说； 法国贝特朗提出造山旋回概念； 法国奥格对地槽系和大陆区的划分； 德国施蒂勒提出研究地质历史的地

8、质构造划分法； 奥地利修斯和俄国卡尔宾斯则对地台做了系统研究； ,1.2 地球科学的发展历史,4）发展时期（18401910年） 英国的休斯写成的The Face of the Earth（中文书名地球的面貌），是19世纪地质学研究的总结，休斯是第一个综合系统、全面构建全球大尺度画卷的人，预示了20世纪地质学研究新时期的到来。,Eduard Suess（1831-1914年）,1.2 地球科学的发展历史,5）现代地质学（1910年以来） 基础学科稳步发展，分支学科相互渗透 挪威的戈德斯密特，苏联的菲尔斯曼、维尔纳茨基创立了地球化学； 英国的霍姆斯应用放射性原理进行了地质年代学的研究； 地震波研

9、究、高温高压岩石研究等，使地质学研究从定性到定量过渡，向微观和宏观两个方向发展； 石油地质学、水文地质学、工程地质学形成独立分支学科；,1.2 地球科学的发展历史,5）现代地质学（1910年以来） 德国魏格纳提出“大陆漂移说”，在魏格纳去世30年后，板块构造学说席卷全球，人们终于承认了大陆漂移学说的正确性。,Alfred Lothar Wegener（1880-1930）,1.2 地球科学的发展历史,5）现代地质学（1910年以来） 美国赫斯、迪茨提出海底扩张理论； 加拿大威尔逊提出转换断层，并创用板块一词； 60年代中期美国摩根、法国勒皮雄等提出板块构造说，形成全球构造运动的基本理论，标志着

10、新地球观形成。,1.3地球科学研究对象和内容,地球科学以整体的地球作为研究对象，包括地心至外层空间十分广阔的范围，是由固体地圈（包括岩石圈、地幔和地核）、大气圈、水圈和生物圈（包括人类本身）组成的一个开放的复杂系统，称为地球系统。 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。,1.3地球科学研究对象和内容,地球概况,1.3地球科学研究对象和内容,地球概况:外部圈层和内部圈层,1.3地球科学研究对象和内容,各个圈层之间相互作用,1.3地球科学研究对象和内容,时间上：地质年代表,1.4 地球科学研究方法,研究方法：

11、（1）野外调查 （7）综合分析 （2）仪器观测 （8）电子计算机技术应用 （3）大地测量 （4）航空、航天和遥感技术 （5）实验室分析、测试与科学实验 （6）历史比较法 将古论今,1.5 地球科学的研究意义,认识地球系统的基本特征和自身发展规律，合理地开发利用自然资源，保护和改善生存环境，有效防治自然灾害，协调人与自然的关系，为人类社会的可持续发展服务。,我国资源资源现状,大气污染 自强不“吸”，厚德载“雾”,水体污染,土壤污染,当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土壤植物人体”，或通

12、过“土壤水人体” 间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度。,海洋灾害-海啸,海啸：是一种具有强大破坏力的海浪。当地震发生于海底，因震波的动力而引起海水剧烈的起伏，形成强大的波浪，向前推进，将沿海地带淹没的灾害。 4类：地震海啸、火山海啸、海底滑坡引起的滑坡海啸和大气压引起的海啸。,地震灾害,地球内部发生的急剧破裂产生的震波，在一定范围内引起地面振动的现象。,成因分类：构造地震、火山地震、 塌陷地震、诱发地震,农作物生物灾害,森林火灾,火山灾害,人类社会可持续发展和地球科学的关系,在认识地球内部能量转化和释放规律方面，各圈层之间相互作用关系方面，还有一个艰巨的从必然王国到自由王国的过程。,“天定

13、胜人”“人定胜天” “人天共存”,二 宇宙中的地球,宇宙,银河系、太阳系,地球形状、大小,地球的表面特征,2.1 宇宙 宇宙是指我们周围的物质世界。古人云：四方上下曰宇，往古今来曰宙，合称为宇宙。,地球及其在宇宙中的位置,宇宙的起源“大爆炸理论”,“大爆炸理论”(bigbang cosmology)是盖莫夫1946年创建的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里 ，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷，从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。,

14、在大爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。,大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的,宇宙中的天体在万有引力的作用下相互绕转，形成不同层次的天体系统。 宇宙大约由十亿个星系所构成，而星系是由不同数量的恒星所组成。小星系由几万个恒星组成，大星系由上千亿个恒星组成。 太阳（恒星）所在的星系叫银河系，银河系以外的星系叫河外星系。,宇宙中的天体,2.2.1 银河系 银河系是一个巨型旋涡状星云，中间厚，边缘薄，形似铁饼。由较明亮

15、的星体、较暗淡的星云、星团等物质组成。总质量是太阳系的1400亿吨。直径10万光年，银河系中有1500亿颗恒星，银河系也不是恒定的，它也在不断运动。 近年来，天文工作者已在银河系之外拍摄到许多个旋涡状星系，其中有许多星系的质量和体积比银河系还大。随着科学的进展，现已证明宇宙在时间和空间上是无限的。,2.2 银河系和太阳系,银河系的结构,2.2.2 太阳系 太阳系是银河系中一个普通成员。太阳是太阳系的中心天体。围绕太阳旋转的是一个行星体系（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星），此外还有许多小行星，彗星、陨星等小天体。,太阳系的组成,太阳系是由太阳、围绕太阳运转的八大行星及八大行星

16、的卫星以及为数众多的彗星、流星群等天体组成。 1、太阳：是一颗自己能发光发热的恒星，其体积比地球大130万倍。太阳本身是一团炽热的气体，时刻进行着热核反应，表面温度约6000度。太阳散发着巨大的能量，其中只有很小一部分（约20亿分之一）照射到地球上，它是万物生长的能源。 2、月球：是地球惟一的卫星。 3、彗星：太阳系中的特种星体。彗星由彗核、彗发和彗尾三部分组成。彗核-气体冻结的冰块组成，彗发-靠近太阳时，彗核蒸发而成，彗尾-与彗发同时形成。 4、陨星：既流星,太阳是一个炽热的气体球，也是离地球最近的恒星，平均距离为1个天文单位 （1.5108 km）。太阳直径1.39106 km，约为地球直

17、径109倍，体积约为地球130万倍。 太阳大气中有73种元素，以氢、氦最多，氢占太阳总质量71，氦占26.5。,太阳,太阳大气圈从内向外分为三层：光球层、色球层、日冕。光球层常称为太阳表面，其平均温度约为5500，中心温度可高达1.55 107 。 色球和日冕只有在全日蚀时用特殊仪器才能观测到。 黑子是光球层温度较低的巨大旋涡状气流。 耀斑是色球层中温度较高的亮点。,太阳系八大行星，按它们与太阳的距离由近到远分别为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。 八大行星空间分布与运行规律：绕日运行方向与太阳自转方向一致；绕轴自转方向除金星外均相同，即自西向东转。,行星,太阳系行星的分类

18、：按物理、化学性质分为两大类： a.类地行星：包括水星、金星、地球、火星。 它们距太阳近，体积和质量小，平均密度大，自转速度慢，公转周期短，卫星少或无，具固体外壳，中心有铁核，金属元素含量高。 b.类木行星：包括木星、土星、天王星、海王星，它们距太阳远，体积和质量大，密度小，自转速度快，公转周期长，卫星较多，物质成分以轻元素为主。,关于地球 地球自西向东自转，并以6634交角（地轴与公转轨道平面的交角）侧着身子以30Km/s的平均速度绕太阳公转，公转轨道全长约9.4108 Km，公转一周需365日5时48分46秒。地球自转一周的时间需23时56分4秒。 地球自转速度在逐渐变慢，但幅度极小，据过

19、去二千年的观测，大约每100年，一昼夜要长0.01秒。,火星极地冰帽为co2干冰,自转极慢,一圈要243天,木星,木星(左)和它的卫星们：从上到下依次为木卫一、二、 三、四。图中木星的大红斑是云层的大风暴,土星环带为冰块,杂有氧化铁,故呈桔黄色, 土星 艳丽多彩、结构复杂的土星环,“哈勃”望远镜拍到的天王星与它的环和卫星,天王星,天王星的光环:由20条细环组成，宽度约10万公里,海王星,“哈勃”望远镜拍摄的冥王星及其卫星,关于冥王星 冥王星的性质既有类地的一面，也有类木的一面。体积小，质量小，离太阳最远，公转周期长，是一颗特殊的天体。,2006年8月国际天文联合协会布拉格大会为太阳系的行星进行

20、了定义，符合以下几条才属于行星： a.围绕太阳运转； b.具有足够的质量，能形成符合流体力学平衡的形态球体； c. 具有足够的引力而能清除轨道上所有的物质。 由于第三条的原因，冥王星被拒之于行星之外，而被称为矮行星。,但也有反对的意见，56位天文学家在“自然”杂志上联名发表文章，反对将冥王星降格为矮行星，他们认为：新定义不科学不完整、且布拉格会议没有代表性（全球75个国家有2500多名天文学者，但只有300人开会）。因此，冥王星的命运还有待于进一步研究确定。,卫星 卫星是绕行星运行而自身不发光的天体。 太阳系八大行星中除水星、金星外，均有卫星绕转：地球（1）、火星（2）、木星（16）、土星（2

21、3）、天王星（15）、海王星（8）、冥王星（3）。,月球是地球唯一的一颗自然卫星。 月球距地球平均距离38440Km，月球绕地球公转的同时还自转，因其自转与公转周期相同，所以月球朝向地球的一面始终不变。 月球表面无任何形态的水，完全没有大气，接近真空，但月球有火山喷发、造山运动、月震等现象。环形山是火山喷发或外星体撞击而成，由于没有大气和水，没有风化作用，因而得以长期保存。,1969.7.21.人类首次登上月球,“阿波罗” 17号成功地完成登陆月球任务之后，在返回地球途中拍摄的月球全景。,“阿波罗”15号的月球车,1 9 6 9年“阿波罗”11号拍摄的月球布满陨石的地区。其中，大陨坑的直径为8

22、0千米。,小行星 木星和火星之间据行星轨道波德法则推算应有一个行星，但至今未发现，只发现大批小行星（5000多颗，已编号命名者3000颗），估计是由一颗大行星遭撞击后形成的。 小行星一般为石质或炭质，体积很小，直径多为几千米到几十千米，体大者一般为球形，但多数形状不规则，表面有陨坑，没有大气，最大者叫谷神星，直径为770Km。,（5）慧星 慧星的结构： 慧核由氢、碳、水等冰冻物质组成，是由慧星的主要部分，直径一般为1100km。 慧发在近日点慧核的冰冻物质受热气化，可达几万千米，由极稀薄气体组成。 慧尾慧发在太阳光压和太阳风作用下，在背向太阳一侧形成的由极稀薄气体组成的长尾；可达1 108 km。,慧星轨道： 以闭合椭圆形的轨道绕太阳运行的慧星具有周期性，可以预测他们出现的时间。例如哈雷慧星，绕日公转周期为76年，最近一次经过近日点是在1986年2月。 以抛物线或双曲线轨道运行的慧星很难进行预测，有的甚至不再重现。,流星体 在太阳系中绕太阳运行