地球科学概论第二章行星地球简史
02行星地球简史2
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• 1942年瑞典物理学家阿尔文与英国天文学家 霍伊尔、法国天文学家沙兹曼认为： –太阳热核反应发出电磁幅射，星际空间存 有很强的磁场。周围气体云盘成为等离子 体在磁场内转动，太阳与圆盘（环）内缘 间产生磁致力距，将太阳角动量转移至圆 盘上； –太阳因角量减少，自转速度变慢，不断收 缩；圆盘角动量增加，加上太阳风作用， 轻者聚集为类木行星，重者在太阳附近聚 集成类地行星
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菌类
蓝绿藻
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• 显生宙（6亿年来）
–大气圈的成分渐接近目前状况; –大气和海洋中，酸性的水与岩石相互 作用时，将硅酸盐物质中的Na、K、Ca、 Mg、Al、铁等金属元素夺取出来，形 成盐类（氯化物为主），海水的成分 慢慢变成与今天相近； –环境改善，海洋生命加速发展、迅速 繁荣起来（化石证据较多）
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• 冥古宙（46－38亿年前）
–地球冷却、地幔物质分异，轻者上移 冷却，40亿年前后形成薄而连续完整 的地壳； –地壳下面：熔融体上挤入地壳中凝结， 或涌出地面形成火山活动；熔融体携 带部分撕裂地壳碎块下移熔入地幔物 质中； –地壳表面在陨石的撞击下，形成大量 陨击坑或引发火山活动
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地球科学概论(部分答案)
地球科学概论课件绪论一、名词解释地球系统：地球由固体地圈（地核、地幔、岩石圈）、流体地圈（大气圈、水圈）和土壤圈、生物圈（含人类圈）组成一个开放的复杂的巨系统，称为地球系统。
地球表层：指的是和人最直接有关系的那部分地球环境（即岩石圈、水圈、大气圈、生物圈相互交替、渗透的部分）。
二、论述题1）地球科学研究的重要意义？⑴地球是人类在宇宙中赖以生存和发展的唯一家园⑵人口、资源、环境是人类21世纪面临的三大基本问题（资源严重短缺固体矿产，能源，水资源，环境污染严重大气污染水污染）生物多样性是人类生存的基础⑶人们从改造地球表层正反两方面的收益与教训中逐渐认识到，人类社会的发展最终要受到地球表层的遏制。
人类无限制的发展，只能带来灾难，人类只有与地球表层环境相协调，才能持续发展。
人类要向生物学习，顺应地球表层自然演变规律，与地球表层协同进化。
⑷21世纪的建设者和领导者为了实现可持续发展，需要以地球系统科学的新地球观从整体上来认识地球并关注当前资源、环境热点问题。
因此，我们必须将地球系统作为一个整体进行研究，为政府实现人类人口、资源、环境与经济社会的协调发展的宏观决策中（发展规划与法规建设）提供科学理论基础。
2）地球科学的特点？全球性20世纪60年代板块构造学说的出现，首先在固体地球研究中建立了全球观概念。
全球监测与国际合作调查研究的时间尺度的极大差异性调查研究的空间尺度的极大差异性现实主义类比研究方法第1章宇宙中的行星地球一、名词解释太阳系：太阳系位于银河系中心约27000光年，距银河系边缘23000光年。
约2亿年环绕银心一周太阳系以海王星的轨道为界。
包括：1颗恒星，8颗行星，66颗卫星，一些小行星，彗星，星际物质等。
彗星：彗星也是围绕太阳旋转的天体。
不过它们质量很小，是一种云雾状小天体，围绕太阳旋转的轨道是十分扁长的椭圆。
距离太阳近的时候，从彗核蒸发出大量物质抛洒在远离太阳的方向，形成光带，称为彗尾。
在太阳系中，现已发现1600多颗彗星。
《地球科学概论》教学大纲.doc
《地球科学概论》教学大纲修订单位：**学院化学系环境科学教研室执笔人：一、课程的基本信息1.课程中文名称：地球科学概论2.课程英文名称：Introduction to Earth Science3.课程类别：选修课4.适合专业：环境科学专业5.总学时：32学时6.总学分：2学分二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务《地球科学概论》是面向地质学、资源勘查工程（石油与天然气方向、固体矿产方向）、土木工程（建筑工程方向、岩土工程方向、地下工程方向、道桥工程方向）、环境科学、勘查技术与工程（水文地质与环境地质方向）等专业设立的学科基础必修课程，承担着对学生进行专业启蒙和专业基础教育的双重任务。
课程的目的是通过理论和实验教学，使学生对行星地球的组成、构造、形成和演化规律有科学的认识，掌握地球科学的基础知识和地质作用的基本原理，掌握基本地质工作方法，为后续系统的专业学习打下坚实的基础。
三、课程教学内容与教学基本要求序论（1学时）教学内容：1、什么是地球科学2、地球科学的特点和工作方法3、地球科学的分科4、为什么要学习地球科学教学要求：要求学生了解地球科学研究的基本内容。
第一章宇宙中的地球（1学时）教学内容：1、宇宙2、银河系与太阳系3、地球教学要求：要求学生了解地球环境的形成和基本特征。
使学生概略地了解人类经过漫长的探索终于证实大地是一个球体，地球不是宇宙的中心，而只是太阳系中一颗不大的行星，太阳系是拥有2000多亿颗恒星的银河系中一个不大的夭体系统，银河系是数以百亿计的星系中的一个旋涡星系，地球是现在已知的、惟一适合人类生存的星球等基本知识。
第二章行星地球简史（1学时）教学内容：1、太阳系的起源2、地球的诞生3、地质年代教学要求：要求学生了解太阳、地球的形成和基本特征。
重点掌握：地层层序律、化石层序律等原理是认识地球历史的基本方法，20世纪开始, 利用同位素等方法来取得地球的年龄资料。
第三章大气圈（2学时）教学内容：1、大气圈的作用2、大气圈的物质组成3、大气圈的分层4、大气圈的物质转换5、大气的运动和多变的气候6、气候及其变迁的原因教学要求：要求学生掌握地球大气组成结构、大气运动的规律、大气运动与大气污染物的关系。
地球概论第二章1
两边取对数,且有 lg2.512=0.4，得：
m-m0=2.5(lgE0- lgE) m=-2.5 lgE
（2-2）
如果取零等星(m0=0)的亮度E0=1，则
（2-3）
普森公式，根据恒星的亮度E推算星等m。
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图2-3 光源的视亮度与其距离的平方成反比，距离增加1倍， 亮度便减为1/4
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五、 恒星的多样性
单星，双星，星团
变星，新星，超新星
巨星，超巨星，白矮星
脉冲星，中子星
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一、单星 双星 星团
• 1.单星：恒星单个存在的 • 2.双星：恒星成双成对的出现，在天球上 相距很近的两个恒星，组成的两个成员， 都叫子星，其中较亮的子星叫主星，另 一个叫伴星，如天狼伴星，开阳，辅
天体
太阳 月亮
视星等
-26.74 -12.7
金星
天狼星 北极星
-4
-1.45 2
肉眼可见的 最暗星
6
连续几个星等的亮度成几何级数
若相邻两星等的亮度比率(级数的公比)为R，则
R5 =100 lgR = 0.4 5lgR=2 R=2.512
星等相差1等,恒星的亮度相差2.512倍 ； 星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减； 太阳的亮度是一等星亮度的(2.512)27.74=1300 亿倍。
• • • • 1.恒星轨道运动 2.脉动 3.快速自转 中子星：由于恒星演化到完全，能量耗竭，若 经引力塌缩，其剩余质量大于某一极值时，电 子运动都不能抗衡原子核吸引力，就继续塌缩， 经逆β 衰变形成大量自由中子，致使恒星密度 很大，体积很小，形成中子星。 • 中子星体积小，直径只有几十公里，密度10亿 吨/立方厘米
地球科学概论 第2讲 行星及地月系
l 2 月球是如何形成的？【不同的观点】
p 分裂说 p 俘获说 p 同源说 p 碰撞说
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地月月系
l 月球
月月亮的南极地区
月月球的环形山山
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地月月系
l 月球基本参数
p 月地平均距离=384401±1km (约为地球半径的6 0倍，日地距离的1/389) p 月球大小：半径=1738km≈3/11 地球半径 p 质量=7.35×1025g≈1/81.3 地球质量 p 月球平均密度=3.34g/cm3 (地球平均密度=5.5 g /cm3 ) p 月球表面平均密度≈3.0g/cm3 p 表面平均重力=162.3伽≈1/6 地球表面平均重力 p 月球逃逸速度2.36km/s≈1/5 地球逃逸速度
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地球的潮汐运动
l 潮汐现象
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地球的潮汐运动
赤赤道面面与 公转轨道 面面夹角角
水水星 金金星 地球 火火星 木木星 土土星 天⺩王 海⺩王
0.01 177.36 23.45 25.19 3.13 26.73 97.77 122.53
太阳系的行行星
l 行星距离规律之一
p Titius-Bode 法则 (由里向外：行星轨道半径规律)：
l 木星
p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星
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太阳系的行行星
l 土星
p “旅行者”拍摄的土星及土星环 p 18个卫星
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太阳系的行行星
l 土星
p “旅行者”从背后拍摄的土星
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太阳系的行行星
l 土星
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太阳系的行行星
l 行星运行规律
行星地球简史
• （5）星系：一群一群（一般由几十亿、几 千亿颗）的恒星组成的旋涡形、椭圆形、 透镜形以及不规则形状的巨集团，称作星 系。 • 小星系有几万颗恒星，大星系有上亿颗恒 星，星系与星系之间的距离平均约1.6亿光 年。
• （6）太阳系：太阳是银河系中的一颗中 等恒星，它与其他行星共同组成太阳系。 太阳系距银河系中心27700光年。
二、地球形状的意义
• （1）由于地球是球体，又不透明，当太阳光 照射到地球时，必然半球向阳，半球向阴， 因而形成半球性的白昼与黑夜。 • （2）由于太阳距离地球很远，因此射向地球 的太阳光近似平行，这样，同一时间内，投 射到球形地表上的太阳光线，其投射角度是 不同的，因此单位面积上太阳辐射强度也就 不同，引起热力分布的不均衡。从而引起热 量的带状分布和自然地带性的产生。
可见物质：天体，总量很少
宇宙中的物质
暗物质：黑洞
暗能量：主宰宇宙变化
（1）恒星： 由炽热的气体组成并能自身发光的 球状或类球状的天体。恒星是宇宙中最主要的 天体，肉眼所见的天体绝大多数都是恒星。银 河系内就有1000多亿颗恒星。恒星常常爱好 “群居”，维持恒星辐射的能源主要是热核反 应，内部温度很高，但表面温度差异很大，几 十万度至二三千度，太阳表面温度约6000度左 右。大多数恒星的质量在0.1~10倍太阳质量之 间。 恒星有生有灭，演化缓慢，分为四个阶段： 引力收缩阶段（幼年期），主序星阶段（壮年 期），红巨星阶段（中年期），白矮星、中子 星、黑洞阶段（晚年期）。不同阶段其发光特 性也不同。
• ⑫大爆炸理论 • ①.17世纪伽利略、牛顿在经典力学体系的基 础上，建立了宇宙无限无边的理论，即宇宙 的体积是无限的，没有空间边界，无限的天 体分布在无限的空间之中。 宇宙无限论的观点，无论是在哲学上还 是在自然科学上，在20世纪初已为多数人所 接受。 • ②.1917年，爱因斯坦在广义相对论的基础上， 提出有限无界的静态宇宙模型。宇宙空间的 体积是有限的，是一个弯曲的封闭体，没有 边界。拉开了现代宇宙学研究的序幕。
地球的自传教案——行星地球资料文档
地球的自传教案——行星地球资料文档第一章：地球的诞生与演化1.1 地球的形成介绍地球大约46亿年前形成于太阳系中的过程。
解释地球由尘埃和岩石碎片在太空中聚集并形成的过程。
1.2 地球的早期历史讨论地球早期的极端环境，如高温、火山活动和频繁的撞击事件。
描述地球如何逐渐冷却并形成地壳。
1.3 地球的生物演化概述地球生物演化的重要事件，如生命的起源、无脊椎动物的出现和恐龙的统治。
讨论生物多样性和生物进化对地球的影响。
第二章：地球的结构与组成2.1 地球的内部结构介绍地球的内部圈层，包括地核、外核、地幔和地壳。
解释地球内部结构的发现过程和科学理论。
2.2 地球的岩石圈讨论地球岩石圈的结构，包括地壳、地幔和地壳的构造。
解释岩石圈对地球表面形态和地震活动的影响。
2.3 地球的表面环境描述地球的海洋、陆地和大气的组成和相互作用。
讨论地球表面环境对生物和人类活动的影响。
第三章：地球的运动与动力学3.1 地球的自转解释地球自转的概念和原因。
讨论地球自转对地球磁场、地球表面温度和日常生活的影响。
3.2 地球的公转介绍地球公转的概念和原因。
讨论地球公转对季节变化和日照时间的影响。
3.3 地球的倾斜角度解释地球轴倾斜的概念和原因。
讨论地球轴倾斜对季节变化和气候分布的影响。
第四章：地球的自然资源与环境问题4.1 地球的自然资源介绍地球上的主要自然资源，如水、土地、矿产资源和生物资源。
讨论自然资源的开采和利用对地球环境的影响。
4.2 地球的环境问题讨论全球性环境问题，如气候变化、生物多样性丧失和环境污染。
探讨解决环境问题的方法和策略。
第五章：地球的未来展望5.1 地球人口增长与城市化讨论地球人口增长对资源和环境的影响。
介绍城市化对地球社会和经济的影响。
5.2 可持续发展与环境保护解释可持续发展的概念和原则。
探讨实现可持续发展目标的方法和挑战。
5.3 探索地球以外的世界讨论人类对地球以外世界的探索和宇宙探索的进展。
思考地球以外的世界对人类未来的意义和挑战。
地球科学概论 第二章 行星地球简史
3、太阳系的起源
3. 3 太阳系及地球起源 a、灾变说 最早的灾变说是法国动物学家布丰（George Louis Leclerc de Buffon）在1745年提出的。 他认为太阳形成后，曾经有一个彗星“掠碰” （擦边而过）到它，同时碰出了不少物质。这些 物质一部分落回太阳，一部分脱离太阳的引力飞 走了，还有一部分则绕太阳旋转起来，后来形成 了行星。金斯（1916）认为，当另一颗恒星接近 太阳时，在太阳表面产生了很大的潮。正面的潮 很大，物质被经过的恒星拉出来，形成一个长条。 在这一恒星离开太阳时，长条内形成了所有的行 星。长条的中部较粗，两头较细，所以，由中部 物质形成的木星、土星较大。
1.1 宇宙起源
• ☆“红移现象”：发光星体接近观察者时，见到的星 光谱线向频率高的蓝光谱线移动，称为蓝移；当星 体远离观察者时，见到的星光谱线向频率低的红光 谱线移动，称为红移。 • ☆大爆炸：比利时天文学家勒梅特（G.E.Lemwtre） 和美国物理学家伽莫夫(1927年)。最初宇宙的全部 物质是集中“原始原子”里，它异常紧密、温度极 高（1032 K）。由于温度极高，基本离子间不能保持 永久平衡，一旦失去平衡，就会发生大爆炸，原始 原子迅速膨胀，在逐渐降温的过程中渐次演变成今 天的宇宙（15Ga）(星云、星系等)。在高温下为基 本粒子的物质，随着温度的降低，聚合成各类原子。 首先电子和质子合成氢原子，再合成氦（He）其它 元素从轻到重依次合成。太阳系是大爆炸10Ga后才 产生的。
3. 1 太阳系天体地质概况
类 木 行 星 和 类 地 行 星 的 内 部 构 造 示 意 图
类地行星
木星和土星
天王星和 海王星
3、太阳系的起源
3. 1 太阳系天体地质概况
（3）卫星 卫星是绕行星运行而本身不发光的天体。 迄今为止，已发现火星有卫星2个，木星有6个， 土星有23个，天王星有5个，海王星有2个，冥 王星有1个。月球是地球唯一的卫星。 月球的直径大致是地球的3/11，质量约为地球 的1/80。月球上没有河流、湖泊和海洋，也没 有大气，基本处于真空状态。
chap2 地球简史
地质年代（百万年）
• 造成地史上生物集群绝灭的可能原因
全球性气候及环境剧变
－陨星撞击
－剧烈的火山喷发
冲击波
陨 石 撞 击 及 其 后 果
溅落物全球分布 全球大火
岩石蒸发
水蒸发 底部涌流 海啸
地震
全球黑暗
酸雨
温室效应
From Murck et al. (1996)
全球陆地上的撞击坑分布图
星子通过不断碰撞吸积长大，逐步发育 成原始地球。其内部温度升高并变软。
重力作用将原始 地球重塑成球形
• 地球形成的两种假说： 1. 均匀吸积说
吸积形成一 个大的星子 分异作用导 呈圈层的
致物质分离
行星地球
均质的原 行星形成
• 地球形成的两种假说：
首先形成铁 －镍质地核
2. 非均匀吸积说
然后形成地幔 呈圈层的 行星地球
大陆地壳 铱异常
大洋地壳 冲击变质的石 英颗粒分布
撞击之后因板块俯冲被 破坏的大洋地壳 撞击地－ 墨西哥Yucatan半岛
从Chicxulub撞击坑抛射出的物质的散落轨迹与分布：暗示了撞 击后发生的野火－使包括恐龙在内的大量动、植物从此绝灭
• 人类的起源－ 《圣经》故事
• 人类的起源－ 《圣经》故事
－ 预计2010－2015年升空
二、太阳系的形成－“星云说”
星云凝聚成一个中心为云球、 围绕以云环的旋转的圆盘。 大爆炸产生的氢和氦以及星体 内的聚变反应或星体爆炸产生 的较重元素形成了一团星云。
位于盘中央的云球 变得不断致密和炽 热并开始发生聚变 反应－初始太阳形 成。尘埃（固体颗 粒）在环中凝聚下 来。 凝聚物质的性质取决于温度：
地球科学概论 第二章 地球
地壳均衡：地壳为适应重力的作用而不断调整 达到平衡的现象。 一般来说，重力异常越高，地壳越薄，莫霍面 越浅，反之，地壳越厚，莫霍面越深。这种现象反 映了地表质量的过剩(地形隆起)由地壳深处质量亏 损(莫霍面的下凹)所补偿。
普拉特模式
均衡学说机制示意图 （据B.Mears,1979）
艾里模式
普拉特模式(pratt model)：组成高山的岩石密 度与平原上的岩石密度有差异，在一定补偿深度上质 量是相同的。地壳处于均衡时，柱体高出海平面越多， 其密度越低。它们均漂浮在密度更大的均一物质上 (地幔)，补偿面是水平面；而上界面高低不平，其密 度小者最高。
新西兰地震学家
2、地球内部压力及其变化 地内压力随深度而增大： 地球内部的压力是指不同深度上单位面积上的 压力，实质上是压强，压力计算公式如下： P=ρ×g×h 如果重力加速度近似取10 ，则深度增加1km， 地表压力增加27Mpa。(1Mpa=10.2kg/cm2=106N/m2)， 计算表明： 地下10km处压力3×103atm； 35km处压力为10×103atm； 2900km处压力150×103atm； 地心处压力350×104atm，相当于每平方厘米上 承受3000多吨压力。
根据地震资料获得的波速度变化曲线，在地球表面， 纵波速度从5.16km/s，向深处逐渐增加，最突出的变化位 于2900km处，此时纵波速度突然由13.64km/s突然降至 7.98km/s，向深处又缓慢升高。横波速度由7.23Km/s突然 消失，并且在界面上出现明显的反射、折射现象。 进一步分析可以发现，在大约35km、70km、1000km以 及4600km等深度，波速度都有明显变化，这意味着有很多 物质密度不同的分界面。
大洋中脊平均热流值大于8J/(cm2.s)； 大洋盆地约为5.4J/(cm2.s)； 造山带和火山活动带可高达9J/(cm2.s)； 平原区一般为3.8-5.4J/(cm2.s)。 这种不均匀分布表明地球表层活动区为热地壳， 而稳定区为冷地壳。