第二章地球的起源与演化.ppt

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地球科学概论地球科学概论地球科学概论地球科学概论地球科学概论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的起源与演化地球的起源与演化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起源和圈层分异地球的年龄及其测定地球的年龄及其测定地球生物演化历程地球生物演化历程宇宙的起源地球的年龄是多大？

地球的年龄是多大？

地球的年龄是多大？

地球的年龄是多大？

我们是如何测定的？

我们是如何测定的？

我们是如何测定的？

我们是如何测定的？

地球来自于何方？

地球来自于何方？

地球来自于何方？

地球来自于何方？

在浩瀚的宇宙数以亿计的在浩瀚的宇宙数以亿计的星系中，有一个普通的旋星系中，有一个普通的旋涡星系，我们称之为银河涡星系，我们称之为银河系。

银河系中大约有系。

银河系中大约有30003000亿颗恒星，其中有一颗不亿颗恒星，其中有一颗不起眼的有行星环绕的恒星，起眼的有行星环绕的恒星，我们称之为我们称之为太阳太阳。

地球，。

地球，是太阳的第三颗行星。

宇是太阳的第三颗行星。

宇宙中的地球，其渺小，是宙中的地球，其渺小，是不能用不能用“沧海一粟沧海一粟”描绘描绘的。

但她孕育了生命，孕的。

但她孕育了生命，孕育了人类，这在我们已知育了人类，这在我们已知的范围内，是独一无二的。

的范围内，是独一无二的。

一、地球的起源与演化塌缩与吸积理论行星是一步一步地逐渐增大行星是一步一步地逐渐增大其体积的。

其体积的。

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。

科学家们过去常认为包科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、括地球、水星、金星、火星在内的火星在内的石质行星是石质行星是一块尘埃云快速引力坍一块尘埃云快速引力坍缩而形成的。

缩而形成的。

这种坍缩这种坍缩产生了致密的球体产生了致密的球体。

地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳的分离的分离的分离的分离原始地球一旦形成，有原始地球一旦形成，有利于继续吸积太阳星云利于继续吸积太阳星云物质使体积和质量不断物质使体积和质量不断增大，同时因增大，同时因重力分异重力分异和和放射性元素蜕变放射性元素蜕变而增而增加温加温度。

度。

地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳的分离的分离的分离的分离当当原始地球内部物质增原始地球内部物质增温达到温达到熔融状态熔融状态时，重时，重者下沉，轻者上浮。

比者下沉，轻者上浮。

比重大而熔点低的铁、镍重大而熔点低的铁、镍等元素最先分离出来并等元素最先分离出来并向地心集中，形成向地心集中，形成地核地核。

在在重力分异过程重力分异过程中，还中，还伴随着伴随着物质的位能向热物质的位能向热能转能转化化。

地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳的分离的分离的分离的分离因因而，地内上层的岩石而，地内上层的岩石也相继发生熔融，较轻也相继发生熔融，较轻的铁镁硅酸盐物质向上的铁镁硅酸盐物质向上集中，形成原始地幔。

集中，形成原始地幔。

原始地幔的表层同时在原始地幔的表层同时在失热、变硬，遂形成坚失热、变硬，遂形成坚硬外壳，这就是硬外壳，这就是原始地原始地壳。

壳。

大气圈及水圈的形成与演化大气圈及水圈的形成与演化大气圈及水圈的形成与演化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。

地球的年龄地球的年龄二、地球的年龄及其测定根据多方面资料相互印证，地球具有46108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。

地质时钟第第二二章章地地球球的的起起源源与与演演化化地质年代表（P57）地质时间的早期估算地质时间的早期估算地质时间的早期估算地质时间的早期估算地球科学概论16581658年，爱尔兰大主教年，爱尔兰大主教厄谢尔厄谢尔（J.UssherJ.Ussher）认为认为地球诞生于公元前地球诞生于公元前40044004年，这个时间是以圣经里年，这个时间是以圣经里的纪年做为基础计算出来的的纪年做为基础计算出来的。

（一）沉积速率：

公元前五世纪，

（一）沉积速率：

公元前五世纪，希罗多德希罗多德（HerodotusHerodotus）尼罗河三角洲尼罗河三角洲1717至至15841584百万年。

百万年。

（二）海洋里的盐

（二）海洋里的盐：

100100百万年百万年（三）冷却速率（三）冷却速率：

十九世纪，英国物理学家：

十九世纪，英国物理学家开尔开尔文文（L.KelvinL.Kelvin）根据地球的冷却速率确定地球的根据地球的冷却速率确定地球的年龄为年龄为7070百万年。

百万年。

第第二二章章地地球球的的起起源源与与演演化化相对年代相对年代相对年代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。

同位素年龄测定同位素年龄测定地球科学概论18961896年，贝克勒尔（年，贝克勒尔（A.H.BecquerelA.H.Becquerel）观观察了含铀矿物（如沥青铀矿）能使封闭的察了含铀矿物（如沥青铀矿）能使封闭的照相底片感光，这是照相底片感光，这是XX射线产生的作用。

射线产生的作用。

随后证明了铀能自然衰变，它以粒子和电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。

石形成时代的重要手段。

同位素年代学同位素年代学同位素年代学同位素年代学P43-44P43-44P43-44P43-44第第二二章章地地球球的的起起源源与与演演化化地球科学概论地质测年方法：

地质测年方法：

14C测年法测年法：

该法1949年Libby等公布以来，得到广泛应用，测年范围为：

100aB.P.50ka（千年）B.P.。

（BeforePresent-距今）热释光测年法热释光测年法：

主要使用石英、长石颗粒来测定，在第四纪黄土的研究中较常使用。

其测年范围为：

100aB.P.1Ma（百万年）B.P.。

电子自旋共振法电子自旋共振法：

其原理同热释光相似。

其测年范围为：

2kaB.P.10MaB.P.。

裂变径迹法裂变径迹法：

238U自发裂变爆裂成两个碎片，它们穿越固体时能在矿物晶格中崩裂形成一条受严重损伤的狭窄径迹，径迹的数目与诱发它的铀的含量成比例，所以铀含量和径迹的密度是确定数字年龄的两个必备条件。

其主要用于火山灰年龄的测定，其测年范围为：

100kaB.P.无上限。

古地磁法古地磁法：

其为相对年龄测定法，主要用于地层对比。

它是利用地球磁场周期性倒转和岩石或沉积物中的剩余磁性记录来获得磁性记录曲线，通过对比标准曲线，可以获得数值年龄。

磁性倒转的测年范围为：

50kaB.P.1MaB.P.。

另外，还有铀系法、钾氩法、氨基酸外消旋法、地衣法、树轮法、水解黑耀铀系法、钾氩法、氨基酸外消旋法、地衣法、树轮法、水解黑耀岩法、冰水纹泥和韵律层法岩法、冰水纹泥和韵律层法，都各有其优势特点。

最最古老的岩石和生命记录古老的岩石和生命记录地球科学概论加拿大北部的一组加拿大北部的一组变质岩变质岩阿卡斯阿卡斯卡片麻岩是已知最卡片麻岩是已知最古老的、保存完好古老的、保存完好的地球表面一部分。

的地球表面一部分。

放射性年代测定表放射性年代测定表明阿卡斯卡片麻岩明阿卡斯卡片麻岩有将近有将近4040亿年的年亿年的年龄，这证明某些大龄，这证明某些大陆物质在地球形成陆物质在地球形成之后几亿年就已经之后几亿年就已经存在了。

存在了。

中国最古老的岩石中国最古老的岩石地球科学概论目前在中国发现的最古老的岩石是河北省冀东地区的花岗质片麻岩，其中包体的岩石年龄为35亿年。

左图中南京大学徐克勤教授脚下的暗色包体即是这一年龄最老的岩石。

生命起源三、地球生物演化历程生命的历史未必是生命的历史未必是循序的，它肯定是循序的，它肯定是难以预料的。

地球难以预料的。

地球上生命的进化是通上生命的进化是通过一系列意外的偶过一系列意外的偶发事件来实现的。

发事件来实现的。

科学家们正为探索科学家们正为探索地球上何时何处以地球上何时何处以及怎样（这是最重及怎样（这是最重要的）出现第一次要的）出现第一次生命作出不懈的努生命作出不懈的努力。

力。

生命的元素生命的元素地球科学概论地球上有很多种元素，但用于构成生命地球上有很多种元素，但用于构成生命的元素并不多，主要有的元素并不多，主要有CC、HH、OO、NN四种，四种，此外还有此外还有SS、PP及其他一些微量元素。

我及其他一些微量元素。

我们知道组成生命的主要物质是蛋白质、们知道组成生命的主要物质是蛋白质、水分和无机盐三大类。

元素分析表明，水分和无机盐三大类。

元素分析表明，蛋白质一般含碳蛋白质一般含碳（C）50%（C）50%55%55%、氧、氧（O）（O）20%20%23%23%、氮、氮（N）15%（N）15%18%18%、氢、氢（H）6%（H）6%8%8%、硫、硫（S）0%（S）0%4%4%，有些蛋白质还含有微，有些蛋白质还含有微量的量的PP、FeFe、ZnZn、CuCu、MoMo等。

等。

第第二二章章地地球球的的起起源源与与演演化化宇宙中的生命分子宇宙中的生命分子地球科学概论19691969年斯奈德年斯奈德（L.E.Snyder）（L.E.Snyder）观测到有机分子观测到有机分子甲醛甲醛（HCHO）（HCHO）的的6cm6cm谱线，被誉为谱线，被誉为2020世纪世纪6060年代天年代天体物理的重大发现，激发了天文学家去探索星际体物理的重大发现，激发了天文学家去探索星际分子的热情。

分子的热情。

到到19911991年，已发现年，已发现9292种星际分子，种星际分子，20002000多条分子谱线。

最新的消息是美国伊利诺斯多条分子谱线。

最新的消息是美国伊利诺斯州立大学的射电天文学家路易斯州立大学的射电天文学家路易斯辛德通过频谱辛德通过频谱在靠近银河系中心的星云中发现了生命分子在靠近银河系中心的星云中发现了生命分子氨基酸，这一发现有可能解释生命的起源问题。

氨基酸，这一发现有可能解释生命的起源问题。

第第二二章章地地球球的的起起源源与与演演化化生命演化历程地球科学概论生物学演化生物学演化地球科学概论地球上第一个单细胞原始生命的出现标志着地球上第一个单细胞原始生命的出现标志着生命演化进入了一个新阶段生命演化进入了一个新阶段生物学演化。

生物学演化。

生物学的演化又可以分为早期和晚期两生物学的演化又可以分为早期和晚期两个阶段。

早期生物学的演化又可称为细胞演化阶个阶段。

早期生物学的演化又可称为细胞演化阶段；晚期生物学演化又可称之为组织器官演化阶段；晚期生物学演化又可称之为组织器官演化阶段，或系统演化阶段。

细胞演化阶段是从原始的段，或系统演化阶段。

细胞演化阶段是从原始的单细胞生命产生到后生动植物的大量出现，持续单细胞生命产生到后生动植物的大量出现，持续了了2525亿年以上。

后生动植物出现后，生物进入系亿年以上。

后生动植物出现后，生物进入系统演化阶段，在大约统演化阶段，在大约77亿年的时间内，数以千万亿年的时间内，数以千万计的物种经历了形成和绝灭的演化历程。

计的物种经历了形成和绝灭的演化历程。

第第二二章章地地球球的的起起源源与与演演化化最老的有细胞结构的生命的证据最老的有细胞结构的生命的证据地球科学概论古生物学家发现的最老的有细胞结构的生命的证据是西澳大利亚的Warrawoona微生物化石群（35亿年），表明地壳形成后不到3亿年生物演化就开始了。

生命的分类生命的分类地球科学概论传统分类学家将地球上的生命划分为两个传统分类学家将地球上的生命划分为两个界，即植物界和动物界。

界，即植物界和动物界。

7070年代，康奈尔年代，