普通地質(zhì)學(xué)第二章地球概述

1、,第二章 地球概述,1,,,一、宇宙的起源,,宇宙是怎樣形成的？宇宙是何時形成的？宇宙是什么形狀的？宇宙有沒有邊界？……人們一直在探詢這些問題的答案 ……直至現(xiàn)在！,第一節(jié) 地球的演化,宇宙,民歌的宇宙：天似穹廬，籠罩四野霍金的宇宙：無邊界有限宇宙馬克思的宇宙：時空無限,3,易,陰陽兩儀變化闡釋宇宙萬物的變化法則：無極生太極，太極生兩儀兩儀生四象，四象生八卦，以至無窮,4,“阿波羅”宇宙飛船,——人類

2、首次登上月球歷史性的跨越,前蘇聯(lián)“和平號”空間站,人類歷史上最成功的探測器——“伽利略”號2003年09月21日撞向木星，結(jié)束了長達(dá)14年的探測生涯,“伽利略”探測器在木星軌道上,,大爆炸與宇宙的形成,最初，宇宙的全部“物質(zhì)”都集中在一個極度致密、溫度極高的微粒（比一個質(zhì)子還小得多）中。 然后空間開始膨脹、爆炸 －早期仍非常熾熱和致密 － 充斥著黑體（blackbody）輻射 － 但因極其致密，光被吸收（不

3、透明）,溫度最終降低，到能夠形成 H 原子 － 黑體輻射可自由傳播了 ( 來自當(dāng)時的光現(xiàn)在應(yīng)存在于我們的四周、能夠被檢測到－ 3K 背景輻射) 隨著溫度的繼續(xù)降低，依次聚合生成了氦及其它更重的原子。 大爆炸 2億年（100 萬年？）后，開始逐步形成各種天體星系。,計算宇宙的年齡－哈勃定律,根據(jù)計算，從“大爆炸”開始至今，膨脹已持續(xù)了160億年左右 宇宙的年齡,,,宇宙的結(jié)局

4、,“凡是形成的東西都是要滅亡的。” 宇宙有起源，宇宙有終結(jié)；“杞人憂天”預(yù)言并非都是騙局 關(guān)鍵是宇宙的平均密度 取決于將行星系拉回來的引力的大小 引力取決于：宇宙中物質(zhì)總量，宇宙半徑,11,宇宙也會衰老,12,二、太陽系的形成－“星云說”,大爆炸產(chǎn)生的氫和氦以及星體內(nèi)的聚變反應(yīng)或星體爆炸產(chǎn)生的較重元素形成了一團(tuán)星云。,星云凝聚成一個中心為云球、圍繞以云環(huán)的旋轉(zhuǎn)的圓盤。,13,,,,,,,,,,,位于盤

5、中央的云球變得不斷致密和熾熱并開始發(fā)生聚變反應(yīng)－初始太陽形成。塵埃（固體顆粒）在環(huán)中凝聚下來。,,凝聚物質(zhì)的性質(zhì)取決于溫度：在距太陽為地球之遠(yuǎn)處，溫度約1500℃，凝聚了鐵（熔點1538℃）和橄欖石（熔點1500－1700℃）；在木星所在的距離，凝聚了冰（熔點0℃）和氨（熔點－78℃）；在海王星所在的距離，凝聚了甲烷（熔點－182℃）。,塵埃顆粒碰撞吸積，形成星子。星子繼續(xù)吸積形成行星。,太陽系的形成： ~46.5億年前,太陽、8顆行

6、星、61顆衛(wèi)星、無數(shù)小行星、彗星、隕星組成。行星由里向外依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。,太陽系中的行星,行星分類 體積 密度 衛(wèi)星 表面 主要元素類地行星 小 大 少 固 Fe,Mg,Si,K,Ca,

7、 Al,Ti,Ni類木行星 大 小 多 非固 H,He,CH4,氨冰 水冰,,,,,,17,類地行星,類地行星：水星、金星、地球、火星,① 水星,18,其表面厚厚的云層清晰可見一九七四年“水手”10號拍攝的金星,② 金星,19,金星上

8、的峽谷,② 金星,20,地球的衛(wèi)星照片,③ 地球,21,火星全貌,④ 火星,22,一九九一年“哈勃”望遠(yuǎn)鏡拍攝的木星，清晰地顯示了在木星大氣層中云的結(jié)構(gòu),類木行星,類木行星：木星、土星、天王星、海王星,⑤ 木星,23,蘇梅克－列維9號彗星繞木星運動示意圖,萬古奇觀,長達(dá)十六萬千米的彗星列車撞擊木星,24,25,土星全貌,⑥ 土星,26,天王星概貌,⑦ 天王星,27,海王星全貌,⑧ 海王星,,海王星及其衛(wèi)星,28,“哈勃”望遠(yuǎn)鏡拍攝的冥王

9、星及其衛(wèi)星,冥王星,2006年8月24日，國際天文聯(lián)合會，把冥王星從太陽系的行星中踢出，定義其為“矮行星”。,29,,重力作用將原始地球重塑成球形,三、地球的誕生（~45.5億年前）,星子通過不斷碰撞吸積長大，逐步發(fā)育成原始地球。其內(nèi)部溫度升高并變軟。,地球形成的兩種假說：,,1. 均勻吸積說,,吸積形成一個大的星子,,分異作用導(dǎo)致物質(zhì)分離,,均質(zhì)的原行星形成,,呈圈層的行星地球,地球形成的兩種假說：,,2. 非均勻吸積說,,

10、呈圈層的行星地球,,最后形成地殼,,然后形成地幔,,首先形成鐵－鎳質(zhì)地核,海洋的形成,,剛誕生的地球是裸露的固體巖石表面，幾乎沒有大氣圈,沒有海洋。隕石撞擊頻繁、到處火山噴發(fā)……,海洋的形成－ 隨著地球逐漸冷卻，水蒸氣冷凝、成為降雨，海洋形成－ 彗星撞擊可能也提供了部分水源,生命的起源,美國黃石國家公園,海底的黑煙囪,最近的研究表明，地球上生命的最早共同祖先是嗜高溫細(xì)菌，它們能夠耐高達(dá)110℃的水溫！,地球上最古老的化石?

11、在澳大利亞西部年齡為35億年的 Apex 燧石層中發(fā)現(xiàn)的藍(lán)綠藻（Cyanobacteria） (?) (據(jù)Brassier等, 2002, Nature),,活的藍(lán)綠藻,寒武紀(jì)生物大爆發(fā),5.45億年前 最早的帶殼生物出現(xiàn) 大量化石記錄（云南澄江動物群－5.3億年）,寒武紀(jì)的三葉蟲化石,古生代（545－245ma）,,中生代（245－66.4ma）,新生代（66.4 ma －）,生物種群的數(shù)量,地質(zhì)年代（百萬年）,,,,,伴隨

12、地球的演化，生物的多樣性 不斷發(fā)展 發(fā)生過幾次重要的生物集群絕滅（mass extinction）事件,絕滅：一個物種從地球上永遠(yuǎn)消失，沒有留下后裔。集群絕滅：在某個短時期內(nèi)生物發(fā)生大量絕滅，生物演化突然中斷，使絕滅率劇升，而新生率降到很低。,造成地史上生物集群絕滅的可能原因,全球性氣候及環(huán)境劇變 －隕星撞擊 －劇烈的火山噴發(fā)生存競爭疾病掠食,人類的起源－《圣經(jīng)》故事,人類的起源－ 科

13、學(xué)解釋,人類的演化經(jīng)歷了（臘瑪古猿） 南方古猿 能人 直立人 早期智人 晚期智人,現(xiàn)代人：動物界，脊椎動物門，哺乳綱，靈長目，人科，人屬，智人種,,,,,,Australopithecus afarensis,Australopithecus afarensis“Lucy”,Australopithecus afarensis,－目前找到的最早的南方古猿化石（生活在約 3百萬年前）,

14、南方古猿,第二節(jié) 地球的形狀、大小和表面形態(tài),一、地球的形狀,目前通過人造地球衛(wèi)星觀測和計算能比較精確的獲得地球的形狀和大小。地球不是一個圓球體，而是一個實心橢球體，赤道半徑長，兩極半徑短，而且北極比旋轉(zhuǎn)橢球體凸出14m，南極卻凹進(jìn)24m，中緯度在北半球稍凹進(jìn)，而在南半球稍凸出（不到10m）,因此科學(xué)家認(rèn)為：第一、地球近似于旋轉(zhuǎn)橢球體，這是地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的，表明地球有彈塑性；第二、地球不是嚴(yán)格的旋轉(zhuǎn)橢球體，說明地球內(nèi)部物質(zhì)分布不均勻

15、。,二、地球的大小,根據(jù)1975年第16屆國際大地測量和地球物理協(xié)會公布的數(shù)據(jù)介紹如下：,赤道半徑a=6378.137KM 兩極半徑c=6356.752KM平均半徑R=(a2*c)1/3=6371.004KM 長短半徑差a-c=21.385KM扁平δ=（a-c）/a =1/298.257 表面積S=4πr2=510064472KM2

16、體積V=4πr2/3=10832億KM2,云層的襯托下顯得輪廊分明阿拉伯在深藍(lán)色的海洋和白色的的地球圖片，棕色的非洲和沙特阿波羅1 7號1 9 7 2年拍攝,“伽利略”木星探測飛船飛經(jīng)地球時發(fā)回的圖片，圖中央附近是南美洲，下方為白色的南極洲大陸,地球的衛(wèi)星照片，局部,2000年12月22日，美國國家航空和航天局(NASA)的科學(xué)家發(fā)布了全新的地球圖片——數(shù)字地球圖，以替代以前由“阿波羅”上的宇航員拍攝的地球圖。這幅數(shù)字地球圖采取

17、了1997年從幾顆人造衛(wèi)星上獲得的數(shù)據(jù)，估算人們在衛(wèi)星軌道上看地球的樣子，然后加以藝術(shù)創(chuàng)造，在背景上添加了月亮。圖中的大風(fēng)暴顯示的是從北美洲西部刮起的Linda颶風(fēng)。月亮放大了，有實際比例的兩倍。,三、地球的表面形態(tài),地球表面高低不平，以海平面為界分為海洋和陸地兩大地理單元。 海洋面積3億6千萬平方公里占70.8% 陸地面積1億449百萬平方公里占29.2%,海洋：,平均深度：3729m 最深11034m（馬里亞納海溝）,陸地：

18、,平均高度：875m 最高：8844.43m（珠穆朗瑪）,兩者相差近20km,三、地球的表面形態(tài),1、海底地形：,（1）大陸邊緣,①大陸架（陸棚）,②大陸坡,③大陸基（大陸裙）,④海溝(大洋邊緣緊鄰大陸的長條形洼地。) 、島嶼,（2）大洋盆地,（3）洋脊——洋底山脈,海洋,大西洋的海底地形,海山：大洋底孤立的隆起高地。洋脊：貫穿大洋中部的巨大喝底山脈。,大陸架：與陸地連接的淺海平臺。,大陸坡：大陸架外緣的斜坡。,地表及海底地形,2、陸

19、地地形：大的陸塊叫大陸、小的叫島嶼,（1）山地— 500m以上切割度大于200m,（2）高原—500m以上廣闊而平坦的地區(qū),（3）丘陵—低于500m，相對高差小于200m,（4）盆地—四周被山地或高地包圍中間低平，外形似盆的地形,（5）平原——海拔＜200m的廣闊而平坦的地區(qū),地形的表示方法:最直觀是衛(wèi)星照片等,在地質(zhì)上用的是地形圖法.即用地形等高線表示 地形的起伏\高低.,陸地,世界屋脊——青藏高原,世界最高峰——珠穆朗瑪峰,第三

20、節(jié) 地球的物理性質(zhì),一、地球的質(zhì)量與密度,根據(jù)牛頓萬有引力定律及多次實驗，求出地球的質(zhì)量為:,5.976×1027kg,由此求得地球的平均密度：,密度 = = =5.517g/cm３,但是按實際測得的地表巖石密度平均都為2.6~2.8 g/cm3僅為地球平均密度的一半。內(nèi)部有密度更大的物質(zhì)，根據(jù)地震波在地球內(nèi)部傳播速度與密度的關(guān)系，說明地球內(nèi)部的密度隨著深度的增加而逐漸增加。

21、,二、地球的重力和壓力,（一）地球的重力=地球的引力（F）與地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心慣性力（P）的合力（G）。,地球重力隨緯度變化而變化，根據(jù)理論計算出各地的正常重力值稱為理論計算值。,重力異?！捎诘厍蚋鞑糠值奈镔|(zhì)組成和地殼構(gòu)造不同，因而實際測量的重力值往往與理論值不符，稱為重力異常。,正異常——實測重力值大于理論值，一般為金屬礦區(qū)，由于物質(zhì)密度大，對地面物質(zhì)的引力較大。,負(fù)異常——實測重力值小于理論值，一般為石油，炔，石膏等非金屬礦區(qū)，

22、物質(zhì)密度小，引力小。,利用重力異常找礦的方法稱為重力探礦法。并且對研究地球的形狀，地殼的物質(zhì)組成，地殼的構(gòu)造，地殼運動和地震等都是有很高的價值。,（二）地球的壓力,地球的壓力——指地球內(nèi)部物質(zhì)受上覆物質(zhì)的重力而產(chǎn)生的壓力即靜壓力。,深度越大壓力越大，并且隨著地球內(nèi)部物質(zhì)密度加大，壓力增加越大。,三、地球的磁性,指南針為什么能夠指示方向，就是因為地球是有磁性的。在它的周圍形成了一個磁力作用的空間——地磁場。,地磁場的正常值（背景值）——是

23、各地經(jīng)過校正和清除變化等影響的地磁要素數(shù)據(jù)。,地磁異?！獙嵉販y量的地磁要素數(shù)據(jù)與正常值不符。,磁法找礦——就是通過地磁測量尋找有磁性異常的礦產(chǎn)。（如磁鐵礦等）,古地磁法——地球磁場是在不斷變化的，有日變化，年變化，也有長期的周期變化（磁極倒轉(zhuǎn)）。通過對巖石中剩余磁性的研究，了解地質(zhì)歷史上磁場的變化，例如通過對比不同時期的古地磁極的位置(或同一地點不同時期所處的磁緯度)可以幫助了解地殼不同部分的相對位移情況，據(jù)古地磁場反轉(zhuǎn)周期則可確定巖

24、石的形成年代。,四、地球的溫度（地?zé)幔?1.外熱層（變溫層）：來自太陽輻射，向下遞減 ，日、夜、四季有變化。2.常溫層——與當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟却笾孪喈?dāng)，常年不變，其深度一般為20—40m,,受太陽輻射影響,3.增溫層——地溫隨深度增加而逐漸增加，受地球內(nèi)部熱能影響，深度每增加100米升高的溫度稱為地溫梯度。一般大陸為1—5℃/100m，海底為4—8℃/100m。,通過間接測算，越接近地心溫度的增加趨于緩慢：,地下100km約為1300

25、℃1000km約為2000℃2900km約為2700℃地心溫度約為4000－6000℃,五、地球的彈性,地震是地下某一點發(fā)生振動，并通過地震波向四周傳播，造成各種破壞。因此說明地球具有一定的彈性，地震波在不同介質(zhì)中傳播速度也不一樣。,地震測量法——通過測定人工地震產(chǎn)生的地震波在地下傳播速度的變化情況，探測地下的礦產(chǎn)資源。,第四節(jié) 地球的層圈構(gòu)造,一、地球的外部圈層構(gòu)造,（一）大氣圈,——是地球的最外圈，由空氣、水氣和塵埃組成，對地

26、表氣候分帶和生命活動起著很大的作用。其底界為海、陸表面，沒有明顯的上界，為自然過渡到星際空間。,,1.對流層——大氣圈的下部，底界為海、陸表面～18KM高空。溫度主要來自地面輻射,隨著高度增加溫度降低.由于溫度、濕度分布不均勻，大氣產(chǎn)生對流。是地球上風(fēng)云，雨雪、冰川等氣候現(xiàn)象以及各種外力地質(zhì)作用的發(fā)源地，對改變地表形態(tài)起著非常重要的作用。,1.對流層,2.平流層:大氣為水平方向運動,無天氣過程,是天高氣爽萬里無云的寧靜景色. 溫度隨高

27、度增加增加,原因是臭氧層吸收太陽中的紫外線. 3.中間層 4.電離層(暖層),5.擴(kuò)散層——大氣圈的最外層，地球引力極小，一部分大氣分子可逃逸到星際空間去。,（二）水圈,——通常人們把地球表面上的海洋、河流、湖泊、冰川以及地下水等看成是一個包圍地球的連續(xù)水層，稱為水圈。,水在這樣不停的運動中，以各種方式對地面（或地下）巖石進(jìn)行破壞、改造，并且把破壞的物質(zhì)帶到另一些地方堆積下來，形成削高補低結(jié)果。,其物態(tài)有固、液、氣三種狀態(tài)。水體

28、的形式有河、湖、海、冰川（蓋）水蒸氣、地下水等，并形成一個包裹著地球的完整圈層。地表上直接被液態(tài)水體覆蓋的區(qū)域占地表面積的3/4。在太陽能、重力的作用下，使得水圈中的水體周而復(fù)始的運動，形成水循環(huán)。,水循環(huán)的方式有：海洋與大陸間的循環(huán)；地表與地下間的循環(huán)；生物體與周圍空間的循環(huán)；水圈與大氣圈間的循環(huán)。,海水97.41%淡水2.59%,（二）水圈,（三）生物圈,——是生命活動的地帶所構(gòu)成的連續(xù)圈層。生物從高等到低等，從動物到植物，乃至

29、細(xì)菌和微生物等生活于地球表面一定范圍的陸地、水體、土壤及空氣中，構(gòu)成了一個基本連續(xù)的圈層。目前已知的生物有近兩百萬個種。生物的演化發(fā)展受控于自然環(huán)境的演化，通過地質(zhì)歷史時期生物化石的研究就可以知道地質(zhì)演化的歷史。,地球最深的鉆井11000米,風(fēng)化后露在地表的巖石其形成深度小于25000米,對地球內(nèi)部認(rèn)識來自物探 資料.地震波研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)地震波在地球內(nèi)部傳播速度和傳播形式的變化 ,地球內(nèi)部存在著地震波速度突變的若干界面，顯示了地球內(nèi)部物

30、質(zhì)的差異，具有圈層狀構(gòu)造。,二、地球的內(nèi)部圈層構(gòu)造,（一）地球內(nèi)部地震波速度突變的主要界面,1.莫霍面——位于地表以下數(shù)公里~40km，縱波到達(dá)這一界面后，波速突然增加, 由平均6－7km/s，突升為8.1km/s。大洋淺（平均8km）、大陸深（平均33km）。,是由南斯拉夫?qū)W者莫霍洛維奇（Mohorovicic）于1909年首先發(fā)現(xiàn)的，因此被稱為莫霍洛維奇面，簡稱莫霍面。莫霍面之上為地殼、之下為地幔。,莫霍面,2.古登堡面——位于地下

31、2900km深度。橫波到這一界面就消失了，縱波波速降低。地核是液體.以最早（1914年）研究這一界面的美國地球物理學(xué)家古登堡的名字命名。,古登堡面之上為地幔，之下為地核。,3.內(nèi)核和外核界面——位于地核內(nèi)部。表現(xiàn)為縱波速度由10km/s突變?yōu)?1km/s。由此而推斷地核分為的內(nèi)、外兩部分，內(nèi)核為固態(tài)，外核為液態(tài)。,mantle,core,,Inner core,4.康拉德面——位于地殼內(nèi)部。表現(xiàn)為縱波速度由6km/s突變?yōu)?.6km/s

32、。由此而推斷地殼分為密度不同的上、下兩層，上層為花崗巖層（硅鋁層），下層為玄武巖層（硅鎂層）。,,地殼 是莫霍面以上的地球表層。其厚度變化在5-70 km之間。其中大陸地區(qū)厚度較大，平均約為33km；大洋地區(qū)厚度較小，平均約8km；總體的平均厚度約16km。地殼物質(zhì)的密度一般為2.6-2.9g/cm3。大陸地殼（上地殼）主要為富硅鋁的硅酸鹽礦物所組成，常稱為硅鋁層；大洋地殼（下地殼）主要為富硅鎂的硅酸鹽礦物所組成，常稱為硅鎂層，因其比重

33、較大，主要分布洋底地殼或大陸地殼的下部。,二、地球的內(nèi)部圈層構(gòu)造,地幔 莫霍面與古登堡面之間的一個巨厚圈層。其厚度約2850km。平均密度為4.5g/cm3。根據(jù)次級界面可分為上地幔和下地幔。上地幔：從莫霍面至地下1000km，平均密度為3.5g/cm3，成分主要為含鐵鎂質(zhì)較多的超基性巖。在上地幔的上部100-350km存在一個由柔性物質(zhì)組成的圈層稱為軟流圈（地震波的低速帶）。此軟流圈之上的固態(tài)巖石圈層稱為巖石圈。下地幔：地下1000k

34、m至古登堡面之間，平均密度增大為5.1g/cm3，成分仍為含鐵鎂質(zhì)的超基性巖，但鐵質(zhì)的含量增加。,二、地球的內(nèi)部圈層構(gòu)造,地核 古登堡面以下地心的一個球體。半徑為3480km。地核的密度達(dá)9.98～12.5g/cm3。其成分以鐵鎳物質(zhì)為主．根據(jù)其狀態(tài)可分為外核和內(nèi)核。外核：物態(tài)為液態(tài)，其成分除鐵鎳外，可能還有碳、硅和硫；內(nèi)核：物態(tài)為固態(tài)，其成分為鐵鎳物質(zhì)。,二、地球的內(nèi)部圈層構(gòu)造,,,,地球內(nèi)部各層圈的特征,（二）,軟流圈：上地幔中地震

35、波變化復(fù)雜,在60-400km地震波速度降低,特別是在100-150km波速降低明顯,橫波不能通過,說明該帶物質(zhì)可能局部呈熔融狀態(tài),整體呈塑性狀態(tài)，超過400km后波速又恢復(fù)正常.稱該波速降低帶的低速帶為軟流圈.受力后易于發(fā)生 流動，是巖漿的發(fā)源地。巖石圈：固態(tài)的上地幔上部＋地殼；由巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大巖類組成。,,,巖石圈,,軟流圈,地殼,地殼,,上地幔上部（固態(tài)）,三、均衡原理,地勢的起伏同莫霍面的起伏呈鏡像關(guān)系。,其原理是

36、，設(shè)想在地幔內(nèi)部(很可能在軟流圈內(nèi))的某一深度上可以找到一個水平面，稱為補償基面。在此面的單位面積上所承受的上覆巖塊的總重量都相同。即是以此補償基面為準(zhǔn)，高山地區(qū)的地勢雖高，但其下部地幔的厚度??；大洋地區(qū)的地勢雖低，但其擁有的地幔厚度大，故兩處巖塊的總重量相等，從而能保持重力均衡。,這種均衡總是暫時的和相對的。因為高處易剝蝕，低處被填平，以及構(gòu)造運動等因素都可能打破這種平衡。,了解地球的演化及其在宇宙中的位置；地球的形狀、大小及表面形態(tài)