浅谈行星地球的起源与演变

浅谈行星地球的起源与演变1浅谈行星地球的起源与演变作者：于玖明单位：水资131【摘要】：地球形成于几十亿年以前，初期的痕迹在地面上已很难找到了，以后的历史面貌也极为残缺不全。若想从地球面貌往前一步一步地推出它的原始情况，困难极大。任何地球起源的假说都包含有待证明的假设。正由于此，不同的假说常常分歧很大。【关键词】：渐变派，灾变派，星云假说1.概述地球的起源自古以来一直是人们关心的问题。在古代，人们就曾探讨过包括地球在内的天体万物的形成问题，关于创世的各种神话也广为流传。自1543年，波兰天文学家哥白尼提出了日心说之后，天体演化的讨论才开始步入科学范畴，逐渐形成了诸如星云说，遭遇说等学说。但事实上，任何关于地球起源的假说都有待证明。地球形成于几十亿年以前，初期的痕迹在地面上已很难找到了，以后的历史面貌也极为残缺不全。若想从地球面貌往前一步一步地推出它的原始情况，困难极大。任何地球起源的假说都包含有待证明的假设。正由于此，不同的假说常常分歧很大。200多年来，地球起源的假说曾提出过几十种。到了人造卫星时代，可直接探测的领域已扩展到行星际空间。这个问题的探索也进入到一个新的活跃阶段。2.地球地球的起源自古以来一直是人们关心的问题。在古代，人们就曾探讨过包括地球在内的天体万物的形成问题，关于创世的各种神话也广为流传。自1543年，波兰天文学家哥白尼提出了日心说之后，天体演化的讨论才开始步入科学范畴，逐渐形成了诸如星云说，遭遇说等学说。但事实上，任何关于地球起源的假说都有待证明。地球形成于几十亿年以前，初期的痕迹在地面上已很难找到了，以后的历史面貌也极为残缺不全。若想从地球面貌往前一步一步地推出它的原始情况，困难极大。任何地球起源的假说都包含有待证明的假设。正由于此，不同的假说常常分歧很大。200多年来，地球起源的假说曾提出过几十种。到了人造卫星时代，可直接探测的领域已扩展到行星际空间。这个问题的探索也进入到一个新的活跃阶段。3.早期假说关于行星地球的起源和演变分为好多学说，主要分两大派。一派认为太阳系是由一团旋转的高温气体逐渐冷却凝固而成的，称为渐变派，以康德（I.Kant，1755）和P.S.拉普拉斯（1796）为代表。另一派认为太阳系是由2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的，称为灾变派。这派的代表最早是布丰（G.L.L.Buffon,1745），以后是张伯伦(T.C.Chamberlin）和摩耳顿(F.R.Moulton,1901），还有金斯（J.H.Jeans,1916）SirH.杰弗里斯（1918）等人。早期的两派假说各有许多变种，但都不能全部满意地解释上述的观测事实。如拉普拉斯的星云假说认为太阳系起源于一团高温、旋转的气体星云，因冷却而收缩，所以越转越快。浅谈行星地球的起源与演变2快到一定程度后，就由它的外缘抛出一个物质环。星云继续收缩，以后又可抛出一个物质环。如此继续，以后这些物质环便都各自聚成行星。有规则的卫星系也是经过类似的过程形成的。这样，太阳系轨道的规律性便得到自然的解释。无论这样形成的物质环能否聚成行星，但由计算表明，即使将所有行星现有的角动量都转移到太阳上，太阳所增加的角动量也不足以使物质从它表面上抛出去。另一方面，如果行星物质来自太阳，它们单位质量的角动量应当和太阳的差不多，但实际它们相差很大。Laplace和Jeans假说认为地球是全熔而后逐渐冷却的。40年代Schmidt基于行星由固体质点和小天体增生的思想得出相反的结论:相对于“冷”的初始态和放射性核能的随后加热。至60年代，Safronov系统的提出了太阳系行星起源的星子堆积学说，该学说在80年代得到了叫他的发展，成为太阳系起源的一个重要理论。地球是太阳系的一部分，虽然它是人们研究最多的行星，但是人们不可能孤立的彻底了解地球。陨石和太阳的化学成分为地球的基本成分提出可约束其他行星的性质为行星的形成和演化的理论提供了思路和理论检验。因此在研究地球起源和结构的努力中，人们可采用从头开始的方法，即试图通过崩塌、冷却、凝结和吸积来追踪太阳星云的演化，从而最终得到与地球和其他行星类似的某些新认识，进一步揭示地球形成和演化的过程。星云假说是太阳系形成的最为基本的理论模型，在对星云假说的不断完善过程中，逐渐形成了目前已广为人接受的行星形成和演化的星子学说。早在200多年前，I.Kant（1755）和Laplace（1796）就提出了星云假说，Laplace的热星云假说认为地球是初始全熔而后冷却的。其后T.C.Cham-erlain（1900）、F.R.Moulton（1900）提出了星子学说，认为行星是由固体质点聚集成的固体块体即“星子”（planetesimal）堆积而成的。20世纪40年代，O.Y.schimidt（1944）仍从星云说的角度，认为星子是由旋转的太阳星云中产生的固体质点和中间小天体，通过渐次吸积过程完成行星的增生过程，星子是星云过程中自然发生的中间态，而不是早期星子假说的灾变论点。4.问题讨论1、地球的化学组成地球岩石的化学成分和球粒陨石很相近，但也有显著的差别，特别是地球上层的硫和钾极为匮乏。为了解释这个现象，林伍德（A.E.Ringwood,1966）采用第一类碳质球粒陨石作为内行星成分的模式，并假定地核是FeO在高温下还原而形成的。这样，钾、硫及一些易挥发的物质就在这个过程中丢失了。但这个模式将产生极大量的大气，无法处理掉。它也不能解释水星的密度（平均5.42克/厘米3）和火星的高氧化状态。地球上保留着H2O、N2、CO2，但挥发掉大量的碱金属的事实也是不易解释的。还有一些其他的假说，例如利用不同类型陨石混合物，或不同假设条件下，行星物质的凝结物等作为行星积聚时的初始成分，也都带有任意性，没有足够的说服力。2、行星积聚的时间行星积聚所需的时间影响行星的成分、构造和内部能源，是一个重要的数据。但各家的估计相差甚远，由103年到108年。瑞典天文学家H.阿尔文等人认为星子运行时可以形成一种激流，从而产生积聚。由这个前提出发，他计算出的积聚时间仍为108年。但对于这种激流的存在和它的机制，许多学者都持保留态度。萨夫龙诺夫研究了由尘埃物质积聚成行星的全过程。他得到：由星子积聚成地球约需108年。他的工作是迄今最详尽、最严谨的，但他的方法若用于天王星、海王星和火星时，所得结果却不能令人满意。其他一些著名学者如H.C.尤里、伯奇（F.Birch）和埃尔萨塞（W.M.Elsasser）等，也都倾向于长的时间尺度，浅谈行星地球的起源与演变3即约108年。不均匀积聚模式的支持者，大都倾向于短时间尺度，即103～105年。显然，行星积聚过程的物理机制和条件还研究得很不够，有待进一步探索。5.结论地球物理学的基本课题之一，它探讨地球的形成，即在什么时候，由什么物质，以什么方式，经历什么过程才形成的。地球是太阳系的一员，它的起源和太阳系的起源基本是一个问题。不过由于人类定居在地球上，对它的了解比对其他星体的了解要详细得多，因此研究地球起源问题，资料也最丰富。研究地球的起源不仅由于它的哲学意义，也由于地学中许多重要现象的根本原因都要到地球的形成过程中去寻求答案。参考文献：行星地球的起源和演化模式地球原始不均一性的起源及对后期演化的制约作者：欧阳自远、张福勤、李春来、邹永廖、林文祝、王世杰、肖志峰、欧阳故凌(中国科学院地球化学研究所)行星地球不均一成因和演化的理论框架初探作者：欧阳自远，刘建忠，，张福勤，王世杰，徐琳堆积的地球及其原始不均一性作者：欧阳自远、张福勤、王世杰地球的起源和内部结构作者：N.H.克鲁泡特金