搜索
我的地球观第一章宇宙的历史，地球的起源1.1宇宙的发展历程关于宇宙起源的假说历来有几种，如今被科学家广泛接受的是大爆炸理论，并得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。大爆炸理论认为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的（根据2010年所得到的最佳观测结果，这些初始状态大约存在于133亿年至139亿年前），并经过不断的膨胀到达今天的状态。根据该假说，可以推知宇宙演化的时间表如下：10-43秒：宇宙从量子背景出现。10-35秒：宇宙由夸克-胶子等离子体构成，强相互作用、引力与电磁相互作用/弱相互作用分开。10-5秒：电子形成，宇宙主要包括光子、电子和中微子，温度约1000亿度。10秒：质子和中子结合成氘、氦等原子核，温度30亿度。35分钟：形成原子核的过程（核融合，nucleosynthesis）停止，温度3亿度。30万年：电子和原子核结合成为原子。物质和辐射脱耦，大爆炸辐射的残余成为今天的3K微波背景辐射。4亿年：第一批恒星形成。20亿年：星系形成。50亿年：太阳系形成。2目前宇宙还在继续膨胀之中，这在观测上为哈勃定律所概括。1.2宇宙的组成与状态最初的宇宙，是一个无穷小的“奇点”，这个点在大爆炸的瞬间急剧暴胀，能量转换成物质，以气体形式存在。经长期降温过程，气体物质又凝聚成星云，星云演化成星系、恒星与行星，形成今天浩瀚无涯的宇宙。哈勃望远镜拍摄的高清晰度深场照片，显示姿态年龄各异的河外星系。照片上最小，颜色最红的属于人类看到的最古老的星系，在宇宙年龄约8亿年的时候就已经存在。3宇宙大约是由4%的普通物质，23%的暗物质和73%的暗能量构成。根据近年来对超新星和宇宙微波背景辐射等天文观测，虽然物质的密度小于临界密度，宇宙的几何却是平直的，也即宇宙总密度应该等于临界密度。并且，膨胀正在加速。这些现象说明宇宙中存在着暗能量。不同于普通所说的“物质”，暗能量产生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情况下，宇宙的命运取决于暗能量的密度和性质，宇宙的最终命运可能是无限膨胀，渐缓膨胀趋于稳定，或者是与大爆炸相对的一个“大坍缩”，或者也可能膨胀不断加速，成为“大撕裂”。目前，由于对暗能量的性质缺乏了解，还难以对宇宙的命运做出肯定的预言。1.3银河系与太阳系依据欧洲南天天文台的研究报告，估计银河系的年龄约为136亿岁(1.36×1010年)，几乎与宇宙一样老。银河系（天河或天汉）是太阳系所处的星系。是一个由1,000至4,000多亿颗恒星(1–4×1011)、数千个星团和星云组成的棒涡星系系统，它的直径约为100,000多光年，中心的厚度约为6,000多光年。太阳系属于这个庞大星系的恒星之一，而我们居住的地球则属于太阳系中的一个行星。星系450亿年前的太阳系是一团巨大的星云，经过星云物质的收缩、凝聚、旋转、加热等复杂的物质运动，首先在中央形成太阳，继而形成了八大行星。太阳系的组成：太阳、八大行星、矮行星、太阳系小天体（小行星、彗星、柯依伯天体）以及大量的行星际空间物质。1.4地球的起源地球伴随着太阳系诞生：太阳系诞生之初，是以巨大并不断旋转的由尘埃与气体组成的云团的形态存在。它是由5大爆炸所生成的氢与氦组成，同时亦有着由很久以前的星球内部所合成的其它元素。地球诞生前十五至三十分钟（等于大约四十六亿年前），一个邻近的恒星可能形成了超新星爆炸。这对太阳星云传送了一个震荡波，并使之收缩。因为云团旋转，引力与惯性将云团压为一个圆碟，与其旋转轴成垂直。大部份质量集中在中央并开始加热。与此同时，因为引力使得物质环绕尘埃粒子紧缩，使得圆碟剩余部份开始分解为环状物。细少的碎片互相碰撞并组成较大的碎片。[2]，而组成的地球物质并众集在距中央约一亿五千万公里的地带。当太阳收缩并被加热，核融合开始，而因此形成的太阳风则清空了在圆碟内大部份没有收缩并组成较大个体的物质，只剩下少量的元素。之后，较重的元素聚集于太阳附近，形成了体积小，密度高的星体(类地行星)；较轻的元素则聚集于离太阳较远的地方，形成了体积大，密度低的星体(类木行星)，而地球则是距离太阳第三近的行星。第二章地球2.1地球的演化史本节主要以地质学时间年代顺序来介绍地球的演化历史。地质年代表62.1.1冥古宙（38~46亿年前）冥古宙早期地球与现在的世界十分不同。当时没有海洋，大气层里亦没有氧气。小行星与太阳系形成后余下的物质不断撞击。这些撞击与放射性崩解产生的热、残热与收缩压力产生的热相结合，使得地球在这阶段完全为熔化状态。较重的元素沉向中心，而较轻的元素则升至表面，从而制造了地球的不同层次。地球的早期大气层包括了围绕其存在的太阳星云里的物质，特别是较轻的气体如氢与氦，但是太阳风与地球自身的热力清空了这层大气层。地球表面慢慢地冷凝，在（大约为假设时钟）的上午0时47分形成了固体的地壳（一亿五千万年内）。在大约是假设时钟的上午3时至4时(四十亿至三十八亿年前)，地球经历了一个重型星体撞击时期。蒸气由地壳里逃出，而更多的气体由火山内释出，从而形成了第二道大气层。更多的水份在火流星撞击地球时带来。这时地球开始冷却，在三十八亿年前；假设时钟的上午4时（七亿五千万年内）云层开始形成，雨水落下从而形成海洋，而且可能更早时已出现这些现象。这道新的大气层可能包含了氨、甲烷、水蒸气、二氧化碳、氮气与其他含量较少的气体。而氧气则被氢气或地表上的矿物质束缚著。火山活动出现频密，而且因为没有臭氧层防护，紫外线大量照射在地球表面。2.1.2太古宙（25~38亿年前）太古宙起始于内太阳系后期重轰炸期的结束，地球岩石开始稳定存在并可以保留到现在。太古宙结束于25亿年前的大氧化事件，以甲烷为主的还原性的太古宙原始大气转变为氧气丰富的氧化性的元古宙大气，并导致了持续3亿年的地球第一个冰河时期——休伦冰河时期。这个时期细菌和低等蓝藻的出现，标志着生命的在地球的开始。72.1.3元古宙（5.7~25亿年前）元古宙的大气已经是氧气含量丰富。这个时期已经发现了许多菌类、藻类植物化石和古代微生物化石，因此也被称为“菌藻时代”。元古代中期发生了全球性的大冰期，世界各地都发现了冰川遗迹。在元古代末期，开始出现了腔肠动物、环节动物和节肢动物，但这些动物都没有坚硬的骨骼，所以化石上只是留下印痕等遗迹。元古代也曾发生广泛的地壳运动，在前期是地球主要的造山时期。在中国北方为“吕梁运动”。元古代时期的地层中蕴藏有丰富的铁矿、铜矿和稀土金属矿物。2.1.4显生宙（5.7亿年前~至今）显生宙，指“看得见生物的年代”。相比之前荒凉、光秃的地表，这个时期最为显著的是生物种类和数量的大爆发，地表变得生机勃勃。自五亿七千万年前寒武纪始，生物逐渐向较高级的发展阶段进化，动物已具有外壳和清晰的骨骼结构，故称显生宙。显生宙时期，就是从五亿七千万年直到现在。显生宙以来发生的生物进化事件主要是以多细胞动、植物出现为开始，在显生宙的生物进化舞台上的主角，已经不再是单细胞的原核生物，主要指细菌和藻类植物的天下，在显生宙的初期，古生代，就出现单细胞的，真核生物。因此人们又把多细胞动、植物等真核生物出现以后的，地质时代称为显生宙。古生代（2.5—5.7亿年前）从距今约570百万年到250百万年，持续了三亿二千万年的时间分为了显生宙――古生代。在古生代动物群以海生无脊椎动物中的三叶虫、软体动物和棘皮动物最繁盛。在奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪相继出现低等鱼类、古两栖类和古爬行类动物。鱼类在泥盆纪达于全盛。石炭纪和二叠纪昆虫和两栖类繁盛。古植物在古生代早期以海生藻类为主，至志留纪末期，原始植物开始登上陆地。泥盆纪以裸蕨植物为主。石炭纪和二8叠纪时蕨类植物特别繁盛，形成茂密的森林，是重要的成煤期。中生代（0.65—2.5亿年前）中生代是显生宙的三个地质时代之一，可分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪三个纪。中生代介於古生代与新生代之间。由於这段时期的优势动物是爬行动物尤其是恐龙，因此又称为爬行动物时代。中生代也是板块、气候、生物演化改变极大的时代。在中生代开始时，各大陆连接为一块超大陆——盘古大陆。9盘古大陆后来分裂成南北两片。北部大陆进一步分为北美和欧亚大陆，南部大陆分裂为南美、非洲、印度与、马达加斯加、澳洲和南极洲。只有澳洲没有和南极洲完全分裂。中生代的气候非常温暖，对动物的演化产生影响。在中生代末期已见现代生物的雏形。恐龙恐龙是群中生代的多样化优势陆栖脊椎动物，支配全球陆地生态系超过1亿6千万年之久。恐龙最早出现在2亿3千万年前的三叠纪，灭亡于约6千5百万年前的白垩纪晚期所发生的白垩纪末灭绝事件。恐龙是中生代的优势陆栖脊椎动物，尤其是在侏罗纪与白垩纪。在恐龙占优势的侏罗纪与白垩纪期间，几乎所有身长超过1米的陆地动物皆为恐龙，同时代的其他动物因此受到体型发展与生态位上的限制。举哺乳类为例，它们的体型多接近现代的啮齿动物，不超过猫的大小，食性为肉食性，以小型动物为食。恐龙家族极为庞大、多样性。截止到2006年的学术研究，已确定有超过500个属；根据估计，化石记录中曾出现的属总数约为1850个，当中有75%已被发现化石。10三角龙11新生代（6500万年前—今天）新生代是地球历史上最新的一个地质时代，它从6500万年前开始一直持续到今天。随著恐龙的灭绝，中生代结束，新生代开始。新生代是哺乳动物的时代。在新生代中哺乳动物从微小简单的原始哺乳动物发展到占据各个生态圈的巨大的动物群。在新生代内鸟和被子植物也有很大的发展。新生代中盘古大陆彻底分裂，地球上的各个大陆逐渐移动到今天的位置上。人类出现新生代的末期——第四纪（248万年前至今），人类的出现，是地球上最重大的事件。122.2今天的地球地球是太阳系从内到外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。住在地球上的人类又常称呼地球为世界。地球是上百万种生物的家园，包括人类。地球是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球的表面被分成几个坚硬的部分，或者叫板块，它们以地质年代为周期在地球表面移动。地球表面大约71%是海洋，剩下的部分被分成洲和岛屿。液态水是所有已知的生命所必须的，但并不在所有其他星球表面存在。地球的内部仍然非常活跃，有一层很厚的地幔，一个液态外核和一个固态铁的内核。地球的矿物和生物等资源维持了全球的人口。地球上的人类分成了大约200个独立的主权国家，它们通过外交、旅游、贸易和战争相互联系。2.2.1地理学特征地球总面积约为5.10072亿km2，其中约29.2%（1.4894亿km2）是陆地，其余70.8%（3.61132亿km2）是水。陆地主要在北半球，有四个大陆：欧亚大陆、非洲大陆、美洲大陆、澳洲大陆和南极大陆，另个还有很多岛屿。大洋则包括太平洋、大西洋、印度洋，北冰13洋和南冰洋五个大洋及其附属海域。海岸线共356000千米。大部分地区以及其间生物都遭受过类似热带气旋、飓风、或台风这样的极端天气。也有很多地区发生过地震、山崩、海啸、火山爆发、龙卷风、灰岩坑（地层下陷）、洪水、干旱以及其他气候异常和灾难。地壳中包含大量化石燃料沉积：煤、石油、天然气、甲烷气水包合物。这些沉积物被人类使用用来制造能源和作为其他化学物的给料。在腐蚀和行星筑造作用下，含铁矿石组成了地壳。这些金属矿石包含了多种金属质和有用的化学元素。地球生物圈能够产生大量有用的生物产出，包括（但不限于）食物、木材、药物、氧气。生物圈还能回收大量有机垃圾、地面生态系统是依赖于上层土和新鲜水的，而海洋生态系统依赖于陆地上冲刷后融解的的营养物。2.2.2圈层结构内部圈层由地核、地壳、地幔构成。地核位于古氏不连续面以内，地核又以雷门不连续面为界分为两部分：半径约1250km14的内核，即G层，以及在内核外部一直到距地心约3500km的液态外核，即E、F层。F层是地核与地幔的过渡层。一般，人们认为地球内核是一个主要由铁和一部分镍组成的固态核心。从地核外围约2900千米深处的古氏不连续面一直延伸到约33千米深处莫氏不连续面的区域被称作地幔。在地幔底部的压力大约是1.40Matm（140GPa）。那里