地球科學(xué)概論論文

1、克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院地球科學(xué)概論結(jié)課論文姓 名： 周 世 銘 學(xué) 號： 15030983 專 業(yè)： 石油與天然氣地質(zhì)勘探 指導(dǎo)老師： 徐 媛 媛 所在院系： 石油工程系 2016年5月6日1地球的起源與演化摘 要：地球是太陽系的一顆行星，傾斜在黃道面上每年繞太陽公轉(zhuǎn)一圈，每天自轉(zhuǎn) 一周。 地球跟隨太陽繞銀心轉(zhuǎn)動，傾斜在銀道面上，大約2億多年繞銀心轉(zhuǎn)動一周。 地球與月亮為地月系，月亮每月繞地球轉(zhuǎn)動一周。 地球是一個圈層狀結(jié)構(gòu)的近球體。有火山噴發(fā)、地震。巖石及地層發(fā)生了錯 動或彎曲。 地球上存在豐富的生物。低等植物和高等植物，低等動物和高等動物共生在地球 上。在古生代以前的地層中見到的生物主要是原

2、核低等生物化石，古生代開始生 物爆發(fā)式出現(xiàn)，在中生代出現(xiàn)高大的植物和大型的動物，在新生代出現(xiàn)高級動物。關(guān)鍵詞：星系，地球的形成，地球的生命。1 宇宙大爆炸宇宙大爆炸，是描述宇宙誕生初始條件及其后續(xù)演化的宇宙學(xué)模型，宇宙學(xué)家通常所指的大爆炸觀點為:宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太初狀態(tài)演變而來的(根據(jù)2010年所得到的最佳的觀測結(jié)果，這些初始狀態(tài)大約存在于133億年至139億年前)，并經(jīng)過不斷的膨脹與繁衍到達(dá)今天的狀態(tài)。2星系在宇宙中，由兩顆或兩顆以上星球所形成的繞轉(zhuǎn)運動組合體叫做星系。2.1 銀河系銀河系是太陽系所在的恒星系統(tǒng)，包括1,200億顆恒星和大量的星團、星云，

3、還有各種類型的星際氣體和星際塵埃，它的可見總質(zhì)量是太陽質(zhì)量的一千四百億倍。在銀河系里大多數(shù)的恒星集中在一個扁球狀的空間范圍內(nèi)，扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫“核球”，半徑約為7,000光年。核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”。在銀盤外面有一個更大的球狀區(qū)域，那里恒星少，密度小，被稱為“銀暈”，直徑為7萬光年。2.2太陽系太陽系是銀河系的一部分。銀河系是一個棒旋星系，直徑十萬光年，包括一千億到四千億恒星。太陽是銀河系較典型的恒星，離星系中心大約2.5-2.8萬光年。太陽系移動速度約220/s，2.26億年轉(zhuǎn)一圈。太陽系的天體有8個：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星

4、。太陽系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圓軌道上運行，朝同一方向繞太陽公轉(zhuǎn)。除金星以外，其他行星的自轉(zhuǎn)方向和公轉(zhuǎn)方向相同。彗星的繞日公轉(zhuǎn)方向大都相同，多數(shù)為橢圓形軌道，一般公轉(zhuǎn)周期比較長。2.3地球地球是太陽系八大行星之一，按離太陽由近及遠(yuǎn)的次序排為第三顆。它有一個天然衛(wèi)星月球，二者組成一個天體系統(tǒng)地月系統(tǒng)。地球作為一個行星，遠(yuǎn)在46億年以前起源于原始太陽星云。地球會與外層空間的其他天體相互作用，包括太陽和月球。地球是上百萬生物的家園，包括人類，地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一天體。地球赤道半徑6378.137千米，極半徑6356.752千米，平均半徑約6371千米，赤道周長大約為400

5、76千米，地球上71%為海洋，29%為陸地，所以太空上看地球呈藍(lán)色。地球是目前發(fā)現(xiàn)的星球中人類生存的唯一星球。2.3.1地球的結(jié)構(gòu)地球的結(jié)構(gòu)同其他類地行星相似，是層狀的，而這些層可以通過它們的化學(xué)特性和流變學(xué)特性確定。地球擁有一個富含硅的地殼，一個非常粘稠的地幔，一個液體的外核和一個固體的內(nèi)核。地殼是地球表面以下、莫霍面以上的固體外殼，地殼的厚度是不均勻的，地殼平均厚度約17千米，大陸部分平均厚度約33千米，高山、平原地區(qū)(如青藏高原)地殼厚度可達(dá)6070千米;海洋地殼較薄，平均厚度約6千米。地殼厚度的變化規(guī)律是:地球大范圍固體表面的海拔越高，地殼越厚;海拔越低，地殼越薄。地殼的物質(zhì)組成除了沉

6、積巖外，基本上是花崗巖、玄武巖等?；◢弾r的密度較小，分布在密度較大的玄武巖之上，而且大都分布在大陸地殼，特別厚的地方則形成山岳。地殼上層為沉積巖和花崗巖層，主要由硅-鋁氧化物構(gòu)成，因而也叫硅鋁層;下層為玄武巖或輝長巖類組成，主要由硅-鎂氧化物構(gòu)成,稱為硅鎂層。海洋地殼幾乎或完全沒有花崗巖，一般在玄武巖的上面覆蓋著一層厚約0.40.8千米的沉積巖。地殼的溫度一般隨深度的增加而逐步升高，平均深度每增加1千米，溫度就升高30。地幔是介于地表和地核之間的中間層，厚度將近2900千米，主要由致密的造巖物質(zhì)構(gòu)成，這是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層。它的物質(zhì)組成具有過渡性?？拷貧げ糠?，主要是硅酸鹽類的物

7、質(zhì);靠近地核部分，則同地核的組成物質(zhì)比較接近，主要是鐵、鎳金屬氧化物。地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。下地幔頂界面距地表1000公里，密度為4.7克/立方厘米，上地幔頂界面距地表33公里，密度3.4克/立方厘米，因為它主要由橄欖巖組成，故也稱橄欖巖圈。一般認(rèn)為上地幔頂部存在一個軟流層，是放射性物質(zhì)集中的地方，由于放射性物質(zhì)分裂的結(jié)果，整個地幔的溫度都很高，大致在1000到2000或3000之間，這樣高的溫度足可以使巖石熔化，可能是巖漿的發(fā)源地。但這里的壓力很大，約50萬150萬個大氣壓。在這樣大的壓力下，物質(zhì)的熔點要升高。在這種環(huán)境下，地幔物質(zhì)具有一些可塑性，但沒有熔成液體，可能局部處于熔融狀

8、態(tài)，這已從火山噴發(fā)出來的來自地幔的巖漿得到證實。下地幔溫度、壓力和密度均增大，物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。地球各層的壓力和密度隨深度增加而增大，物質(zhì)的放射性及地?zé)嵩鰷芈?，均隨深度增加而降低，近地心的溫度幾乎不變。地核又稱鐵鎳核心，其物質(zhì)組成以鐵、鎳為主，又分為內(nèi)核和外核。內(nèi)核的頂界面距地表約5100公里，約占地核直徑的1/3，可能是固態(tài)的，其密度為10.5-15.5克/立方厘米。外核的頂界面距地表2900公里，可能是液態(tài)的，其密度為9-11克/立方厘米。推測外地核可能由液態(tài)鐵組成，內(nèi)核被認(rèn)為是由剛性很高的，在極高壓下結(jié)晶的固體鐵鎳合金組成。地核中心的壓力可達(dá)到350萬個大氣壓，溫度是6000攝氏度。在這

9、樣高溫、高壓的條件下，地球中心的物質(zhì)的特點是在高溫、高壓長期作用下，猶如樹脂和蠟一樣具有可塑性，但對于短時間的作用力來說，卻比鋼鐵還要堅硬。2.3.2地球的形成早期的假說主要分兩大派。一派認(rèn)為太陽系是由一團旋轉(zhuǎn)的高溫氣體逐漸冷卻凝固而成的，稱為漸變派，以康德（I.Kant，1755）和P.S.拉普拉斯(1796)為代表。另一派認(rèn)為太陽系是由 2個或 3個恒星發(fā)生碰撞或近距離吸引而產(chǎn)生的，稱為災(zāi)變派。這派的代表最早是布豐(G.L.L.Buffon,1745),以后是張伯倫(T.C.Chamberlin)和摩耳頓 (F.R.Moulton,1901)，還有金斯(J.H.Jeans,1916)Sir

10、 H.杰弗里斯(1918)等人。早期的地球起源假說主要是企圖解釋一些天文現(xiàn)象，如： 軌道規(guī)律性行星的軌道都幾近圓形（冥王星例外），軌道平面和太陽赤道面很接近。相似的情況也存在于有規(guī)律的衛(wèi)星系。 兩類行星行星的性質(zhì)明顯地分成兩類：內(nèi)行星（水、金、地、火）的質(zhì)量小、密度大、衛(wèi)星少；外行星(木、土、天、海)的質(zhì)量大、密度小、衛(wèi)星多。冥王星處在太陽系的邊緣，有些性質(zhì)是特殊的。 角動量的分布對太陽系來說，太陽的質(zhì)量占全系質(zhì)量的99以上,但它的角動量卻還不到全系的1。以單位質(zhì)量所具有的角動量而論，行星的比太陽的大得多。通過怎樣一種作用才能使一個原來大致均勻的統(tǒng)一體系變成這樣一個系統(tǒng)，是太陽系起源假說所必須

11、回答的問題。早期的兩派假說各有許多變種，但都不能全部滿意地解釋上述的觀測事實。如拉普拉斯的星云假說認(rèn)為太陽系起源于一團高溫、旋轉(zhuǎn)的氣體星云，因冷卻而收縮，所以越轉(zhuǎn)越快。快到一定程度后，就由它的外緣拋出一個物質(zhì)環(huán)。星云繼續(xù)收縮，以后又可拋出一個物質(zhì)環(huán)。如此繼續(xù)，以后這些物質(zhì)環(huán)便都各自聚成行星。有規(guī)則的衛(wèi)星系也是經(jīng)過類似的過程形成的。這樣，太陽系軌道的規(guī)律性便得到自然的解釋。無論這樣形成的物質(zhì)環(huán)能否聚成行星，但由計算表明，即使將所有行星現(xiàn)有的角動量都轉(zhuǎn)移到太陽上，太陽所增加的角動量也不足以使物質(zhì)從它表面上拋出去。另一方面，如果行星物質(zhì)來自太陽,它們單位質(zhì)量的角動量應(yīng)當(dāng)和太陽的差不多,但實際它們相差

12、很大?，F(xiàn)代的認(rèn)識以前的假說都從太陽系的天文觀測開始，但對我們自己的地球卻未給予足夠的注意。其實地球上未嘗不能找到地球起源和演化的線索。地球物理觀測表明,地球有3大部分：地殼、地幔和地核。地核又分為兩層，外層是液體，內(nèi)核是固體。地核的成分，主要是鐵，但含有少量的鎳。近年的觀測又發(fā)現(xiàn)鐵鎳地核的密度顯得太大些，而其中傳播的地震波速度又顯得太小。這就要求地核的成分還需包括1020的輕元素。大多數(shù)地球化學(xué)家認(rèn)為這個輕元素是硫(S),也許還有硅(Si)；也有少數(shù)人認(rèn)為是氧(O)。地球最外層的地殼平均厚度只有3040公里，其下直到2900公里的深度是地幔。地殼厚度與地幔相比只是一層薄膜。一般認(rèn)為地殼是由地幔

13、物質(zhì)經(jīng)過化學(xué)分異而形成的。如果在地球的歷史中，地幔是由全部熔融的液體凝固而成的，則這種化學(xué)分異作用應(yīng)當(dāng)是很充分的。這樣，地殼就不應(yīng)這樣薄。這表明地球從未處于完全熔融的狀態(tài)，只能是發(fā)生過局部的熔化。從40年代中期起，人們逐漸傾向于太陽系起源于低溫的觀點。他們認(rèn)為行星不是由高溫氣體凝固而成的，而是由溫度不高（低于1000）的固體塵埃物質(zhì)積聚而成的。積聚的早期溫度不高，但成星的后期或成星以后，由于引力能的釋放和放射性物質(zhì)的衰變生熱，行星內(nèi)部增溫，甚至可導(dǎo)致局部物質(zhì)的熔化。地球上另一重要線索是隕石。隕石是來自地外空間的天體碎片,年齡和地球是同量級的,可能與地球同一來源。隕石有多種類型，最常見的一類叫做

14、球粒隕石。它的化學(xué)成分，除了容易揮發(fā)的元素外，與太陽光球中的元素成分或地球的估計成分很接近,但也有幾種元素,與球粒隕石相比，地球上顯得奇缺。正是通過這種差異并與其他的內(nèi)行星作比較，地球化學(xué)家對地球的形成機制和演化作出了重要的貢獻(xiàn)。2.3.3地球生命的演化生命起源至人類文明，大致可分為3個階段。1、前生命的化學(xué)進化階段澳大利亞、南非太古宙的化石證據(jù)和穩(wěn)定同位素分析研究結(jié)果表明：地球生命和地球上最老的巖石一樣古老，即在太古宙早期（3538億年前），細(xì)胞形式的生命就已經(jīng)出現(xiàn)了。如果前生命的化學(xué)進化是在地球表面進行的，那么這只能發(fā)生在38億年前40億年前。原因：地質(zhì)學(xué)家地殼大約自40億年前逐漸形成。2

15、、生物學(xué)進化階段地球上最早的細(xì)胞生命的誕生即具有與外界分隔的生物膜，同時又有內(nèi)部膜分隔的、有形態(tài)學(xué)特征的、有個性的生命的最初出現(xiàn)，標(biāo)志著前生命的化學(xué)進化的完成和生物學(xué)進化的開始。從最早的細(xì)胞生命出現(xiàn)開始的生物學(xué)進化，經(jīng)歷了：太古宙（38億年前25億年前）、元古宙（25億年前6億年前）、顯生宙（6億年前至今)3大地質(zhì)時代，歷時38億年之久。3、文化進化與生物學(xué)進化并行和相互制約階段在顯生宙末的最近的幾千年，地球上的人類進入文明階段，從此，生物圈的進化愈來愈受人類活動的影響和控制，人類文化與生物的進化相互作用、相互制約，這就是生命史最后一個階段的特征。生命演化史（1）單細(xì)胞生物的繁衍和早期生態(tài)系統(tǒng)

16、的建立單細(xì)胞生物居于統(tǒng)治地位占據(jù)了地球生命存在的幾乎6/7的時間。這一時期又可以分為以原核生物和真核生物分別占主體的兩個發(fā)展階段。1.原核生物的發(fā)展在細(xì)胞形成的早期，以原核生物藍(lán)菌為主體的單細(xì)胞生物很快便開始了生命的第一次生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建和擴張，成為當(dāng)時生物界的主宰。當(dāng)然，現(xiàn)在對古代藍(lán)菌光合作用的類型，即對它的釋氧能力還不清楚（光系統(tǒng)1為非釋氧型，光系統(tǒng)2為非釋氧型）。但是地質(zhì)記錄表明當(dāng)時大氣圈中的自由氧的積累是極緩慢的，又經(jīng)過漫長的15億年即到距今20億年前，大氣的氧氣分壓才達(dá)到現(xiàn)在大氣分壓的10%15%。因此，人們猜測古代藍(lán)細(xì)菌只具有光系統(tǒng)。2.真核生物的興起由于環(huán)境因素的驅(qū)動，原核生物藍(lán)細(xì)

17、菌生態(tài)體系走向衰落，真核生物走向它的興盛和繁榮，表現(xiàn)在疊層石豐度和形態(tài)多樣性的顯著下降和主要真核生物構(gòu)成的海水表層浮游生態(tài)系統(tǒng)和海濱底棲生態(tài)系統(tǒng)逐漸形成，出現(xiàn)了歷史上第二次生態(tài)擴張。真核生物從它的開始就表現(xiàn)出了比原核生物明顯突出的多樣化趨勢。（2）多細(xì)胞生物出現(xiàn)1.多細(xì)胞植物誕生目前，明確的多細(xì)胞群集植物化石在大約6億年前元古宙晚期地震旦紀(jì)。在中國貴州地陡山沱組磷塊巖中保存了多種形式的植物化石，其中發(fā)現(xiàn)有兩種類型的植物：一種是表現(xiàn)為細(xì)胞群體的結(jié)構(gòu)，它們是由無數(shù)細(xì)胞不規(guī)則集聚成形態(tài)不定的集群，或者由幾十到幾百個形態(tài)相似的細(xì)胞有規(guī)則地排列成球狀地集群；另一種則是具有明確多細(xì)胞生物結(jié)構(gòu)地化石葉藻。葉

18、藻是有宏觀體積地葉狀植物體，它地內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有皮層和髓層地分化，髓層由薄壁組織和假薄壁組織構(gòu)成。2.多細(xì)胞動物的誕生目前，一般認(rèn)為多細(xì)胞動物的發(fā)生要比植物晚。明確的最早的多細(xì)胞動物化石發(fā)現(xiàn)于澳大利亞南部伊迪卡拉地區(qū)的晚前寒武紀(jì)，約5.7億5.5億年的龐德石英砂巖中。多細(xì)胞生物帶來的不僅僅是生物個體體積規(guī)模的增大，它出現(xiàn)了細(xì)胞的分化和由大量不同分化細(xì)胞級聯(lián)形成的整體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了生物體內(nèi)精細(xì)的組織、器官、系統(tǒng)的秩序構(gòu)建，出現(xiàn)了各項生命機能的分工。多細(xì)胞生物對環(huán)境的適應(yīng)能力大大地增強了，生物個體間的交流方式也同時極大地豐富了，由多細(xì)胞生物建立起來的生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和規(guī)模更是單細(xì)胞生物所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能比擬

19、的。（3）多細(xì)胞生物出現(xiàn)后的生物演進在大約5.4億5.5億年前，多細(xì)胞生物迅速大量地出現(xiàn)，相應(yīng)地地質(zhì)學(xué)地顯生宙時代開始。多細(xì)胞生物地出現(xiàn)帶來了地球生命地巨大進步，單細(xì)胞生物在生物界地主角地位很快地被多細(xì)胞植物和動物取代了。在進化中植物由水生走上了陸地，經(jīng)苔蘚植物、蕨類植物，最終發(fā)展出龐大的裸子植物、被子植物群落，成為今天地球上最重要的生態(tài)景觀；動物更是展開了一幅波瀾壯闊的進化畫卷，無脊椎動物和脊椎動物先后登陸，兩棲、爬行、哺乳、鳥類動物相繼進化出現(xiàn)。從生物學(xué)的角度，多細(xì)胞的進化主要表現(xiàn)在兩個方面，第一是生物個體結(jié)構(gòu)與功能的一系列進化革新，第二是大量新的生物物種形成、生態(tài)系統(tǒng)迅速擴張并覆蓋全球。

20、1、多細(xì)胞生物結(jié)構(gòu)的進化（1）植物首次骨骼化，鈣藻出現(xiàn)，植物木質(zhì)化維管系統(tǒng)形成，陸生維管植物誕生，被子植物起源；（2）動物極性軀體結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展、防護和支撐系統(tǒng)出現(xiàn)，無脊椎動物高級類群產(chǎn)生，呼吸系統(tǒng)形成及外骨骼特化，昆蟲及其它陸生節(jié)肢動物起源；（3）動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展、頭及內(nèi)骨骼形成，脊椎動物魚類起源，繼之運動和呼吸器官改造，兩棲類動物出現(xiàn)，生殖系統(tǒng)進化，體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展，溫血動物出現(xiàn)，生殖方式進化，哺乳動物起源，飛翔器官產(chǎn)生，爬行動物向鳥類進化。2、多細(xì)胞生物物種和生態(tài)系統(tǒng)的進化（1）第三次擴張開始于大約6億年前至寒武紀(jì)早期，以生物多樣性急劇增加為主要特征的生態(tài)擴張過程。多樣化的淺海底棲多

21、細(xì)胞藻類植物和無脊椎動物與大量浮游的單細(xì)胞真核藻類植物和原生生物結(jié)合，形成了濱海、淺海、半深海和大洋表層、中層水域的生態(tài)系統(tǒng)。（2）第四次擴張大約開始于4億年前，主要特征是，陸地維管植物和陸生動物的出現(xiàn)引導(dǎo)陸地生態(tài)系統(tǒng)的建立，同時海洋生物進一步向中深層和深海底發(fā)展，覆蓋全球的生物圈形成。(4）人類的起源生命經(jīng)過了38億年的漫長的進化歷史，在大約400到1000萬年前走上了人類誕生的道路。人類在龐大的生物學(xué)系統(tǒng)中，實實在在只占據(jù)著一個十分微小的位置。人在生物界中的分類位置：真核:異養(yǎng)、組織器官發(fā)達(dá)動物界脊索動物門：原脊索動物亞門，脊椎動物亞門脊椎動物亞門包括：軟骨魚綱、硬骨魚綱、無頜魚綱、兩棲綱

22、、爬行綱、鳥綱、哺乳動物綱。恒溫、熱血動物，無羽毛、哺乳、毛發(fā)哺乳動物綱：原獸亞綱、后獸亞綱、真獸亞綱真獸亞綱:包括食蟲目、食肉目、靈長目等等靈長目人類科人類屬智人種（Homosapiens）根據(jù)膚色、發(fā)形等體質(zhì)特征把全世界的人劃分為4個人種:（1）蒙古利亞人(Mongoloid)或稱黃種人（2）高加索人(Caucasoid)或稱白種人（3）尼格羅人(Negroid)或稱黑種人（4）澳大利亞人(Australoid)或稱棕種人進化歷程：人類學(xué)家運用比較解剖學(xué)的方法，研究各種古猿化石和人類化石,測定它們的相對年代和絕對年代，從而確定人類化石的距今年代，將人類的演化歷史大致劃分為幾個階段。遺傳學(xué)家則運用生物化學(xué)和分子生物學(xué)的方法，研究現(xiàn)代人類、各種猿類及其他高等靈長類動物之間的蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸(DNA)的差別大小和變異速度，從而計算出其各自的起源和分化年代。目前，學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為，古猿轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟愂甲娴臅r間在700萬年前。 從已發(fā)現(xiàn)的人類化石來看，人類的演化大致可以分為以下四個階段： (1) 南方古猿階段。已發(fā)現(xiàn)的南方古猿生存于44