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地球的起源?

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地球的起源?

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  • 2019-03-10 14:18:32
      地球大约形成于45亿多年前,这颗岩石行星最初只是漂浮在太空里的尘埃,这些尘埃源自于巨大古老的恒星在寿命终止时的大爆炸。
    地球自形成以来也可以划分为5个"代",从古到今是:太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。有些代还进一步划分为若干"纪",如古生代从远到近划分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪;中生代划分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪;新生代划分为第三纪和第四纪。
      这就是地球历史时期的最粗略的划分,我们称之为"地质年代",不同的地质年代人有不同的特征。 距今24亿年以前的太古代,地球表面已经形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈。但那时地壳很不稳定,火山活动频繁,岩浆四处横溢,海洋面积广大,陆地上尽是些秃山。
      这时是铁矿形成的重要时代,最低等的原始生命开始产生。 距今24亿年-6亿年的元古代。这时地球上大部分仍然被海洋掩盖着。到了晚期,地球上出现了大片陆地。"元古代"的意思,就是原始生物的时代,这时出现了海生藻类和海洋无脊椎动物。 距今6亿年-2。
      5亿年是古生代。"古生代"是意思是古老生命的时代。这时,海洋中出现了几千种动物,海洋无脊椎动物空前繁盛。以后出现了鱼形动物,鱼类大批繁殖起来。一种用鳍爬行的鱼出现了,并登上陆地,成为陆上脊椎动物的祖先。两栖类也出现了。北半球陆地上出现了蕨类植物,有的高达30多米。
      这些高大茂密的森林,后来变成大片的煤田。 距今2。5亿年-0。7亿年的中生代,历时约1。8亿年。这是爬行动物的时代,恐龙曾经称霸一时,这时也出现了原始的哺乳动物和鸟类。蕨类植物日趋衰落,而被裸子植物所取代。中生代繁茂的植物和巨大的动物,后来就变成了许多巨大的煤田和油田。
      中生代还形成了许多金属矿藏。 新生代是地球历史上最新的一个阶段,时间最短,距今只有7000万年左右。这时,地球的面貌已同今天的状况基本相似了。新生代被子植物大发展,各种食草、食肉的哺乳动物空前繁盛。自然界生物的大发展,最终导致人类的出现,古猿逐渐演化成现代人,一般认为,人类是第四纪出现的,距今约有240万年的历史。
       人类居住的地球就是这样一步一步地一直演化到现在,逐渐形成了今天的面貌。

    爱***

    2019-03-10 14:18:32

其他答案

    2019-03-10 13:40:10
  •   
     关于地球的起源问题,已有相当长的探讨历史了。在古代,人们就曾探讨了包括地球在内的天地万物的形成问题,在此期间,逐渐形成了关于天地万物起源的"创世说"。其中流传最广的要算是《圣经》中的创世说。在人类历史上,创世说曾在相当长的一段时期内占据了统治地位。
       自1543年波兰天文学家哥白尼提出了日心说以后,天体演化的讨论突破了宗教神学的桎梏,开始了对地球和太阳系起源问题的真正科学探讨。1644年,笛卡儿(R。Descartes)在他的《哲学原理》一书中提出了第一个太阳系起源的学说,他认为太阳、行星和卫星是在宇宙物质涡流式的运动中形成的大小不同的旋涡里形成的。
      一个世纪之后,布封( Buffon)于1745年在《一般和特殊的自然史》中提出第二个学说,认为:一个巨量的物体,假定是彗星,曾与太阳碰撞,使太阳的物质分裂为碎块而飞散到太空中,形成了地球和行星。事实上由于彗星的质量一般都很小,不可能从太阳上撞出足以形成地球和行星的大量物质的。
      在布封之后的200年间,人们又提出了许多学说,这些学说基本倾向于笛卡尔的"一元论",即太阳和行星由同一原始气体云凝缩而成;也有"二元论"观点,即认为行星物质是从太阳中分离出来的。1755年,著名德国古典哲学创始人康德(I。Kant)提出"星云假说"。
      1796年,法国著名数学和天文学家拉普拉斯(P。S。Laplace)在他的《宇宙体系论》一书中,独立地提出了另一种太阳系起源的星云假说。由于拉普拉斯和康德的学说在基本论点上是一致的,所以后人称两者的学说为"康德-拉普拉斯学说"。整个十九世纪,这种学说在天文学中一直占有统治的地位。
         到本世纪初,由于康德-拉普拉斯学说不能对太阳系的越来越多的观测事实作出令人满意的解释,致使"二元论"学说再度流行起来。1900年,美国地质学家张伯伦(T。 C。 Chamberlain)提出了一种太阳系起源的学说,称为"星子学?quot;;同年,摩耳顿(F。
       R。 Moulton)发展了这个学说,他认为曾经有一颗恒星运动到离太阳很近的距离,使太阳的正面和背面产生了巨大的潮汐,从而抛出大量物质,逐渐凝聚成了许多固体团块或质点,称为星子,进一步聚合成为行星和卫星。   现代的研究表明,由于宇宙中恒星之间相距甚远,相互碰撞的可能性极小,因此,摩耳顿的学说不能使人信服。
      由于所有灾变说的共同特点,就是把太阳系的起源问题归因于某种极其偶然的事件,因此缺少充分的科学依据。著名的中国天文学家戴文赛先生于1979年提出了一种新的太阳系起源学说,他认为整个太阳系是由同一原始星云形成的。这个星云的主要成份是气体及少量固体尘埃。
      原始星云一开始就有自转,并同时因自引力而收缩,形成星云盘,中间部分演化为太阳,边缘部分形成星云并进一步吸积演化为行星。  总的来说,关于太阳系的起源的学说已有40多种。本世纪初期迅速流行起来的灾变说,是对康德-拉普拉斯星云说的挑战;本世纪中期兴起的新的星云说,是在康德-拉普拉斯学说基础上建立起来的更加完善的解释太阳系起源的学说。
      人们对地球和太阳系起源的认识也是在这种曲折的发展过程中得以深化的。   至此,我们可以对形成原始地球的物质和方式给出如下可能的结论。形成原始地球的物质主要是上述星云盘的原始物质,其组成主要是氢和氦,它们约占总质量的98%。此外,还有固体尘埃和太阳早期收缩演化阶段抛出的物质。
      在地球的形成过程中,由于物质的分化作用,不断有轻物质随氢和氦等挥发性物质分离出来,并被太阳光压和太阳抛出的物质带到太阳系的外部,因此,只有重物质或土物质凝聚起来逐渐形成了原始的地球,并演化为今天的地球。水星、金星和火星与地球一样,由于距离太阳较近,可能有类似的形成方式,它们保留了较多的重物质;而木星、土星等外行星,由于离太阳较远,至今还保留着较多的轻物质。
      关于形成原始地球的方式,尽管还存在很大的推测性,但大部分研究者的看法与戴文赛先生的结论一致,即在上述星云盘形成之后,由于引力的作用和引力的不稳定性,星云盘内的物质,包括尘埃层,因碰撞吸积,形成许多原小行星或称为星子,又经过逐渐演化,聚成行星,地球亦就在其中诞生了。
      根据估计,地球的形成所需时间约为1千万年至1亿年,离太阳较近的行星(类地行星),形成时间较短,离太阳越远的行星,形成时间越长,甚至可达数亿年。   至于原始的地球到底是高温的还是低温的,科学家们也有不同的说法。从古老的地球起源学说出发,大多数人曾相信地球起初是一个熔融体,经过几十亿年的地质演化历程,至今地球仍保持着它的热量。
      现代研究的结果比较倾向地球低温起源的学说。地球的早期状态究竟是高温的还是低温的,目前还存在着争论。然而无论是高温起源说还是低温起源说,地球总体上经历了一个由热变冷的阶段,由于地球内部又含有热源,因此这种变冷过程是极其缓慢的,直到今天地球仍处于继续变冷的过程中。
       二、地球的演化   地表的基本轮廓可以明显地分为两大部分,即大陆和大洋盆地。大陆是地球表面上的高地,大洋盆地是相对低洼的区域,它为巨量的海水所充填。大陆和大洋盆地共同构成了地球岩石圈的基本组成部分。因此,岩石圈的演化问题,也就是大陆和大洋盆地的构造演化问题。
      有关地球内部的结构请参见地球各圈层结构一节。   现在,绝大部分地球科学家都确认大陆漂移现象,并一致认为地球上海洋与陆地的结构分布和变化与大陆漂移运动直接相关。比较坚硬的地球岩石圈板块作为一个单元在其之下的地球软流圈上运动;由于岩石圈板块的相对运动,导致了大陆漂移,并形成了今天地球上的海洋和陆地的分布。
      地球岩石圈可分为大洋岩石圈和大陆岩石圈,总体上,前者的厚度是后者的一半,其中大洋岩石圈厚度很不均匀,最厚处可达80公里。   大部分大型的地球板块由大陆岩石圈和大洋岩石圈组成,但面积巨大的太平洋板块由单一的大洋岩石圈构成。地球上陆地面积约占整个地球面积的30%,其中约70%的陆地分布在北半球,并且位于近赤道和北半球中纬度地区,这很可能与地球自转引起的大陆岩块的离极运动有关。
         在全球范围内,分布在大陆附近的大陆壳岛屿几乎全部位于大陆的东海岸一侧,个别一些大陆东部边缘,则被一连串的大陆壳岛屿构成的花彩状岛群所环绕,形成了显著的向东凸出的岛弧。这种全球大陆壳岛屿的分布特征,可以用岩石圈板块的普遍向西运动和边缘海底的扩张理论来加以解释。
      长期以来,人们就注意到地表上的某些大陆构造能够拼合在一起,这就好像是一个拼板玩具,特别是非洲的西海岸与南美洲的东海岸之间的吻合性最为明显。这种现象可以用大陆岩石圈的直接破裂和大陆岩块体的长期漂移得到解释。这就是我们后面将要介绍的关于杜托特提出的现今的大陆是由北半球的劳亚古陆和南极洲附近的冈瓦纳古陆的破裂后漂移形成的。
        1966年,梅纳德(H。 W。 Menard)等汇集了当时所有的有关海洋深度的探测资料,再度进行了世界海洋深度的统计,得到全球陆地在海平面以上的平均高程为0。875公里,大洋的平均深度为3。729公里。大陆和大洋之间存在为海水所淹没的数拾公里宽的边缘地带,这个地带包括大陆架和大陆坡,两者共占地球表面积的10。
      9%。大陆地壳和大洋地壳的差异非常明显,大陆地壳的化学成份主要是花岗岩质,而大洋盆地下的岩石主要是由玄武岩或辉长岩构成。因此,整个地壳又可以分为大陆硅铝壳和大洋硅镁壳两大类型。   有关大陆的起源问题,地质和地球物理学家杜托特(A。 L。 Du Toit)于1937年在他的《我们漂移的大陆》一书中提出了地球上曾存在两个原始大陆的模式。
      如果这个模式成立,那么这两个原始大陆分别被称为劳亚古陆(Lanrasia)和冈瓦纳古陆(Gondwanaland);这实际上就象以前魏格纳等人所主张的那样,把全球大陆只拼合为一个古大陆。杜托特认为,两个原始大陆原来是在靠近地球两极处形成的,其中劳亚古陆在北,冈瓦纳古陆在南,在它们形成以后,便逐渐发生破裂,并漂移到今天大陆块体的位置。
         早在19世纪末,地质家学休斯(E。 Suess)已认识到地球南半球各大陆的地质构造非常相似,并将其合并成一个古大陆进行研究,并称其为冈瓦纳古陆,这个名称源于印度东中部的一个标准地层区名称(Gondwana)。冈瓦纳古陆包括现今的南美洲、非洲、马达加斯加岛、阿拉伯半岛、印度半岛、斯里兰卡岛、南极洲、澳大利亚和新西兰。
      它们均形成于相同的地质年代,岩层中都存在同种的植物化石,被称为冈瓦纳岩石。杜托特用以证明劳亚古陆和冈瓦纳古陆的存在和漂移的主要证据,是来自地质学、古生物学和古气候学方面。根据三十多年中积累起来的资料,有力地证明冈瓦纳古陆的理论基本上是正确的。
        劳亚古陆是欧洲、亚洲和北美洲的结合体,这些陆块即使在现在还没有离散得很远。劳亚古陆有着很复杂的形成和演化历史,它主要由几个古老的陆块合并而成,其中包括古北美陆块、古欧洲陆块、古西伯利亚陆块和古中国陆块。在晚古生代(距今约3亿年前)这些古陆块逐步靠扰并碰撞,大致在石炭纪早中期至二叠纪(即2亿至2亿7千万年前)才逐步闭合。
      古地质、古气候和古生物资料表明,劳亚古陆在石炭~二叠纪时期位于中、低纬度带。在中生代以后(即最近的1-2亿年间)劳亚大陆又逐步破裂解体,从而导致北大西洋扩张形成。研究表明,全球新的造山地带的形成和分布,都是劳亚古陆和冈瓦纳古陆破裂和漂移的构造结果。
      在这过程中,大陆岩块的不均匀向西运动和离极运动的规律十分明显。总的看来,劳亚古陆曾位于北半球的中高纬度带,冈瓦纳古陆则曾一度位于南半球的南极附近;这两个大陆之间由被称为古地中海(也称为特提斯地槽)的区域所分隔开。  在杜托特(1937年)提出劳亚古陆与冈瓦纳古陆理论之前,魏格纳(A。
      L。Wegener)早在1912年曾提出了地球上曾只有一个原始大陆存在的理论,称为联合古陆。魏格纳认为,它是在石炭纪时期(距今约2。2亿-2。7亿年前)形成的。魏格纳把联合古陆作为他描述大陆漂移的出发点。然而根据人们现在的认识,魏格纳所提出的联合古陆决不是一个原始的大陆。
      虽然仍有很大一部分人赞同联合古陆观点,但他们所作出的古大陆复原图与魏格纳所提出的复原图相比,已存在很大的差别,相反倒有些接近杜托特的两个古大陆分布的理论。   最近2亿年以来的大陆漂移和板块运动,已得到了确切证明和广泛的承认。然而有人推测,板块运动很可能早在30亿年前就已经开始了,而且不同地质时期的板块运动速度是不同的,大陆之间曾屡次碰撞和拼合,以及反复破裂和分离。
      大陆岩块的多次碰撞形成了褶皱山脉,并连接在一起形成新的大陆,而由大洋底扩张形成新的大洋盆地。因此,要准确复原出大陆在2亿多年前所谓的"漂移前的漂移"是十分困难的。地球的年龄已有46亿年历史,目前已经知道地球上最古老的岩石年龄为37亿年,并且分布的面积相当小。
      这样,从46亿年到37亿年间,约有9亿年的间隔完全缺失地质资料。此外,地球上25亿年前的地质记录也非常有限,这对研究地球早期的历史状况带来不少困难,因此,直到现在我们还没有一个关于地球早期历史的统一的理论。 大洋的起源与演化   有关大洋的起源和演化研究从本世纪初才开始,在此之前一般认为大洋盆地是地球表面上永存的形态,也即大洋盆地自从贮水形成以来,其位置和分布格局是固定的。
      随着地球科学的发展,特别是本世纪初以魏格纳为首的大陆漂移这一革命性的学说的提出,对自最近的2亿多年以来大洋的起源和演化有了突破性的认识。   对于大陆漂移学说,并非一开始就得到许多人支持的,因为当时对引起大陆漂移的机制,即力源问题并没有很好解决。
      1931年,霍姆斯等人提出了地幔对流学说,用于解释大陆漂移的力源,然而这个观点在当时很少受到人们的注意。19世纪后期,有人建立了地球收缩的全球构造学说,用于解释地球上为什么会有如此大规模的造山运动。然而,本世纪50年代以后,随着全球性大洋中裂谷的巨大拉张性证据的发现,收缩学说被普遍放弃了,与此同时,地球膨胀学说很快流行起来。
      膨胀说认为,地球开始时很小,直径是现今地球的一半。由于地球大幅度膨胀,原始地壳裂开成为现在的大陆,裂开的地方经过不断发展成为现代的大洋盆地。并且,由于地球的大幅度膨胀引起的所谓大陆漂移,表明大陆块基本上是停留在原地的,即各大陆之间和大陆相对于地幔之间并没有发生过显著的移动。
      由于膨胀说无法解释大陆地壳上广泛发育的褶皱山脉构造特征是怎么形成的,霍姆斯等人的地幔对流说很快再次被重视。60年代初,随着洋底探测资料的迅速积累,赫斯(H。 H。 Hess)和迪茨(R。 S。 Dietz)首先把地幔对流方案发展为海底扩张的学说。
      赫斯在1962年发表了《大洋盆地的历史》一文,提出了大洋起源的新观点,即海底扩张理论。赫斯认为洋底的主要构造就是由地幔对流作用的直接表现。海底扩张理论证明,大陆和洋底是在对流着的地幔上被动地移动着,而不像早期的大陆漂移说所主张的大陆在洋底上主动漂移。
      海底扩张理论提出后不久,一些别的洋底观测结果,诸如洋底地壳构造、地磁、地震震源和地热流量分布等对这个理论提供了有力证据。这种情况下,使得大部分的学者都转向了关于海底扩张的研究。现在已经普遍确认,可以用海底扩张和板块运动理论解释大洋起源和演化,大洋盆地的固定论看来是过时了。
      海底扩张和板块构造学说对大洋的起源和演化的理论解释的基础都是地幔对流说。  现代研究证实,大洋最初是在大陆内部孕育的,并开始于大陆岩石圈中的裂谷。大陆在裂谷处破裂并相互分离,从而开始产生新的大洋盆地。魏格纳曾把南大西洋两对岸的吻合作为阐述大陆漂移说的出发点。
      事实上,把南美洲与非洲两大陆拼合到一起,不仅大陆边沿地形轮廓非常吻合,而且岩石类型和地质构造也可以对接起来。现已证明,大西洋在二叠纪(2亿5千万年前)时还根本不存在,据估计,形成中大西洋的大陆裂谷发生在稍后的三叠纪(约1亿6千万-1亿9千万年前)。
      至侏罗纪末期(约1亿2千万年前),中大西洋可能已张开达1000公里的宽度;南大西洋的张开大约开始于早白垩纪(约1亿1千万年前),而最初的裂谷发生在晚侏罗纪(约1亿3千万年前);北大西洋张开最晚,大约开始于第三纪初(约6000-7000万年前),与此同时,由北大西洋裂谷向东北延展而伸入格陵兰与欧洲之间,挪威海随之张裂开。
      从6千万年到2千万年前,挪威海、巴芬海和北大西洋主体都在扩张,但速率和方向均有些变化。综上所述,现今的那些广阔的大洋盆地并不是从来如此,而是长期的地球运动和演化的结果。大洋由狭窄海湾到宽阔盆地的发展,是通过持续发生的大规模海底扩张过程实现的。
      海底扩张和板块运动的动力都是地幔对流。   由于地球原始地壳自从形成以来,从来没有停止过大规模的地质构造形态的运动。因此,可以肯定地说,现在地球上大洋和陆地的形态就是过去数拾亿年来大规模地壳运动的结果。 。

    孙***

    2019-03-10 13:40:10

  • 2019-03-10 13:38:41
  •    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。例如:地球内部的构造和能源分布,地震的成因,等等。   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。
      若想从现在的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。
       编辑本段地球   地球形成时基本上是各种石质物的混合物,如果积聚过程持续107~108年,则短寿命放射性元素的衰变和固体颗粒动能的影响都不大。初始地球的平均温度估计不超过1000℃,所以全部处于固态。形成后,由于长寿命放射性物质的衰变和引力位能的释放,内部慢慢增温,以致原始地球所含的铁元素转化成液态,某些铁的氧化物也将还原。
      液态铁由于密度大而流向地心,形成地核(这个过程何时开始,现在已否结束,意见颇有分歧)。由于重的物质向地心集中,释放的位能可使地球的温度升高约2000℃。这就促进了化学分异过程,由地幔中分出地壳。地壳岩石受到大气和水的风化和侵蚀,产生了沉积和沉积岩,后者受到地下排出的气体和溶液,以及温、压的作用发生了变质而形成了变质岩。
      这些岩石继续受到以上各种作用,可能经受过多次轮回的熔化和固结,先形成一个大陆的核心,以后增长成为大陆。 原始地球不可能保持大气和海洋,它们都是次生的。海洋是地球内部增温和分异的结果,但大气形成的过程要更复杂。原生的大气可能是还原性的。当绿色植物出现后,它们利用太阳辐射使水气(H2O)和CO2发生光合作用,产生了有机物和自由氧。
      当氧的产生多于消耗时,自由氧才慢慢积累起来,在漫长的地质年代中,便形成了现在主要由氮和氧所组成的大气。 编辑本段早期的假说   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)Sir H。杰弗里斯(1918)等人。早期的地球起源假说主要是企图解释一些天文现象,如:   ① 轨道规律性 行星的轨道都几近圆形(冥王星例外),轨道平面和太阳赤道面很接近。相似的情况也存在于有规律的卫星系。   ② 两类行星 行星的性质明显地分成两类:内行星(水、金、地、火)的质量小、密度大、卫星少;外行星(木、土、天、海)的质量大、密度小、卫星多。
      冥王星处在太阳系的边缘,有些性质是特殊的。   ③ 角动量的分布 对太阳系来说,太阳的质量占全系质量的99%以上,但它的角动量却还不到全系的1%。以单位质量所具有的角动量而论,行星的比太阳的大得多。通过怎样一种作用才能使一个原来大致均匀的统一体系变成这样一个系统,是太阳系起源假说所必须回答的问题。
         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。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。   灾变论者将一部分的角动量归因于另外一个恒星,从而绕过了行星角动量过大的困难。在金斯和杰弗里斯的潮引假说中,他们设想有另外一个恒星从太阳旁边掠过或发生边缘碰撞,因而从太阳吸引出一股物质条带,并同时给它一定的角动量。
      恒星掠过后,这个条带分裂成若干块,以后各自成为行星。因为太阳与恒星起初是互相接近,碰撞后又彼此分离,所以吸引出的条带是两头小,中间大,并且它的物质是来自太阳的不同深处。这样,这个假说似乎可以解释太阳系的前两个特点,不过卫星系的产生就很难再采用同样的办法了。
      但这个假说其实并未真正克服角动量的困难。计算表明,恒星所能给与物质条带的角动量远不能将它抛到太阳系的边缘。即使这样能产生行星,它们离太阳最远也不超过几个太阳半径。此外,如果带状物质是从太阳内部引出来的,它的温度可能不下于一千万度。它将像大爆炸一样,很快向太空散去,不可能聚成行星。
       编辑本段现代的认识   以前的假说都从太阳系的天文观测开始,但对我们自己的地球却未给予足够的注意。其实地球上未尝不能找到地球起源和演化的线索。地球物理观测表明,地球有3大部分:地壳、地幔和地核。地核又分为两层,外层是液体,内核是固体。地核的成分,主要是铁,但含有少量的镍。
      近年的观测又发现铁镍地核的密度显得太大些,而其中传播的地震波速度又显得太小。这就要求地核的成分还需包括10~20%的轻元素。大多数地球化学家认为这个轻元素是硫(S),也许还有硅(Si);也有少数人认为是氧(O)。 地球最外层的地壳平均厚度只有30~40公里,其下直到2900公里的深度是地幔。
      地壳厚度与地幔相比只是一层薄膜。一般认为地壳是由地幔物质经过化学分异而形成的。如果在地球的历史中,地幔是由全部熔融的液体凝固而成的,则这种化学分异作用应当是很充分的。这样,地壳就不应这样薄。这表明地球从未处于完全熔融的状态,只能是发生过局部的熔化。
      还有一些其他的地球化学论据,都使人对地球由液态凝固而成的观点产生疑问。   从40年代中期起,人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的观点。他们认为行星不是由高温气体凝固而成的,而是由温度不高(低于1000℃)的固体尘埃物质积聚而成的。积聚的早期温度不高,但成星的后期或成星以后,由于引力能的释放和放射性物质的衰变生热,行星内部增温,甚至可导致局部物质的熔化。
       编辑本段相关事件   地球经历的历史时代 百万年   冥古宙 隐生代 4570 地球出现   原生代 4150 地球上出现第一个生物---细菌   酒神代 3950 古细菌出现   早雨海代 3850 地球上出现海洋和其他的水   太古宙 始太古代 3800   古太古代 3600 蓝绿藻出现   中太古代 3200   新太古代 2800 第一次冰河期   元古宙 成铁纪 2500   层侵纪 2300   造山纪 2050   古元古代 固结纪 1800   盖层纪 1600   延展纪 1400   中元古代 狭带纪 1200   拉伸纪 1000 罗迪尼亚古陆形成   成冰纪 850 发生雪球事件   新元古代 埃迪卡拉纪 630 +5/-30 多细胞生物出现   显生宙 古生代 寒武纪 542。
      0 ± 1。0 寒武纪生命大爆发   奥陶纪 488。3 ± 1。7 鱼类出现;海生藻类繁盛   志留纪 443。7 ± 1。5 陆生的裸蕨植物出现   泥盆纪 416。0 ± 2。8 鱼类繁荣 两栖动物出现 昆虫出现 种子植物出现 石松和木贼出现   石炭纪 359。
      2 ± 2。5 昆虫繁荣 爬行动物出现 煤炭森林 裸子植物出现   中生代 二叠纪 299。0 ± 0。8 二叠纪灭绝事件,地球上95%生物灭绝 盘古大陆形成   三叠纪 251。0 ± 0。4 恐龙出现 卵生哺乳动物出现   侏罗纪 199。
      6 ± 0。6 有袋类哺乳动物出现 鸟类出现 裸子植物繁荣 被子植物出现   白垩纪 99。6 ± 0。9 恐龙的繁荣和灭绝 白垩纪-第三纪灭绝事件,地球上45%生物灭绝 有胎盘的哺乳动物出现   新生代 65。5 ± 0。3 到现在 编辑本段地球起源演化的轮廓   1、太阳星云和星云盘   约在50亿年以前,银河系中存在着一块太阳星云。
      它是怎样形成的,现在尚无定论,不过对于研究地球的起源,不妨以它为出发点。   太阳星云是一团尘、气的混合物,形成时就有自转。在它的引力收缩中,温度和密度都逐渐增加,尤其在自转轴附近更是如此。于是在星云的中心部分便形成了原始的太阳。其余的残留部分围绕着太阳形成一个包层。
      由于自转,这个包层沿着太阳赤道方向渐渐扩展,形成一个星云盘。星云盘形成的具体物理过程现在还不很清楚,不过一个中心天体外边围绕着一个盘状物,这种形态在不同尺度的天文观测中都是存在的,例如星系NGC 4594,恒星MWC 349和土星。   星云盘的物质不是太阳抛出来的,而是由原来的太阳星云残留下来的。
      因为行星上氢的两个同位素 2H和1H的比值约为2×10-5,同在星际空间的一样;但在太阳光球里,这个比值小于3×10-7。这是因为在太阳内部发生着热核反应,2H大部分消耗掉了。星云盘是行星的物质来源,所以行星不是由太阳分出来的。 太阳星云原含有不易挥发物质的颗粒,它们互相碰撞。
      如果相对速度不大,化学力和电磁力可以使它们附着在一起成为较大的颗粒,叫做星子,星子最大可达到几厘米。在引力、离心力和摩擦力(可能还有电磁力)的作用下,星子如尘埃物质将向星云盘的中间平面沉降,在那里形成一个较薄、较密的尘层。因为颗粒的来源不同,尘层的化学成分是不均匀的,但有一个总的趋势:随着与太阳的距离增加,高温凝结物与低温凝结物的比值减小。
      尘层形成后,除在太阳附近外,温度是不高的。   太阳带有磁场,辐射着等离子体(见太阳风)和红外线,不断地造成大量的物质和角动量的流失。有些天文学家认为在太阳的发展过程中,曾经历一个所谓“金牛座T”阶段。这个阶段的特征是:高度变化快,自转速度快,磁场和太阳风特别强烈等等。
      不过这个阶段的存在是有争议的。另一方面,由于磁场(或湍流)的作用,太阳的角动量也有一部分转移给尘层,使它向外扩张。在扩张的过程中,不易挥发和较重的物质就落在后面。这就使尘层的成分在不同的太阳距离(即不同的温度区域)处,大有不同,而反映在以后形成的行星的物质成分上。
         2、行星   尘层是一个不稳定的系统。在太阳的引力作用下,很快瓦解成许多小块的尘、气团。按照萨夫龙诺夫(В。С。Сафронов,1972)的理论,这些尘、气团由于自引力收缩,又积聚成小行星大小的第二代星子。由星云盘产生尘层所需的时间比较短,但形成小行星大小的星子则约需104年。
      图表示太阳星云的演化过程。   星子绕太阳运行时常发生碰撞。碰撞时,有的撞碎,有的合并增长。当一个星子增长到半径约几百公里时,它的引力就足以干扰附近星子的运行轨道而使它们变形和倾斜。于是原来扁平的运行系统就变厚起来。同时,星子越大,它的引力增长也越快。
      在一个空间区域里的最大星子很容易将它附近的较小星子吞并而积聚成一个行星的核心,最后将一定区域内的尘粒和星子基本扫光而形成行星。在尘层中,只有几个星子能增长成为行星,其余的都被吞并。现在的太阳系仍是扁平的。这是许多星子和尘埃物质积聚后的平均结果。
         3、陨石   地球上另一重要线索是陨石。陨石是来自地外空间的天体碎片,年龄和地球是同量级的,可能与地球同一来源。陨石有多种类型,最常见的一类叫做球粒陨石。它的化学成分,除了容易挥发的元素外,与太阳光球中的元素成分或地球的估计成分很接近,但也有几种元素,与球粒陨石相比,地球上显得奇缺。
      正是通过这种差异并与其他的内行星作比较,地球化学家对地球的形成机制和演化作出了重要的贡献。   4、星云盘成分   包括 3类物质:氢和氦约占总质量的98%;冰质物,主要是O、C、N、Cl、S的氢化物和Ne、Ar,约占1。5%;石质物,主要是 Na、Mg、Al、Si、Ca、Fe、Ni的氧化物和金属,约占0。
      5%。随着星云盘中尘层密度的增大,太阳辐射的透明度降低。尘层形成后,按照萨夫龙诺夫的计算,温度分布如下:   考虑到太阳的光度可能突然增强过(金牛座T阶段),估计那时地球区的温度也不会超过300K。在内行星的区域,只有少量的冰质物可以凝固,成星的物质主要是石质物。
      在天王星和海王星的区域,冰质物和石质物都已凝固,行星的成分主要是冰质物。土星和木星的成分主要是氢和氦。可能它们的石质物和冰质物的核心已经大到可以有足够的引力以使附近的尘层失稳,从而俘获了大量的氢和氦(这只是一种设想)。在行星形成的过程中,易挥发的物质经历了明显的分馏作用。
      现在行星的质量只是星云盘极小的一部分。 编辑本段几个具体问题的讨论   以上地球形成和演化的轮廓可以基本上解释前述的天文以及地球物理观测事实。又由于太阳系不是一个封闭的系统,发生过大量的物质及角动量的流失,以前的角动量分布问题,现在已无重要的意义。
      但进一步分析也发现有些情况还需澄清,有些关键性的论据还有分歧的意见。以下简述几个仍在引人注意的问题。   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。
         近年来测试技术有了很大的进展。对太阳光球、普通球粒陨石、碳质球粒陨石的重复测试结果,以及对全太阳系的元素丰度的估计,都表明它们的钾和硅的原子数比值(K/Si)变化范围不大,约在百万分之三千二百到四千二百之间。如果地球的K/Si比值和太阳相近,则地球的含钾量约为百万分之六百五十至九百(质量),其中约有80~90%可能存在于地幔下部及地核中。
      值得注意的是:刘易斯(J。S。Lewis,1973)采用平衡-均匀的积聚模式作过仔细计算,得到的结果是:地球可能有一个Fe和FeS的核,并且它的K/Si比值和太阳的很相近。这表明地球的钾和硫其实并不匮乏。地球物理的观测表明地核中除铁、镍外,还须含有10~20%的轻元素。
      钾原是亲硫的元素,所以钾和硫都存在于地核是可能的。同时,地核含钾也有利于解释地磁场起源于地核的能源问题(见地球内部的化学成分和矿物组成)。   2、地球积聚的模式   积聚的模式有均匀和不均匀两类。均匀模式认为地球是由硅酸盐、金属和金属氧化物固体颗粒的均匀混合物积聚而成的。
      这个混合物是经过复杂的物理和化学过程在积聚时或积聚之前就已经形成了。不均匀模式则认为积聚过程是按照星云中物质凝固先后顺序进行的,先凝固的先积聚。因此在地球生长过程中所积聚的物质是有变化的。经典的均匀积聚模式假定积聚的物质成分和球粒陨石很相近,积聚持续时间很长,约为 107~108年。
      这就使得引力位能由新形成的地面辐射掉许多,而短寿命的放射性元素的影响也已微弱。初始地球的平均温度估计不超过1000℃,全部地球最初处于固态。这个模式虽可基本上解释许多地球物理观测事实,但遇到一些地球化学上的困难。按照这样缓慢的过程,地球内部是应处于化学平衡的;但地幔中有些金属的相对丰度似乎又比化学平衡时所应具有的丰度高得多。
      有些作者企图对以上均匀模式做些修正,但迄今仍存在分歧。   不均匀积聚模式要求初始温度高,太阳星云的质量大,积聚过程的时间短(只需103~104年)。行星基本上应有化学分层的趋势,愈先凝固的物质应处于地球愈深的地方,浅处的物质应比较易于挥发。
      但实际地球的情况并非如此。不均匀模式所遇到的困难比较多,而且是严重的。   3、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,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现在还研究得很不够,有待进一步探索。
         4、太阳星云的质量   这是一个重要的数据。有许多人对它做过估计。最简单的方法是将现有行星和太阳的总质量补上它们丢失的质量,这样得到的结果只是一个极粗略的下限。其他的估计方法也很粗略,但结果很不一致。总之,多数学者倾向于太阳星云的质量约等于太阳现在的质量加上它的百分之几。
      例如霍伊尔 (F。Hoyle)取Mn=(1+0。01)M⊙,M⊙是太阳的质量,Mn是星云的质量。萨夫龙诺夫取Mn=(1+0。05~0。1)M⊙,沙兹曼(E。Schatzman)取 Mn=(1+0。1)M⊙,但卡梅伦(A。G。W。Cameron)和列文(Б。
      Ю。Левин)则取Mn=(1+2)M⊙。取大质量时,如何将多余的质量在行星形成过程中去掉是一个困难。可以证明,若取小质量,则星云演化为星云盘时,温度是不高的(低于0℃);若取为太阳质量的3倍,则在内行星的区域,温度将高达1000~2000℃。
      

    再***

    2019-03-10 13:38:41

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