地球科学概论论文

《地球科学概论》结课论文学号：15398605姓名：刘玉坤院系：电子信息工程学院专业：轨道交通信号与控制2017年5月23日1地球的起源与演化及人类与资源环境的关系摘要：地球是太阳系的一颗行星，地球跟随太阳绕银心转动。地球与月亮为地月系，月亮每月绕地球转动一周。地球上存在丰富的生物。低等植物和高等植物，低等动物和高等动物共生在地球上。本文主要叙述了地球上丰富的自然资源以及人类在生产生活中与资源的紧密联系。21世纪，随着科技的进步，人与自然的矛盾日益突出，随着人类意识的觉醒，人们开始意识到环境对于人类的重要性，与此同时，人们开始探索一种发展方式使人类社会与地球环境协调发展。人类与自然资源的关系相互依存，人类的未来必须依靠人类自己，我们必须坚定的坚持可持续发展的战略，因为只有这样我们的未来才会更加的美好，我们的子孙后代才能更好的生活在这个地球上，同时作为当代大学生的我们应该如何保护我们的地球家园。本文从认识地球开始，然后是地球上的资源能源，因为人类的生产生活造成资源短缺和环境破坏，如今人类已经人认识到问题的严重性，并提出了可持续发展战略，为保护地球采取了措施。关键词：地球、资源、环境主要内容：1宇宙大爆炸宇宙大爆炸，是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型，宇宙学家通常所指的大爆炸观点为: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年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态大约存在于133亿年至139亿年前)，并经过不断的膨胀与繁衍到达今天的状态。2星系在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。2.1银河系银河系是太阳系所在的恒星系统，包括1,200亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃，它的可见总质量是太阳质量的一千四百亿倍。在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内，扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“核球”，半径约为7,000光年。核球的中部叫“银核”，四周叫“银盘”。在银盘外面有一个更大的球状区域，那里恒星少，密度小，被称为“银晕”，直径为7万光年。2.2太阳系太阳系是银河系的一部分。银河系是一个棒旋星系，直径十万光年，包括一千亿到四千亿恒星。太阳是银河系较典型的恒星，离星系中心大约2.5-2.8万光年。太阳系移动速度约220㎞/s，2.26亿年转一圈。2太阳系的天体有8个：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行，朝同一方向绕太阳公转。除金星以外，其他行星的自转方向和公转方向相同。彗星的绕日公转方向大都相同，多数为椭圆形轨道，一般公转周期比较长。2.3地球地球是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的次序排为第三颗。它有一个天然卫星——月球，二者组成一个天体系统——地月系统。地球作为一个行星，远在46亿年以前起源于原始太阳星云。地球会与外层空间的其他天体相互作用，包括太阳和月球。地球是上百万生物的家园，包括人类，地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一天体。地球赤道半径6378.137千米，极半径6356.752千米，平均半径约6371千米，赤道周长大约为40076千米，地球上71%为海洋，29%为陆地，所以太空上看地球呈蓝色。地球是目前发现的星球中人类生存的唯一星球。2.3.1地球的结构地球的结构同其他类地行星相似，是层状的，而这些层可以通过它们的化学特性和流变学特性确定。地球拥有一个富含硅的地壳，一个非常粘稠的地幔，一个液体的外核和一个固体的内核。地壳是地球表面以下、莫霍面以上的固体外壳，地壳的厚度是不均匀的，地壳平均厚度约17千米，大陆部分平均厚度约33千米，高山、平原地区(如青藏高原)地壳厚度可达60～70千米;海洋地壳较薄，平均厚度约6千米。地壳厚度的变化规律是:地球大范围固体表面的海拔越高，地壳越厚;海拔越低，地壳越薄。地壳的物质组成除了沉积岩外，基本上是花岗岩、玄武岩等。花岗岩的密度较小，分布在密度较大的玄武岩之上，而且大都分布在大陆地壳，特别厚的地方则形成山岳。地壳上层为沉积岩和花岗岩层，主要由硅-铝氧化物构成，因而也叫硅铝层;下层为玄武岩或辉长岩类组成，主要由硅-镁氧化物构成,称为硅镁层。海洋地壳几乎或完全没有花岗岩，一般在玄武岩的上面覆盖着一层厚约0.4～0.8千米的沉积岩。地壳的温度一般随深度的增加而逐步升高，平均深度每增加1千米，温度就升高30℃。地幔是介于地表和地核之间的中间层，厚度将近2900千米，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。它的物质组成具有过渡性。靠近地壳部分，主要是硅酸盐类的物质;靠近地核部分，则同地核的组成物质比较接近，主要是铁、镍金属氧化物。地幔又可分成上地幔和下地幔两层。下地幔顶界面距地表1000公里，密度为4.7克/立方厘米，上地幔顶界面距地表33公里，密度3.4克/立方厘米，因为它主要由橄榄岩组成，故也称橄榄岩圈。一般认为上地幔顶部存在一个软流层，是放射性物质集中的地方，3由于放射性物质分裂的结果，整个地幔的温度都很高，大致在1000℃到2000℃或3000℃之间，这样高的温度足可以使岩石熔化，可能是岩浆的发源地。但这里的压力很大，约50万～150万个大气压。在这样大的压力下，物质的熔点要升高。在这种环境下，地幔物质具有一些可塑性，但没有熔成液体，可能局部处于熔融状态，这已从火山喷发出来的来自地幔的岩浆得到证实。下地幔温度、压力和密度均增大，物质呈可塑性固态。地球各层的压力和密度随深度增加而增大，物质的放射性及地热增温率，均随深度增加而降低，近地心的温度几乎不变。地核又称铁镍核心，其物质组成以铁、镍为主，又分为内核和外核。内核的顶界面距地表约5100公里，约占地核直径的1/3，可能是固态的，其密度为10.5-15.5克/立方厘米。外核的顶界面距地表2900公里，可能是液态的，其密度为9-11克/立方厘米。推测外地核可能由液态铁组成，内核被认为是由刚性很高的，在极高压下结晶的固体铁镍合金组成。地核中心的压力可达到350万个大气压，温度是6000摄氏度。在这样高温、高压的条件下，地球中心的物质的特点是在高温、高压长期作用下，犹如树脂和蜡一样具有可塑性，但对于短时间的作用力来说，却比钢铁还要坚硬。2.3.2地球的形成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)SirH.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。4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。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。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。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。2.3.3地球生命的演化生命起源至人类文明，大致可分为3个阶段。1、前生命的化学进化阶段澳大利亚、南非太古宙的化石证据和稳定同位素分析研究结果表明：地球生命和地球上最老的岩石一样古老，即在太古宙早期（35－38亿年前），细胞形式的生命就已经出现了。5如果前生命的化学进化是在地球表面进行的，那么这只能发生在38亿年前－40亿年前。原因：地质学家——地壳大约自40亿年前逐渐形成。2、生物学进化阶段地球上最早的细胞生命的诞生——即具有与外界分隔的生物膜，同时又有内部膜分隔的、有形态学特征的、有个性的生命的最初出现，标志着前生命的化学进化的完成和生物学进化的开始。从最早的细胞生命出现开始的生物学进化，经历了：太古宙（38亿年前－25亿年前）、元古宙（25亿年前－6亿年前）、显生宙（6亿年前至今)3大地质时代，历时38亿年之久。3、文化进化与生物学进化并行和相互制约阶段在显生宙末的最近的几千年，地球上的人类进入文明阶段，从此，生物圈的进化愈来愈受人类活动的影响和控制，人类文化与生物的进化相互作用、相互制约，这就是生命史最后一个阶段的特征。生命演化史（1）单细胞生物的繁衍和早期生态系统的建立单细胞生物居于统治地位占据了地球生命存在的几乎6/7的时间。这一时期又可以分为以原核生物和真核生物分别占主体的两个发展阶段。1.原核生物的发展在细胞形成的早期，以原核生物蓝菌为主体的单细胞生物很快便开始了生命的第一次生态系统的构建和扩张，成为当时生物界的主宰。当然，现在对古代蓝菌光合作用的类型，即对它的释氧能力还不清楚（光系统1为非释氧型，光系统2为非释氧型）。但是地质记录表明当时大气圈中的自由氧的积累是极缓慢的，又经过漫长的15亿年即到距今20亿年前，大气的氧气分压才达到现在大气分压的10%~15%。因此，人们猜测古代蓝细菌只具有光系统。2.真核生物的兴起由于环境因素的驱动，原核生物蓝细菌生态体系走向衰落，真核生物走向它的兴盛和繁荣，表现在叠层石丰度和形态多样性的显著下降