地球科学概论讲义+笔记

西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第1页共101页目录目录.............................................................................1宇宙中的地球.......................................................................2地球的外部圈层.....................................................................6地球的内部圈层....................................................................11地质年代与地质作用................................................................17风化作用与剥蚀作用................................................................20搬运作用与沉积作用................................................................37岩浆作用与变质作用................................................................51构造运动..........................................................................60地球动力系统......................................................................74地球的资源........................................................................82地球的环境........................................................................91地球的起源与演化..................................................................96西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第2页共101页宇宙中的地球重点1.“地球科学”基本概念2.“将今论古”原理3.研究方法、研究意义及发展简史一、宇宙（university）古人称“四方上下曰宇，古往今来曰宙”。宇宙是无限、永恒、不断运动变化的客观物质世界。“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。o（一）、宇宙中的天体和物质1.恒星（star）恒星是由炽热气体组成的、自身能够发光的球形或类似球形的天体。其主要特征是：宇宙中最重要的天体，集中了宇宙中相当大的能量；构成恒星的主要气体为氢、其次为氦，其他元素很少；拥有巨大质量是恒星能发光的基本原因；体积相差悬殊，小则直径1000km，大者为太阳的2000倍；平均密度相差悬殊；距离地球都非常遥远，最近的半人马座a星4.3l·y；恒星不恒，一直在运动。2.星际物质弥漫于星际空间内极其稀薄的物质，包括星际气体和星际尘埃。3.星际云星际物质的密集形式。4.星云（nebula）星际物质更加庞大和更加密集的形式。5.天体系统（spheresystems）宇宙中物质是运动的，并有一定的系统和规律，相互吸引和旋转，该系统叫天体系统。o（二）、宇宙的起源20世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher）发现星系以每秒数十万米高速退行；1929年，哈勃（E.P.Hubble）观测到河外星系退行资料，离我们愈远退得愈快；1916年，爱因斯坦（A.Einstien）提出广义相对论，演绎出宇宙在膨胀的理论；天文学家继续观测证明，宇宙在膨胀；宇宙为何膨胀？宇宙大爆炸的产物；多种事实证明，大爆炸的发生，距离今约150亿年。二、太阳系（solarsystem）o（一）太阳系的主要特征（启发式，师生共同讨论，抓住以下要点）太阳是其中唯一的一颗恒星，占太阳系99.87%，发出强光和热；围绕太阳旋转的是9大行星，小行星带及卫星、陨星和彗星等；太阳系天体以太阳为中心作高速旋转，自转和公转方向相同；行星分布及运转几乎都在一个共同平面内，该平面叫赤道面。o（二）太阳系的起源（用幻灯简述）康德—拉普拉斯星云假说。1775年，哲学家康德（I.kant）认为，在万有引力作用下，原始弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体；1796年，法国科学院院士拉普拉斯（P.S.Laplace）从数学和力学角度进行了阐述：太阳系本是一团旋转的炽热气体，由于冷却收缩，越转越快，离心力西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第3页共101页加大，变得扁如圆盘；当外缘离心力大于引力时，一部分物质被抛出，成为圆环；抛出物分离，凝结成行星；行星周围的卫星也有类似形成过程；星云中心成为太阳。三、地球的诞生拉普拉斯设想太阳系是炽热气体冷凝而成，星云物质冷却收缩的过程就是地球形成过程。天文探测和地质研究结果不支持这种假设，认为形成太阳系的星云不是热的，而是冷的气体和尘埃。目前较为一致的看法：冷星云里微粒互相吸引形成星子；星子互相吸引，大吃小，不断吸积，逐渐增大，形成尘埃集合体；温度高，轻者（气体）跑掉，重者（尘埃）以固体为主，留在地球表面，受万有引力作用向中心聚积，体积缩小，物质密度越来越大；收缩并非无限，由于惯性离心力作用达到平衡；尘埃向中心集中，体积收缩，压力加大，会放出热，放射性元素蜕变和陨石撞击会放出热，因此，局部或一个时期的地球是高温熔融状态，（尤其在太古宙，46Ma）；收缩停止，热者上升，又发生膨胀，轻者上升，重者下沉，形成了地核、地幔、地壳和水圈、大气圈等内部、外部圈层构造。总之，行星地球是宇宙中的尘埃在引力的作用下逐渐形成的。四、地球的形状o（一）地球的形状与大小我们通常说的地球形状指大地水准面所圈闭的形状。大地水准面（geoid）—由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。地球的真实形状略呈梨形，南极向内下凹30m，北极向上凸出约10m。国际大地测量与地球物理联合会（1980）公布地球大小主要数据如课本P23所示。o（二）地球的表面形态分陆地（30%）、海洋（70%）两部分；陆地多分布在北半球；海洋多分布在南半球；无论陆地或海底，表面起伏不平；世界屋脊（第三极）珠穆朗玛峰海拔8848.13m；太平洋西侧的马里亚纳深海沟，海拔-11034m。o（三）陆地地形特征1.山地(mountains)：海拔高程大于500m，相对高差大于200m的地形500m—1000m低山1000m—3500m中山＞3500m高山线状延伸的山体称山脉，成因上相联系的若干相邻的山脉称山系。大陆上最宏伟、最重要的山系：阿尔卑斯—喜马拉雅山系和环太平洋山系。2.丘陵(hills)：海拔小于500m海拔＜500m，相对高差数十米的低矮浑园地形。3.平原(plain)海拔＜200m，相对高差数不超过数十米。4.高原(plateau)海拔＞500m，表面比较平坦。5.盆地(basin)周围高，中央低的地区。6.大陆裂谷(continentalrift)宏伟的线状洼地，如东非裂谷，是地壳上拉张的结果，呈“之”字型。西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第4页共101页o（四）海底地形特征海底大致可分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三个地形单元。1.大陆边缘(continentalmargin)大陆与大洋盆地之间的过渡带，包括大陆架、大陆坡和大陆基。图1－2海底地形的主要单元示意图大陆架(continentalshelf)海与陆地接壤的浅海平台，坡度小于0.3°。大陆坡(continentalslope)大陆架外侧坡度明显变、陡部分，平均坡度4.3°。大陆基(continentalrise)大陆坡与大洋盆地之间缓倾斜坡地，坡度为5′—35′。岛弧(islandarc)大洋边缘延伸距离很长，呈弧形展布的群岛。如阿留申、千岛、日本、琉球、菲律宾、马里亚纳等群岛。海沟(trench)大洋边缘的巨型带状深渊，长度达1000km以上，宽度大于100km。岛弧与海沟二者常组成岛弧—海沟系。大陆边缘分两类：一类由大陆架、大陆坡和大陆基组成，主要分布于大西洋，故称大西洋型大陆边缘；另一类由大陆架、大陆坡和岛弧—海沟组成，主要分布于太平洋，故称太平洋型大陆边缘。西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第5页共101页2.大洋盆地（oceanicbasins）介于大陆边缘与大洋中脊之间的较平坦地带，平均水深4000—5000m。3.大洋中脊（mid—eanicridge）绵延在大洋中部（或内部）的巨型海底山脉，常发生地震和火山。大洋中脊轴常有一条纵向延伸的裂隙状深谷，称中央裂谷。五、大陆型地壳与大洋型地壳表1-1大陆地壳与大洋地壳对比表大陆地壳大洋地壳比例面积的40%占地壳体积的79%质量的63%面积的60%占地壳体积的21%质量的37%平均厚度33km6km平均密度2.7g/cm33.0g/cm3成分沉积岩、岩浆岩、变质岩均有；SiO2含量＞60%；低价铁和镁的氧化物百分含量低，分别为3.8与3.1，但铁的总含量高。几乎全部由火山岩组成；SiO2＜50%；低价铁和镁的氧化物百分含量高，分别为6.2与6.8，但铁的总含量低。岩石时代各地质历史时期形成的岩石均有，最老岩石年龄可达3800Ma。岩石大部分生成于最近50Ma中，最老岩石不超过200Ma。地质作用和地质构造岩石受到强烈挤压，形成褶皱、断裂和由它们构成的高大山脉，区域变质作用较普遍。没有强烈挤压褶皱形成的大山，海底大山主要为火山作用形成的。没有区域变质作用。引张大断裂发育。重力异常以负异常为主。以正异常为主。结构上部为花岗质层（硅铝层），下部为玄武质层（硅镁层），最表层有不连续分布的松散沉积物。底部为玄武质层（硅镁层），上部为松散沉积物层，两层之间为玄武岩夹已固结的沉积岩透镜体。六、地壳的重力均衡（用船只、水中漂浮物等举例说明）1.地壳厚度各处不同一般地壳厚度较大的地方，地势较高；地壳越薄的地方，地势越低（图1-3）。图1-3不同地理单元地壳厚度的差异2.艾利的山根说美国天文学家艾利(G.B.Aity,1855)认为，厚度大的地壳有较大重量，但因其下沉深，所获的浮力大；而厚度小的地壳具有较小重量，因其下沉浅，所获的浮力小，故两者都能达到均衡。艾利看法的重点是高山之下有“根”，故称山根说（theoryofmountainroot）。例如海中航行的船只，水中漂浮物等。西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第6页共101页3.目前的观点现今认为，均衡现象是存在的，但是引起均衡的动力不是岩块的浮力，而是重力。其原理是，地球内部某一深度可以找寻一个水平面，称为补偿基面（compensationlevel）。在此面单位面积上的所承受的上覆岩块的总重量都相同。以此补偿基面为准，高山地区地势虽高，地壳厚度大，但其下部地幔厚度小；大洋地区地势虽低，但其拥有的地幔厚度大。故两处岩块的总重量相等，从而可保持重力均衡（isogtasy）。重点复习题（一）基本概念1.宇宙；2.恒星；3.大陆裂谷；4.岛弧—海沟系；5.重力均衡。（二）画示意图并说明1.海底地形特征；2.重力均衡示意图；3.地球形状（三）填空1.宇宙产生于¾亿年的大爆炸。2.行星地球是¾在引力作用下逐渐形成的。（四）回答问题1.恒星的主要特征是什么？2.太阳系有哪些主要特征？3.简述地球的诞生。4.宇宙的内涵究竟怎样理解？如何认识？5.何谓均衡原理？地球的外部圈层大气圈和生物圈重点对流层与平流层及DNA和RNA。一、大气圈大气圈（atmosphere）是因地球引力而聚集在地表周围最外部的气体圈层。o（一）、大气