论地球起源与演化

论地球起源与演化江 发 世 (2014 年 8 月)地球是太阳系的一颗行星，倾斜在黄道面上每年绕太阳公转一圈，每天自转一周。地球跟随太阳绕银心转动，倾斜在银道面上，大约 2 亿多年绕银心转动一周。地球与月亮为地月系，月亮每月绕地球转动一周。地球是一个圈层状结构的近球体。有火山喷发、地震。岩石及地层发生了错动或弯曲。地球的南极比球面低却是高山耸立的南极洲，北极比球面高而是海水覆盖的北冰洋。地球存在地磁场，在地史上，地磁发生过磁极反向和磁极移动。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。在古生代以前的地层中见到的生物主要是原核低等生物化石，古生代开始生物爆发式出现，在中生代出现高大的植物和大型的动物，在新生代出现高级动物。在南极洲存在有大量的煤炭。煤是植物经成煤地质作用而形成的。南极洲是冰川雪地的环境，不可能生长大量的植物。在地史中发生过多次海侵海退。形成地球的物质是哪里来的，是在什么时期，什么位置，以什么方式形成地球的。地球为什么会发生自转和公转，其内部为什么存在活动。地球上的生命是怎么形成的。 。一个完整的地球起源与演化学说应当对上述等等现象和问题作出合理的解释。1. 星系1.1. 星系地球与银河系、太阳系及月亮形成了星系关系，受银心和太阳引力的控制绕其旋转，受月亮引力的影响，绕地月质心转动。研究和探讨地球起源与演化，需要研究和探讨星系。1.1.1. 星系及分类 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。星球的绕转形式有两种：一是众多质量小的星球绕质量大的中心星球转动叫做中心式星系，如太阳系众多行星和彗星等绕太阳转动；二是两颗星球围绕共同质心相互转动叫做伴星式星系，如地球和月亮组成的地月星系，二者共同围绕地月质心转动。绝大多数星系属于前者。在宇宙中，有众多的星系，这些星系大小不一，形态各异，有独立星系，有星系之中的星系，有直线运动的星系，有曲线运动并绕中心体转动的星系，有年轻星系和年老星系。为了研究星系的成因，需要对宇宙中的星系进行分类。哈勃星系分类：美国天文学家哈勃对宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分为三大类：（1） 、椭圆星系椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的，图 1-1 是该类型星系由圆球状星系发展成为椭圆星系的一组照片。图 1-1 椭圆星系照片（2） 、旋涡星系旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化。图 1-2 是大熊座里一个开放型的旋涡星系照片，图 1-3 是一个中间通过星云相连接的有伴星的旋涡星系照片。图 1-2 漩涡星系照片 图 1-3 有伴星星系照片 图 1-4 棒状旋转星系照片（3） 、不规则星系图 1-4 是一个棒状旋涡星系照片，不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。1.1.2. 本文的星系分类：（1） 、按照星系之间是否有隶属关系将宇宙中的星系划分为独立星系和从属星系。在宇宙空间中独立运行，它没有环绕中心体旋转，这样的星系叫做独立星系，如银河系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转，地月星系绕太阳运转，这样的星系叫做从属星系。（2） 、按照中心星是否旋转划分为核旋转星系和核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。（3） 、按照星系运行的轨迹划分为直线运动星系和曲线运动星系。在宇宙空间中，那些独立星系在主星带领下按照主星形成时的射线方向在宇宙空间内进行直线运行。有的星系如从属星系则是绕着主星进行曲线运行。（4） 、按照星系所在的空间位置划分为系内星系和宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系，如太阳系；凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做宇宙星系，如银河系。（5） 、按照星系形成的年龄划分为年老星系和年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系，年老的星系大都已演化成为比较规则的星系；在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久，这样的星系叫做年轻的星系，年轻的星系大都呈不规则状态。（6） 、按照星系中星球的关系划分为中心式星系和伴星式星系。由众小质量星球绕大质量星球运动所组成的星系叫做中心式星系，如太阳系、银河系等，大质量星球叫做主星或中心星；由两颗星球互绕二者中心质点运动所组成的星系叫做伴星式星系，如地球和月亮所组成的地月星系。1.2. 太阳系太阳系是由行星、彗星等天体绕中心星球太阳所组成的绕转运动组合体。在太阳系中有系中系，如行星和卫星所组成的行星系，卫星和绕其转动的子卫星所组成的卫星系，等等。太阳系是一个年老的、规则的、中心式的椭圆星系。太阳系的一些特征:（1） 、 星球轨道形状特征绕太阳公转的星球轨道形状为：近圆形、椭圆形、抛物线形和双曲线形。在太阳系中，水星、金星、地球、火星等，它们的绕太阳公转轨道形状为近圆形，而外围的其它行星公转轨道为椭圆形。太阳系的彗星公转轨道为椭圆形、抛物线形和双曲线形，图 1-5 是太阳系模式图，图 1-6 是彗星轨道图。图 1-5 太阳系模式图图 1-6 彗星轨道图 （2） 、 星球公转方向特征绕太阳公转的星球，九颗行星都为逆时针方向公转，而有些彗星如哈雷彗星为顺时针方向绕太阳公转。（3） 、星球自转方向特征太阳系的金星自转方向为顺时针，它的自转与它的公转方向相反。而其它八颗行星都为逆时针方向自转并同公转方向相同。（4） 、星球分布特征太阳系的九颗行星公转轨道面都在太阳赤阳面两侧附近，而彗星的公转轨道面从太阳两极到太阳赤道各纬度都有分布。图 1-7 是彗星轨道倾角即在太阳周围不同纬度的分布图。图 1-7 彗星在太阳周围分布图（5） 、星球运动姿势特征地球是倾斜在轨道上自转，天王星是躺着在轨道上自转，其它几颗星球为直立或倾斜在轨道上自转。（6） 、太阳系内星系特征由彗星和行星绕太阳旋转所形成的太阳系的上述五个特征，对于由卫星绕行星旋转所形成的行星系来说基本相同。1.3. 模拟试验一个太阳系成因理论或叫假说不仅能解释太阳系的特征，而且也能解释行星系和其它星系的特征。为了研究太阳系的成因和解释太阳系的特征，用一块磁铁和一个小铁球，做以下试验：1.3.1 试验一小铁球用线吊起来挂在空中不动，将用线吊着的磁铁块和小铁球在一个水平面上，磁铁块在小铁球的西面，由北向南运动，如图 1-8。图 1-8 磁铁快从铁球西侧运动示意图试验结果如下(见图 1-9)：当两者相距适当的运动距离，如果磁铁块运动速度慢，在靠近小铁球时，小铁球就被磁铁块吸了去(图 1-9A)；当磁铁块以适当的速度运行时，小铁球就会沿着一个近圆形轨迹绕磁铁块转动(图 1-9B)；当磁铁块以较快的速度从小铁球一侧通过时，小铁球就是一个抛物线弧形或双曲线弧形从磁铁块一侧运动过去（图 1-9C） 。同时小铁球也产生如图 E 方向的自传。图 1-9 试验一结果示意图 1.3.2试验二如同试验一，不同的是：让磁铁块在小铁球的东侧由南向北运动，如图 1-10。图 1-10 磁铁快从铁球东侧运动示意图试验结果如下：公转和自传方向就完全反向了。1.3.3试验三如同试验一，不同的是，让小铁球沿 F 方向自传，然后磁铁块在小铁球西侧由北向南运动，如图 1-11。图 1-11 试验三模拟试验结果示意图试验结果如下：小铁球仍然沿 F 方向转动，只是自传速度变慢了。1.3.4试验四如同试验一，不同的是：磁铁块和小铁球大小近似时，试验结果是：二者互相绕转，如图 1-12。图 1-12 试验四模拟试验结果示意图将以上的试验反过来：让小铁球运动，其结果是一样的。1.3.5 人造地球卫星的轨道 图 1-13 是发射人造地球卫星可能出现的几种轨道形状。人造卫星轨道形状完全取决于末级火箭的速度。如末级火箭的末速度小，卫星的轨道形状为图 1-13 的形，卫星将回落到地球上。如果末级火箭的末速度正好，其卫星轨道形状为图 1-13 的形，为绕地球的圆形轨道。如果末级火箭末速度大其卫星轨道形状为图 1-13 的形，成为椭圆 形。如果末级火箭的末速度等于地球的逃逸速度时，卫星的轨道形状为图 3-6 的形，呈抛物线形。如果末级火箭末速度大于地球的逃逸速度，卫星的运动轨道就成为双曲线形。人造地球卫星在地球上空的高度和运动方向也由末级火箭的末级高度和末级方向所决定。 图 1-13 卫星运动的轨道1.3.6 嫦娥二号的轨道图 1-14 是嫦娥二号奔月轨道示意图。虽然嫦娥二号是人造天体，但它和月亮形成了月卫星系。图 1-14 嫦娥二号奔月轨道示意图1.4. 太阳系起源太阳从宇宙中捕获行星、彗星产生绕转运动组合体，形成太阳系。1.4.1 绕太阳公转轨道形状的成因太阳系成员的轨道形状由进入太阳系时的相对速度和相对距离等因素决定。太阳所捕获的行星或彗星其运动速度小了，就“掉”进太阳了；速度正好，其轨道形状为近圆形；其速度大一点，轨道形状为椭圆形；如果速度再大一点，其轨道形状就成为抛物线形或双曲线形。1.4.2 太阳各纬度都有星球分布的成因独立在宇宙中运行的天体，它可以从各个方向和各种角度飞近太阳的身边，这些天体能够从太阳两极处和各纬度及赤道被太阳捕获而成为太阳系的成员。因此在太阳赤道面附近和极处及各纬度都有星球分布。1.4.3 行星集中在太阳赤道附近的成因太阳是一个巨大的引力球，这个引力球是绕轴自转的，自转就会产生离心力。离心力在球的极处最小，在近赤道处离心力大。所以太阳系年龄老的行星在太阳自转离心力场的作用下集中到太阳赤道面附近。地质力学创始人李四光做了球体离心试验，试验如下：图 1-15 是地质力学的模拟实验：在直径 20 厘米的泡沫塑料球体上，涂 16 层聚醋酸乙烯乳液，构成厚约 3 毫米的薄膜，经电动机旋转加力（500 转/分） ，在近球体赤道附近，于试料上形成一系列近东西向的褶曲。地质力学所作的上述模拟试验完全证明，所有旋转球体都会产生自两极向赤道方向的离心力，其表面物质也将在离心力作用下产生变化。 图 1-15 地质力学的模拟试验1.4.4 星球直立、倾斜和躺在轨道运行的成因在太阳系中，在轨道上直立自转的行星，它们就是在太阳赤道面被太阳捕获的。倾斜在轨道上自转的行星，是在太阳相应的纬度处被太阳捕获的，后来在太阳离心力场的作用下运行到了现在的位置。横躺在轨道上自转的天王星，是在太阳极处被太阳捕获的，以后在太阳引力场的离心力作用下来到了太阳赤道面附近。1.4.5 星球公转反向（如哈雷彗星）的成因同向公轨的太阳系天体，它们是在同一侧被太阳捕获的。公转反向运行的天体，是在太阳的另一侧被太阳捕获的。1.4.6 星球自转反向的成因自转反向的金星，说明它在被太阳捕获之前就已是顺时针方向自转着的。当它被太阳捕获时，所产生的潮汐扭动力小于原来已有的自转力。所以金星仍然保存原来的自转方向，只不过是自转速度已变的特别慢，自转周期特长。1.4.7 行星系的成因行星周围的卫星形成过程同太阳系。而且在卫星的周围可能存在子卫星和孙卫星，小行星和彗星的周围都可以有卫星，都可以形成绕转运动组合体即星系，它们的成因和太阳系的成因一样。在宇宙中，所有星系的成因是相同的。1.5. 太阳系成因假说简介将一些有代表性的太阳系成因理论或假说简介如下。1.5.1 布封学说法国动物学家布封在 1745 年提出：曾经有一个大彗星碰到了太阳，使太阳转动起来。碰出来的一些物质形成了行星和次一级的卫星，并使之绕中心天体转动起来。这个学说叫做彗星碰撞学说。1.5.2 张伯伦学说美国地质学家张伯伦在 1900 年提出：曾经有一个恒星走到离太阳很近的地方，由于潮汐力的作用，在太阳两面形成巨大的潮，就象我们现在所见到的日珥。在这两个巨大的潮中有气体、液体和固体。固体聚集成块叫做星子，由这些星子发展成为行星等绕太阳转动的天体。这个学说也叫做星子学说。1.5.3 谢伊学说美国天文学家谢伊于 1910 年提出：有两个星云相碰，在碰撞后的星云中形成了太阳，其它物质形成行星。也叫星云碰撞学说。1.5.4 阿亨尼学说瑞典化学家阿亨尼于 1908 年提出：有两个恒星沿着一个角度侧面相撞，使这两个恒星变为一个恒星，由于侧向相撞所以产生了转动。相撞后所飞出的物质形成行星等天体。这个学说也叫侧撞恒星合拼学说。1.5.5 毕克顿学说西新兰科学家毕克顿于 1881 年提出：一个恒星接近太阳时，潮汐作用，使太阳和另颗恒星都发生变形，在两者中间分出呈卵形的物体，这些物体成为绕太阳转动的行星。用该学者自己的形象说法，两个相接近的恒星潮汐力所拉出的物体就象宇宙中的火花。有人将该学说称为宇宙火花学说。1.5.6 罗素学说美国天文学家罗素于 1935 年提出：太阳曾经是一对双星，后来有一颗恒星走近将其中一颗子星拉走，被拉走时留下了一长条物质，这些物质后来形成了行星。这个学说也叫双星学说。1.5.7 魏扎克学说德国天文学家魏扎克于 1944 年提出：太阳形成后被一个气体尘埃云包围着，这个云由于旋转而变扁，形成了星云盘，后来星云盘形成行星。这个学说可以叫做太阳进入星云学说。1.5.8 费森柯夫学说前苏联天文学家费森柯夫于 1919 年提出：形成行星的物质全部是从太阳上抛射出来的，由于原来的太阳质量大、含氢量高，自转速度快而且不稳定，因此抛射出形成行星的物质。这个学说叫做太阳自身抛射学说。1.5.9 伯克兰学说挪威科学家伯克兰于 1912 年指出：电磁力在太阳系形成过程中起到重要作用。太阳从一开始就有磁场，太阳抛射出的离子，沿着磁力线在螺旋轨道上向外运动，停留在一些圆上，圆的半径决定了电子电荷和离子质量的比率，这样就形成了一系列的球，不同的球由不同的离子组成。这个球的物质后来集聚形成一个行星。这个学说叫做离子集聚学说。1.5.10 麦克雷学说英国天文学家麦克雷于 1960 年提出：形成太阳系的大星云首先破裂为许多小星云，这些小星云具有随机的运动和转动速度及方向。小星云常常相互碰撞，绝大部分结合起来形成了太阳，另外一部分小星云形成了行星。这个学说可以叫做原云先碎后聚学说。1.5.11 瓦尔科维奇学说罗马尼亚物理学家瓦尔科维奇于 1964 年提出：太阳系内的类地行星是同太阳星云外围部分或由太阳抛射出的物质形成的，而类木行星是太阳在星际空间运行时，从遇到的星际云中所俘获的物质形成的。这个学说叫做异源分步形成学说。1.5.12 布郎学说美国物理学家布郎于 1971 年提出：在过去有一个质量是太阳 50-100 倍大的超新星爆发时，抛射物中的一个碎块形成了今天的太阳系。该学说叫做超新星爆发碎块成因学说。1.5.13 米特拉学说印度天文学家米特拉于 1975 年提出：太阳系是以星团方式集体产生的。在宇宙中有一个很大的星际云由于自吸引出现湍流，进而形成一个星团，这个星团逐渐互相散开，原太阳是其中一个初始角动量几乎为零的成员星。以后，原太阳在绕银心转动的过程中，不断吸积那些与其自己轨道相似的颗粒，逐渐形成一个围绕太阳的球形包层，进而演化为星云盘，并且由于它的角动量传给了原太阳而使太阳自转起来。这个学说可以叫做星团散开形成太阳学说。1.5.14 康德和拉普拉斯学说康德是德国哲学家，生于 1724 年，死于 1804 年。拉普拉斯是法国数学家和物理力学家。生于 1749 年，死于 1827 年。这两位太阳系星云学说创始人在互相不知道的情况下，分别发表了内容大体相同的太阳系起源学说即星云学说。太阳系起源星云学说为大多数天文学家认可。从十八世纪到现在虽然已经过去了二百多年，在这期间有许多科学家提出过有关太阳系起源的星云学说，尽管这些学说在某些方面和某些形成机制上都有自己的见解，但总的宗旨没有离开康德拉普拉斯星云学说。太阳系起源星云学说宗旨就是一句话：太阳系是从一个星云中形成的。在这个星云中有气体、有尘埃、有冰块、有大大小小的固体物质。在万有引力作用下物质相互吸引，星云体积在缩小。在这个星云的中心形成了太阳。由于星云原始存在转动，在体积缩小时，因为角动量守恒，星云转动加快，变成扁球状。扁平面上的星云继续收缩形成了现在的共面同方向转动的行星。1.6. 传统太阳系起源学说分类有关太阳系起源的学说高达几十家，按照太阳周围星球的物质来源可以将这些学说划分为三个学派：分出说、俘获说、共同形成说。（1） 、分出说也叫灾变说。在这一学派中，有的认为是另外一颗恒星碰到太阳，碰出了物质，这些碰出的物质形成了行星。有的认为：太阳曾经出现过巨大规模的变动，例如太阳的自转快度变快，由一个恒星分裂为两个恒星，后来因为某种原因，其中一个离开了，离开时所留下的物质形成行星。有的认为：太阳原来是一对双星，其中一颗子星被另外靠近的一颗大星拉走了或俘获了。在子星被拉走或俘获时所留下来的物质形成了太阳系现在的行星。也有的认为：太阳的伴星爆发成超新星，留下的物质形成了行星。另外还有的观点认为是太阳自身抛射出来的物质形成了行星。（2） 、捕获说这一学派的共同看法认为是太阳先形成的。太阳形成后捕获了周围的或宇宙空间里的其它星际物质，而由这些物质形成了行星。（3） 、共同形成说形形色色的各类星云说都是属于这一学派。这一学派认为：太阳系是由一个星云形成的。尽管各学者对太阳系内的星球形成和自转及公转有各自的见解，但他们都共同认为太阳系是由一个原始星云逐渐演化而形成的，或者说形成行星的物质来源于太阳或与太阳有关系的其它星球。1.7. 本文观点与传统捕获说的区别传统捕获说，认为是太阳捕获宇宙物质，这些物质在太阳系内形成行星、彗星等天体，太阳形成在前，行星、彗星等天体形成在后。本文观点，太阳直接在宇宙中捕获行星、彗星形成绕转运动组合体即形成太阳系，有的行星形成时间可能在太阳之前，其年龄可能大于太阳。2. 地球结构2.1. 固体地球结构在做几何题时，画一条辅助线其难题就会迎刃而解。有许多事情或问题不解时，换一种思路或模式就有可能获得解决。为了研究和探讨地球起源与演化，对固体地球结构进行重新划分。依据固体地球内部物质状态和地震波特征，对固体地球进行一级分层和二级分层，见表 2-1，其示意图见图 2-1、图 2-2，图 2-3 是传统固体地球结构示意图。一级分层的目的是为了研究地球内球、外球运动，进而研究地磁的成因、地震的成因、火山的成因及地壳运动的成因。二级分层的目的是为了研究地球起源。表 2-1 固 体 地 球 结 构 表地球圈层名称一级分层二级分层传统分层深度（公里）地 震纵波速度（公里/秒）地 震横波速度（公里/秒）密度（克/立方厘米）物 质状 态地 壳 地 壳 033 5.67.0 3.44.2 2.62.9 固态物质外过渡层（上）上地幔 33980 8.110.1 4.45.4 3.23.6 部 分熔融物质外球外过渡 层外过渡层（下）下地幔 9802900 12.813.5 6.97.2 5.15.6 液态固态 物 质液态层液 态 层 外地核 29004700 8.08.2 不能通过 10.011.4液态物质内 过度 层过度层 47005100 9.510.3 12.3 液态固态 物 质内球 地 核 内地核 51006371 10.911.2 12.5 固态物质图 2-1 固体地球结构（一级分层）示意图 图 2-2 固体地球结构（二级分层）示意图图 2-3 传统固体地球结构示意图2.2. 地球的外部结构在固态地球外部存在水圈、生物圈和大气圈。在地球的表层由水体所构成的连续圈层叫做水圈，水能以汽态、液态和固态三种形式存在，按水所在的位置或环境将水分为：海水、陆地水和大气水。地球的总水量大约为：1.361015立方米，如果将全部水平均覆盖到地球表面可深达 2700 多米厚。在地球的表层由生物存在和活动所构成的连续圈层叫做生物圈，绝大多数生物活动在水深 200 米到空中 200 米以内的范围。有些生物能在极端的条件下生存，在海洋几千米以下的水域有鱼的存在，在太空有生物孢子。在地球周围所聚集的气体圈层叫做大气圈，依据大气的物理性质和运动特点，从地表向上将大气圈划分为：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。在地球上 3000 公里的高空，空气已是极其稀薄，空气粒子将挣脱地球引力逃向太空，该处以外视为宇宙太空。3. 地球起源与演化3.1 地球起源3.1.1. 地球起源学说依据地球形成的位置，地球起源分为两大学派：传统学派认为地球是在太阳系内形成的；本文认为地球是在太阳系外形成的。像太阳系起源一样，认为地球是在太阳系内形成的可划分为三派：分出说也叫灾变说、捕获说、共同形成说也叫星云说。本文的观点：地球是在太阳系外宇宙空间形成的，在运行到太阳附近时被太阳捕获，成为绕太阳转动的行星。3.1.2. 地球起源地球起源于太阳系之外的宇宙空间，在 46 亿（？）年前，地核捕获熔融物质、塑性物质、固态物质、气体和液体形成地球。3.2 地球演化在地球演化过程中，发生一些天文与地质事件，将事件的时间段叫做地质时期。在各地质时期，在与地球相关的宇宙空间及太阳系和地球所发生的大事件，在地球自身、地壳运动、地层、岩石、构造、古生物、古地磁、古冰川、古气候等多方面都留下了记录。在不同的地质时期，地质作用不同，特征不同。将地球历史划分为：地球形成时期、地壳形成时期、进入太阳系前时期、进入太阳系时期、地月系形成时期、新生时期，见表 3-1。3.2.1. 地球形成时期【始古宙（宇） 】这一时期是由地核俘获宇宙高温熔融物质和少量塑性物质、固态物质、气体和液体开始的，到地表熔融物质凝固形成地球最原始的外壳的一段地质时间。在距今 46 亿（？）年前，在太阳系外的宇宙空间，由铁镍物质组成的地核俘获宇宙高温熔融物质和少量塑性物质、固态物质、气体和液体，在地核外形成高温熔融物质巨厚层。地核与高温熔融物质间形成内过渡层。地球外表温度降低，熔融物质凝固，形成地球最原始的外壳。外壳与高温熔融物质间形成外过渡层。高温熔融物质形成液态层。在这一地质时期，地球形成分层结构，由内向外：地核、内过渡层、液态层、外过渡层、外壳。在地球表面，由于熔融物质凝固和收缩，形成张裂、沟谷、高山。由于宇宙天体撞击，在地表形成大坑洼地。3.2.2. 地壳形成时期【太古宙（宇） 】这一时期是由地表熔融物质凝固形成地球最原始外壳开始到有沉积岩形成的一段地质时间。地壳和地球熔融物质凝固形成的外壳是不一样的。地壳是由火山岩、沉积岩、变质岩和陨石共同组成的地球外壳，是地球经过长期演化后而形成的。在这一地质时期：随着温度降低，熔融物质凝固过程中产生的水和俘获的水流动汇聚到张裂沟谷与大坑洼地中，形成地球上最初的水域海洋和湖。产生的气和俘获的大气留在地球表面，形成大气圈。由于地核俘获宇宙物质的不均，地表各处温度高低不同产生大气流动。在地壳形成时期，有了水和大气，产生了风化、剥蚀和搬运作用，开始形成沉积岩。表 3-1 地 质 时 期 与 特 征 表地质 时期特 征代（界）宙（宇）同位素年龄Ma 新生时期这一时期是一颗彗星撞击地球而开始的。这颗彗星在太阳系裂解，形成绕太阳的小行星带。彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里存在着各种生物。在这一地质时期，地球增加了水、大气和新的生物物种。原有的生物发生变异或进化。新生代（界）地月系形成时期这一时期是月球被地球俘获形成地月系而开始的。月球绕地球转动，使地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下，地球的外球发生了旋转，形成地极和磁极的移动。在生物界，动物和植物都发生了变异，形成高大的树木和大型的动物。中生 代（界）65进入太阳系时期这一时期是地球进入太阳系成为行星而开始的。在这一地质时期，地球有了太阳的光照，形成了绕太阳的公转和自转，有了昼夜的变化。在地球的内部，地核或内球偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。在地壳，由于地球自转形成由两极向赤道的离心力；在太阳引力作用下，由于地球自西向东转动，地壳形成自东向西的运动。形成高山、高原，形成沟谷洼地和平原。在生物界，开始爆发式出现即开始复活。随着太阳系的演化，地球由进入太阳系时的轨道面即轨道面与太阳赤道面夹角大约 2326，演化到现在的地球轨道面与太阳赤道面近平行，地轴由垂直轨道面变为倾斜在轨道上运行，形成一年的四季变化。在岩石建造上，出现大量的石灰岩。古生代（界）显生宙（宇）250进入太阳系前时期这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。这是一段没有阳光的地质时期。在这一段的前期，地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强，高山被剥低，在沟谷和坑洼地中沉积了巨厚的原始沉积。在这一段的后期，地壳活动变弱，地表温度渐渐降低，到了冰点以下，形成全球性的冰川。在生物界，降落在地球上的原核生物开始复活和繁殖。由于没有阳光，其他降落到地球上的植物和动物处于休眠状态。原核生物开始繁殖。元古宙（宇）543地壳形成时期这一时期是由地表熔融物质凝固开始到有沉积岩形成的一段地质时间。随着温度降低，熔融物质凝固过程中产生的水流动汇聚到张裂沟谷和大坑洼地中，产生的气留在地球表面，形成大气圈。地核俘获宇宙物质的不均，地表各处温度高低不均产生大气流动。在这一地质时期，有了水和大气，产生了风化、剥蚀和搬运作用，开始形成沉积岩。太古宙（宇）1800地球形成时期这一时期是由地核俘获高温熔融物质开始到地表熔融物质凝固形成地球原始外壳的一段地质时间。在距今 46 亿（？）年前，由铁镍物质组成的地核俘获了高温熔融物质形成巨厚熔融层。熔融层与地核接触部位温度降低，形成内过渡层；与外壳接触部位形成外过渡层；熔融层形成液态层。在这一地质时期，形成了圈层状结构的地球。熔融物质凝固形成收缩，在地表形成张裂沟谷高山。宇宙天体撞击，在地表形成大坑洼地。始古宙（宇）36003.2.3. 进入太阳系前时期【元古宙（宇） 】这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。这是一段没有阳光的地质时期。在这一段的前期，地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强，高山被剥低，在沟谷和坑洼地中沉积了巨厚的原始沉积。在这一段的后期，地壳活动变弱，地表温度渐渐降低，到了冰点以下，形成全球性的冰川。在生物界，降落在地球上的原核生物开始复活和繁殖。由于没有阳光，其他降落到地球上的植物和动物处于休眠状态。3.2.4. 进入太阳系时期【显生宙（宇） 】这一时期是太阳捕获地球，地球进入太阳系成为行星而开始的。地球进入到了有阳光的显生宙时期，是古生代的开始。地球产生绕太阳的公转和自转。现在的地球黄道面在太阳赤道面附近，二者夹角很小。地球倾斜在轨道上运行，地轴的倾斜方向与黄道面的夹角为 6634，即地球的赤道面与黄道面的夹角为 2326，如图 3-1 所示。太阳 图 3-1 地球倾斜在轨道上运行示意图地球是在和太阳赤道面大约 2326夹角方向运行（如图 3-2 所示）被太阳捕获，变成绕太阳旋转的行星。 图 3-2 地球进入轨道方向示意图地球如同试验一被太阳俘获，形成公转和自转。形成时，地轴和轨道面是垂直的，地轴和太阳赤道面夹角大约为 6634。太阳系和其他星系一样，在星系演化趋势作用下，地球由形成时的轨道面向太阳赤道面方向移动了 2326，并已移动到太阳赤道面附近（如图 3-3 所示） 。图 3-3 地球由被太阳捕获时轨道面向太阳赤道面演化示意图在太阳系演化过程中，在无其他天体引力作用情况下，绕转星球的轨道形状不变，自转轴的倾斜方向和倾斜角度不变。地球由被太阳捕获时，地轴和轨道面是垂直的，和太阳赤道面夹角大约为 6634。由于地球轨道面向太阳赤道面方向移动了 2326，因此形成现在的地球赤道面与黄道面夹角为 2326。地球被太阳捕获时地轴和轨道面是垂直的，地球两极终年无太阳光照，地球无四季。随着地球轨道面向太阳赤道面演化移动，地轴发生在轨道面上的倾斜，地球有了一年四季变化。在这一地质时期，地球有了太阳的光照，形成了绕太阳的公转和自转，有了昼夜的变化。在地球的内部，地核或内球偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。在地壳，由于地球自转形成由两极向赤道的离心力；在太阳引力作用下，由于地球自西向东转动，地壳物质形成自东向西和由两极向赤道方向的运动。形成高山、高原，形成沟谷洼地和平原。冰川融化。在生物界，开始爆发式出现即开始复活。在岩石建造上，出现大量的灰岩。3.2.5. 地月系形成时期【中生 代（界） 】这一时期是月球被地球捕获形成地月系而开始的，地球进入到了中生代时期。月球绕地球转动，使地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下，地球的外球发生了旋转，形成地极和磁极的移动。在生物界，动物和植物都发生了重大的变异或进化，形成高大的树木和出现大型的动物。3.2.6. 新生时期【新生代（界） 】这一时期是一颗大彗星撞击地球而开始的（？） ，地球进入到了新生代时期。这颗彗星在太阳系裂解（？） ，形成绕太阳的小行星带。彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里存在着各种生物。在这一地质时期，地球增加了水、大气和新的生物物种。原有的生物发生变异或进化。地球开始有了高级生物。4. 地球的内球、外球运动4.1 地球的内球运动太阳捕获地球，地球产生绕太阳的公转和自转。地球捕获月球，产生绕地月质心的转动。地球的内球、外球在太阳和月球的作用下将产生不同的运动。在不同的地质时期，地球的内球、外球运动是不同的。在地球进入太阳系前，内球在地球中心，内外球转动是一致的。地球被太阳捕获后，地球产生了公转和自转，地球的内球和外球也产生了位置和转动角速度不一样的变化。4.1.1. 地球的内球或地核不在地球中心下面做一个简单的模拟试验：在装满水的瓶子里放入一个石子，系上一根绳子绕手旋转，如图 4-1，结果：在瓶子内的石子始终偏向引力的另一侧。图 4-1 绕转瓶子照片同样道理，地球在太阳引力作用下绕太阳旋转，内球将偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。 4.1.2. 地球的内球或地核转动比外球快由于地球的内球不在地球中心，始终偏向太阳引力的反方向，导致内球和外球转动的角速度不一样，内球快，外球幔，如图 4-2 所示。图 4-2 地球内球偏向太阳引力反方向示意图角速度 =V / R ，V 为线速度，R 为半径。在 A 点内球的半径小于 A 点到地球中心，依据角速度公式，内球角速度大于外球的角速度。4.2 地球的外球运动地球捕获了月球，形成了地月系。4.2.1 地球南北半球的受力情况地球倾斜在轨道上自传和绕太阳公转，在夏至时，地球北半球到太阳距离近，南半球到太阳距离远，如图 4-3 所示。图 4-3 地球两极到太阳距离远近示意图依据万有引力定律 F=GmM/R2， 星 球 引 力 与 星 球 的 质 量 乘 积 成 正 比 ， 与 距 离 的 平 方成 反 比 。 在 夏 至 时 ， 地 球 北 半 球 受 到 的 太 阳 引 力 大 于 南 半 球 ； 在 冬 至 时 ， 地 球 南 半 球 受 到 的 太 阳 引 力 大 于 北 半 球 。 在 春 分 和 秋 分 时 ， 地 球 南 北 两 个 半 球 受 到 的 太 阳 引 力 相 等 。4.2.2 地球的晃动下述三种运动引起地球的晃动：地球绕地月质点转动、地球的章动、地轴的进动。晃动作用的结果将豆子放到簸箕里，晃动簸箕，豆子在簸箕里沿着簸箕倾斜方向滚动，如图 4-4。图 4-4 晃动簸箕，豆子向簸箕倾斜方向滚动照片地球的晃动，外球将向着太阳引力大的方向滚动，内球将向着太阳引力反方向滚动而地轴倾斜角度保持不变，如图 4-5 所示。图 4-5 地球晃动，外球、内球转动示意图地球外球的滚动，使原地极位置向着太阳引力大的方向移动，原地球赤道也随着发生移动。现在地球的南极洲是随着地球的外球转动到达现在的南极位置，南极洲的煤炭随着地球的外球转动而到达现在的位置。地球的原磁极位置随着地球的外球转动而转动，这是磁极移动的成因。5. 地壳运动5.1地壳运动地壳及组成物质岩石相对某一参照物发生位置变化叫做地壳运动。固体地球坚硬的外层叫做地壳，地壳是由各种岩石组成的。地壳及组成物质岩石形成过程中发生的位置变化以及风化作用对地壳及岩石的剥蚀、搬运等作用都属于地壳运动。在不同的地质时期产生不同类型的地壳运动，不同类型的地壳运动其成因不同。5.2. 地壳运动分类 研究地壳运动成因，首先需要对地壳运动进行分类。依据不同的标准和成因理论，地壳运动可以划分为很多类型，如表 5-1.表 5-1 地 壳 运 动 分 类 表分类依据 地 壳 运 动 类 型本文分类参照物 1、以银道面为参照物的地壳运动；2、以黄道面为参照物的地壳运动； 3、以地轴为参照物的地壳运动；4、以地理坐标为参照物的地壳运动； 5、以地表物体为参照物的地壳运动；6、以球面为参照物的地壳运动。运动方向 1、 经（南北）向地壳运动；2、纬（东西）向地壳运动；3、北东-南西向地壳运动；4、北西-南东向地壳运动。运动方式 1、水平地壳运动；2、垂直地壳运动；运动结果 1、折曲地壳运动；2、断裂地壳运动。地质时代 1、前寒武纪地壳运动；2、古生代地壳运动；3、中生代地壳运动；4、近代地壳运动；5、现代地壳运动。地名+时代 1、阜平地壳运动；2、吕梁地壳运动；3、晋宁地壳运动；4、加里东地壳运动；5、华力西地壳运动；6、印支地壳运动；7、燕山地壳运动；8、喜马拉雅山地壳运动。作用力来源 1、 内力地壳运动；2、外力地壳运动。运动规模 1、 全球性地壳运动；2、区域性地壳运动；3、局部地壳运动。成因 1、 地震地壳运动；2、火山地壳运动；3、风化剥蚀地壳运动；4、塌陷地壳运动；5、沉积地壳运动；6、陨石撞击地壳运动；7、人为地壳运动。深度 1、地表地壳运动；2、浅层地壳运动；3、深层地壳运动。传统分类力学性质 1、压性地壳运动；2、张性地壳运动；3、扭性地壳运动；4、混合力学性质地壳运动。5.3. 传统地壳运动学说5.3.1. 收缩说在十六世纪，意大利天文学家布鲁诺提出：地球上产生的岩层弯曲是由于地球收缩引起的。地球好比一个苹果干了，苹果皮就会发生收缩和褶皱。该学说认为地球原来呈熔融体状态，由于散热冷却发生凝固形成地壳。后来这个学说随着星云学说的兴起而得到了发展。图 5-1 是该学说地球收缩机制示意剖面图。 图 5-1 收缩机制示5.3.2. 膨胀说膨胀学说是依据物质的相变原理而提出来的。在地壳下层是玄武岩，而在地幔上部是橄榄岩。这两种岩石的化学成分大体相同。但是玄武岩比橄榄岩密度小体积大。两种岩石可以相互转化，在高温高压下形成橄榄岩，在相对低温低压下形成玄武岩。当地球的温度降低时，橄榄岩会转变形成玄武岩，因此地壳体积增大密度变小。所以该学说认为地球不是在收缩，而是在膨胀。膨胀作用使地球表面产生张性裂口，以及裂口之间地块的相互挤压，这样地球表面就形成了岩层的弯曲发生褶皱和断裂。由于地球热量的不均衡以及各部分物质的不均衡，也必将产生差异的挤压和断裂。5.3.3. 均衡说从图 5-2我们知道，将相同截面面积和相同重量而密度不同的三块物体放到液体中，三块物体在液体里都处在一个平面上，但露出液体面的高度不同，密度小的比密度大的物体高于液体面。从图 5-2我们知道，在相同截面和相同密度下，将三块重量不同的物体放入液体中，重量大的物体在液体中比其它两块深，这就是物体在液体中的均衡现象。均衡学说认为：当地球表面的高山在风化作用下被剥蚀变低了，剥蚀掉的物质被搬运到低洼处沉积下来（见图 5-2） ，为了保持均衡，被剥蚀变低的地方就会抬升，而接受剥蚀物的低洼处就会下降，以此来保持均衡，由于抬升和下降，从而引起地壳运动。图 5-2 均衡说机制示意图5.3.4. 板块构造学说这门学说是现在地学的主流学说，受到众多地学界人士的认可。这门学说的前身是大陆漂移学说，进一步发展为海底扩张学说，最后成为板块构造学说。1910 年，德国气象学家魏格纳患病在床上，他发现挂在墙上的世界地图，大西洋两岸的轮廓竟是如此地相对应，因此在他的脑海里就形成了非洲大陆和南美洲大陆在地质时期里曾经是在一起的，大西洋是后来从这两个大陆中间形成的，发生了大陆漂移。后来，魏格纳又从古生物上寻找大陆漂移的证据。在大西洋两岸大陆相对应的一些位置，有相同的古生物群分布。在大陆漂移学说提出之前，有人提出陆桥学说来解释这些古生物群相似或相同的现象。除从大西洋两岸陆地存在的古生物上获得支持大陆漂移的证据外，魏格纳又从大西洋两岸陆地对应的地层岩石和地质构造上寻找大陆漂移的证据。从所搜集到的这些资料，对大陆漂移学说起到了一定的有利证明作用。在古冰川学研究方面所取得的冰川资料，也有的学者用来证明大西洋两岸的大陆曾经是连在一起的。魏格纳通过系统搜集地理、地层、构造、古地理、古气候、古生物等资料。于 1915 年发表了海陆的起源一书，从此大陆漂移学说就诞生了。魏格纳认为：地球上原来只有一个大陆叫做泛古陆，这个大陆在古生代石炭纪前是连在一起的。图 5-3 是魏格纳的泛古陆漂移形成现在的陆海分布图。图 5-3 大陆漂移学说的泛古陆漂移图后来又有人提出和魏格纳不同的见解，认为在原来的地球上存在两个古老大陆，在北半球的叫做劳亚古陆，在南半球的叫做冈瓦纳古陆，见图 5-4。图 5-4 大陆漂移学说所划分的南北两个古老大陆图大陆漂移的方向，是向赤道和向西。向赤道的漂移是由于地球自转时的离心作用而形成的。大陆向西漂移的作用力来源，魏格纳认为是由于太阳和月亮的引力所产生的潮汐摩擦力引起的。地球的自转速度由于潮汐摩擦而减缓，这种减缓对地球表层表现的最为明显，从而使地球表层特别是高出海平面的大陆相对于由西向东自转的地球有滞后的趋势，因此产生大陆缓慢向西漂移。而地球物理学家对地球的自转离心力计算出在 45纬度处最大，大约是重力的三百万分之一，而且潮汐摩擦力也相当有限。所以地球物理学家认为上述两种力太小，不足以推动大陆做这样长距离的漂移。大陆漂移学说由此而逐渐消沉。20 世纪五十年代，古地磁学说开始兴起。通过古地磁的研究，描绘出了古地磁极在地球上运行轨迹，图 5-5 是分别根据欧洲大陆和北美大陆岩石测出的两条磁极迁移轨迹。图 5-5 古地磁迁移图 古地磁学的研究，证明在地质历史时期里，各大陆原来是连接在一起的。除非能证明地磁极移动不是由于大陆漂移形成的。随着海洋调查的深入和发展，对大洋底地形地貌和海底地质有了概括的了解。在大西洋海底中间部位存在一条纵贯南北的大西洋海脊；在印度洋存在一个呈“人”字形的大洋海脊；在太平洋的四周存在多条大洋海沟，在太平洋中间也存在大洋海脊和高原。在大洋海脊上特别是大西洋海脊，存在一条海脊大裂谷，在大裂谷里热流值高。在裂谷两侧呈对称状的沉积物年龄相离越远越老。在大洋中脊上存在着平移断层，板块学者将这种断层称为大洋转换断层。1961 年迪茨在英国自然杂志上首先提出“海底扩张”这一观点。该观点认为，大西洋是从大西洋中脊向外扩张产生的。地幔岩浆在大洋中脊的裂谷中涌出，推动大洋向两侧扩张。图 5-6 是大西洋海脊扩张机制示意图。图 5-7 是大洋盆地前缘俯冲到大陆下的示意图。图 5-6 大西洋海脊扩张机制示意图图 5-7 大洋盆地前缘俯冲到大陆下示意图1968 年 6 月，勒皮雄在前人的工作基础上，将全球共划分为六大板块（见图 5-8） 。至此板块构造学说已成型。板块构造学说关于板块驱动力来源同大陆漂移学说是不一样的。板块学说认为是地幔热对流作用驱动板块活动。大洋海底在大洋中脊处产生，然后向两侧扩张壮大，最后在碰到大陆板块时俯冲到地幔软流圈里，在那里熔融消亡。图 5-8 板块学说将地球共划分六大板块图板块学说的问题与错误问题与错误 1：所谓的古陆不存在板块学说关于古陆有两种观点：一是现在地球上的大陆原来在一起，叫做泛古陆，见图 5-9；二是现在地球上的大陆原来分为两个大陆，在北半球的叫做劳亚古陆，在南半球的叫做冈瓦纳古陆，见图 5-10。后来发生了大陆漂移或海底扩张，形成了现在的大陆和海洋分布格局，如图 5-11、图 5-12 所示。图 5-9 古生代时的泛古陆示意图 图 5-10 南北两个古老大陆示意图图 5-11 中生代时的陆地分布示意图 图 5-12 新生代时的陆地分布示意图通过上述各图的对比，所谓的古陆从古生代到现在，就是大陆，其总体面积没有变化，只是由大块变成了小块，位置移动了。就中国大陆而言，野外地质调查证明，从古生代到中生代的不同地质时期，在不同的地区存在大量由海洋沉积形成的各类灰岩。板块学说认定位于欧亚板块之上的中国大陆从古生代到现在为古陆。在世界各地各地质时期，都存在由海洋沉积形成的各类灰岩及海洋生物化石。野外地质事实，证明板块学说的观点是错误的，所谓的古陆不存在。问题与错误 2：原来的地壳哪里去了？图 5-13 是板块学说绘制的板块生长与消亡图，大西洋和印度洋均向东西两侧扩张。在图 5-13 板块学说绘制的版块生长与消亡图大西洋的南部，大西洋由中脊向东扩张 3000 多公里，因为大西洋宽度 6000 公里以上。印度洋向西扩张 3000 多公里。二者合计 6000 多公里，这原有的 6000 多公里宽地壳哪里去了？印度洋和太平洋向南扩张，使南极洲板块移动到现在的南极位置，那么原来的南极洲地壳那里去了？问题与错误 3：海脊扩张方向和板块相撞方向矛盾，怎么解释？图 5-14 是大洋海脊分布与形态图。图 5-14 大洋海脊分布与形态图 印度洋海脊为“入”字型，北部海脊为南北向，而且还有两条次级南北向海脊并行分布，大洋由海脊向两侧扩张，即印度洋北部向东西向扩张。那么，印度洋板块怎么会向北与欧亚板块相撞？怎么会形成青藏高原隆起？问题与错误 4：海底地形与海底扩张不吻合，怎么解释？板块学说的观点是：大洋地壳是由大洋中脊向两侧扩张而形成的。已经形成的大洋海脊地形不会消失，随着大洋海脊向两侧扩张而张开向两侧移动。以此理论，大洋洋底地形应全为海脊。由图 5-14 清楚标明大洋中脊位于大洋中心，中脊两侧是大洋盆地。大洋地形否定了板块学说。问题与错误 5：两条大洋中脊相交处是怎么扩张的？大西洋中脊与印度洋中脊呈 “”型连接，两条大洋中脊向外扩张的方向是“对抗”的，如图 5-15，怎么扩张？在印度洋的大洋中脊呈“入”字型连接，两条