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文档简介
第一节宇宙、银河系、太阳系宇宙空间包罗万象,大至地球、太阳系、银河系、总星系,小至分子、原子和基本粒子。目前我们所能观测到的宇宙范围称为总星系,其半径约100多亿光年。1961年4月12日,苏联宇航员加加林首次进入太空。1969年7月16日,载着3名航天员的阿波罗11号载人飞船,史无前例地启程飞往月球,开始执行人类首次对月球的冒险探测行动。经过长途跋涉,飞行约38万公里的距离,5天后的7月21日,阿波罗11号终于飞抵月球轨道。航天员阿姆斯特朗及其同伴奥德林要登上月球,停留21小时18分钟,进行了一系列实地月球考察,然后带上采集的月球土壤和月岩标本,启程返航。2003年,美国发射勇气号和机遇号两枚探测器,勇气号在2004年1月4日12:35登陆火星人类历史上最成功的探测器——“伽利略”号2003年09月21日撞向木星,结束了长达14年的探测生涯“伽利略”探测器在木星轨道上2003年10月15日电中国在酒泉卫星发射中心进行首次载人航天发射——神州5号飞船。北京时间2005年10月12日9时整神州六号于酒泉卫星发射中心成功发射中国在2004年2月13日公布首次探月计划——嫦娥计划。计划分“绕、落、回”三个发展阶段,首期“嫦娥一号”绕月工程,总投资14亿元(一个比较常见的比喻是:第一次探月工程的花费也就相当於修建两三公里地铁的钱),将在2007年以前发射一颗绕月卫星。此後10年间,中国将陆续进行月球车在探月软着陆以及机器人月壤采样工作。第一节宇宙、银河系、太阳系一、宇宙的形成宇宙的起源太阳的形成地球的诞生
“大爆炸理论”
(big-bangcosmology)是盖莫夫(G.Gamow)1946年创建的。直到今天,科学家们才确信,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。大爆炸理论它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。1、宇宙的起源——“大爆炸理论”
在爆炸发生之前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,之后发生了大爆炸。
大爆炸使物质四散出击,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命,都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。1.宇宙的起源——“大爆炸理论”
太阳系是一团旋转炽热的气体,因冷却收缩,越转越快,离心力加大,在云团赤道离心力最大,形状变得扁平如圆盘。当旋转速度快到一定程度后,外缘的惯性离心力大于引力时,会有部分物质被分离出来成为继续围绕中心旋转的圆环,如现今土星所见到的。这些圆环一次又一次地被分离出来并分别凝聚成行星。
行星周围的卫星形成过程也如此。星云中心部分则收缩成为太阳。2.太阳系的形成
太阳系是由炽热的气体冷却而成,星云物质冷却过程是地球的形成过程。
形成地球的冷却星云里,在万有引力作用下,物质微粒相的互吸引形成星子。星子再相互吸引,不断碰撞,直到成为地球和其它行星的前身。
原始地球是个比现在地球大得多的尘埃集合体,并沿现今地球轨道自转和公转。
由于原始地球接受太阳辐射多温度高,水气散失,尘埃中固体物质成为建造地球的主体。3.地球的诞生
——初期
原始地球内的“星子”受万有引力作用,向中心聚集,体积缩小密度变大。当星子自转所产生的离心力与所受到的引力时,达到平衡不再收缩,即形成今天的地球。
尘埃的聚集、放射性元素的蜕变、陨石的撞击,地球曾经历了一个高温时期,或局部熔融状态,使重者下沉,轻者上浮,出现达规模的物质分异。Fe、Ni密度大,含量多,逐渐向中心聚集,成为地核。3.地球的诞生
——圈层构造形成4.河外星系蝴蝶星云
蝴蝶星云
蟹状星云二、银河系类银河系星云银河系的结构二、银河系10万光年3.2万光年与银河年有关的周期二、银河系太阳绕银心旋转速度250km/s,完成一周约250-300Ma。穿越旋臂每次约75Ma。穿越银道面太阳在银道面上下往复波动,每次约35Ma。三、太阳系
太阳系
是由太阳、行星及其卫星、矮行星彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。太阳表面的大气圈从里向外分为光球、色球和日冕三层。太阳的结构
1太阳2.太阳系的八大行星
太阳系:由太阳、8颗行星61颗卫星以及无数的小行星、彗星及陨星组成。国际天文学联合会大会2006年8月24日投票决定冥王星降级为矮行星。地球在宇宙中的位置“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。①水星
其表面厚厚的云层清晰可见一九七四年“水手”10号拍摄的金星②金星
金星上的峡谷②金星
地球的卫星照片③地球
火星全貌④火星
地球!!!火星:一无所有的荒漠….?????一九九一年“哈勃”望远镜拍摄的木星,清晰地显示了在木星大气层中云的结构⑤木星
依次为木卫一、木卫二、木卫三和木卫四图中木星的大红斑清晰可见,从上到下木星(左)和它的卫星们⑤木星
土星全貌⑥土星
艳丽多彩、结构复杂的土星环⑥土星
“哈勃”望远镜拍到的天王星与它的环和两个卫星⑦天王星
“旅行者”拍到的天王星环⑦天王星
天王星的光环。由20条细环组成,宽度约10万公里海王星全貌⑧海王星
海王星及其卫星彗星的结构⑩彗星与流星
彗星彗星流星雨⑾
地球的卫星——月球之后,在返回地球途中拍摄的月球全景“阿波罗”
17号成功地完成登陆月球任务月球
“阿波罗”15号的月球车1969年“阿波罗”11号拍摄的月球布满陨石坑的地区。其中,大陨坑的直径为80千米第二节地球的形状、大小及其表面形态
据人造卫星轨道参数分析,地球北极比标淮的旋转椭球体要凸出约10m,南极则凹进约30m;北半球的中纬度区稍稍凹进,在南半球则稍稍凸出。据此可有两点推论:
1)地球非严格的旋转椭球体;2)这一不规则的形态表明地球内部物质在分布上具有显著不均匀性。1.地球的形状——“球”还是“梨”
由于物质密度分布上的差异、弹、塑性变形及自转的影响,地球更为准确的表面形态略似于一个“梨形”(严格地说宽度应大于高度):
近日点日距147,100,000千米(每年1月3日左右)
远日点日距152,100,000千米(每年7月4日前后)
平均日距1个天文单位(pc)
赤道半径6378.14千米
极半径6356.75千米
赤道周长40075.7千米
表面积5.1亿平方千米
质量5.976e24千克
密度5.52克/立方厘米
重力加速度1G(9.8米/秒)
公转周期365.2422平均太阳日
公转行程9.4亿千米
自转周期23小时56分1.09秒(平均太阳时)2.地球形状大小参数云层的衬托下显得轮廊分明阿拉伯在深蓝色的海洋和白色的的地球图片,棕色的非洲和沙特阿波罗17号1972年拍摄2000年12月22日,美国国家航空和航天局(NASA)的科学家发布了全新的地球图片——数字地球图,以替代以前由“阿波罗”上的宇航员拍摄的地球图。这幅数字地球图采取了1997年从几颗人造卫星上获得的数据,估算人们在卫星轨道上看地球的样子,然后加以艺术创造,在背景上添加了月亮。图中的大风暴显示的是从北美洲西部刮起的Linda飓风。月亮放大了,有实际比例的两倍。3.地球的运动4.地球的表面特征
大陆与海洋的分布:
地球的表面积5.1亿km2,其中海洋占70.8%,陆地占29.2%。4.地球的表面特征大陆形态按高程和起伏变化可分为:山地、丘陵、高原、平原、盆地、洼地。海底地形按其特征可划分为海岸带、大陆架、大陆坡、大洋盆地、海岭或大洋中脊。陆地地形主要类型
山地:一般是指海拔高度在500m以上的地区;丘陵:海拔高度在500m以下,为地表相对高差不大、山峦起伏的低缓地形;
高原:海拔高度在600m以上,表面比较平坦且宽广,或偶具一定起伏的山岭与沟谷;平原:海拔高度在200m以下,表面常为平坦或略有起伏,其相对高差小于50m的广大宽平地区;盆地:是中间比较低平、四周是高原或者山地的地区,因外形似盆而得名。洼地:是陆地上某些低洼的地区,其高程在海平面以下。如我国新疆吐鲁番盆地中的艾丁湖,湖水面在海平面以下150m,称克鲁沁洼地。
世界屋脊——青藏高原(>4000m)世界最高峰——珠穆朗玛峰8844.43m海底地形主要类型
海岸带:海边水深在20m以内的地带。其特点是落潮时可露出水面,涨潮时又被海水所淹,因此该带又可称为潮汐带;大陆架:海水深度不超过200m的浅海地带。地势平坦,坡度缓,一般小于0.1°,它是大陆边缘的延伸部分;大陆坡:由大陆架再向外海延伸,海底坡度突然加大,水深由200m至2500m,这一带的海称为半深海;大洋盆地:海水深度自2500m至6000m,这部分海称为深海或大洋。在大洋盆地的中部常分布着海下山脊,称为海岭;海岭:或称大洋中脊。在大西洋、太平洋及印度洋中都发现有海岭,它是一种线状分布的海底隆起地区。海沟:在大的边缓,往往分布着深沟,海水深度一般在8000m至10000m左右。马里亚纳海沟:11033m。滨岸带大洋剖面示意图地表及海底地形4.地球的表面特征东海大陆架剖面示意图第三节地球的主要物理性质1.地球的密度2.地球内部的压力(地压)3.地球的温度(地热)4.地球的磁性5.地球的物理性质—重力6.地球的弹塑性7.其他性质1.地球的密度地球平均密度为5.517g/cm3。地表岩石平均密度为2.7~2.8g/cm3,而覆盖着地表面积达3/4的水的平均密度为1g/cm3,都比地球的平均密度小得多,故推测地球内部物质应当具有更大的密度。在2900,5100km作跳跃式的增加;1.地球的密度2.地球内部的压力(地压)
静压力:这是由上覆盖地球物质的重量所产生的压力;地球的静压力是随深度增加而增加的。地应力:来自地壳运动的应力,以水平力为主。地压对煤矿区巷道的维护、煤及瓦斯突出的预测有着特别重要的意义!地热:地球内部的热能,主要来源是放射性元素衰变过程中释放的热能。地球内部热力分层:外热层(变温层)为地球的表层,其热量绝大部来自太阳。年变化影响深度一般为10-20m;常温层,在外热层下界面附近,地温常年保持不变,等于或略高于当地年平均气温,深度大约在地表以下15-30m;3.地球的温度—地热内热层:指常温层以下的地球内部。其特点是地温随深度的增加而逐渐增高。地热增温率(地温梯度)为3℃/hm左右。世界上不同地区,地温梯度都不相同,地球表层的平均地温梯度为3℃。海底的地温梯度一般为4-8℃,大陆为0.9-5℃.大陆的地温梯度一般来说是显著低于海底的.3.地球的温度—地热
地磁三要素:磁偏角、磁倾角、磁场强度;磁偏角:磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角。即,磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁偏角的大小各处都不相同。在北半球,如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏,偏向正北方向以西称为西偏。我国东部地区磁偏较为西偏,甘肃酒泉以西地区为东偏。4.地球的磁性磁倾角:指磁针北端与水平面的交角。通常以磁针北端向下为正值,向上为负值。地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道;磁场强度:为某地点单位面积上磁力大小的绝对值。它是一个具有方向(磁力线方向)和大小的矢量,一般在磁两极附近磁感应强度大(约为60μT(微特斯拉));在磁赤道附近最小(约为30μT)。磁异常:正、负磁异常;
——
磁法勘探4.地球的磁性四、地球的磁场地磁轴地理轴由地磁赤道到地磁北极,磁倾角由0°逐渐变为+90°;由地磁赤道到地磁南极,磁倾角由0°变成-90°。磁倾角的变化5.地球的物理性质—重力
地球的重力
地球自转引起的离心力和地球引力的合力。因为离心力相对很小,即使在赤道也只有万有引力的1/289,所以重力基本上就等于万有引力,方向也基本上指向地心。5.地球的物理性质—重力
重力在地表的变化
重力随纬度的增加而增加,随海拔高度的增加而减小。由于地壳与地幔的密度都比较小,从地表到地下2900km的核幔界面,重力大体上是随深度增加而略有增加,但有波动。在核幔界面上,重力值达到极大,再往深处去,各个方向上的引力趋向平衡,重力值逐渐减少,直至变小为零。6.地球的弹塑性地球具有弹性,表现在地球内部能传播地震波,因为地震波是弹性波。地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交替的涨落现象,其幅度为7—8cm,这种现象称为固体潮。也说明固体地球具有弹性。地球也具有塑性,地球的自转能引起地球赤道半径加大而成为椭球。在应力的作用下引起岩石发生弯曲而不破裂等,这些都说明地球具有塑性。(1)地球的放射性地球所含放射性元素种类很多,如铀、镭、氡、钋、锕、钍、钾、铷、铼等元素都具有放射性;放射性物探(2)地球的电性:——电法勘探;7.其他性质第四节地球的圈层构造地球内部是怎样?
为找矿产资源,打钻、开掘各种井巷工程,但一般只能达到几百米至几千米。迄今为止,世界上最深的钻孔,是布置在前苏联的北冰洋滨的科拉半岛上的超深钻,也仅深入地下12000多米。对整个地球说来这只涉及它外壳上极薄的一层。
地球物理方法——地球内部的性态,证明地球不是均质体,而是具同心状的圈层构造;以地表为界分为内圈和外圈。
1.大气圈:指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。大气圈中的气体主要集中于地表以上18km的范围内,往上气体变得极为稀薄。主要成分为氮,78.09%;氧,20.94%;氩,0.93%;其他,0.04%(按体积计算)。根据气体组成、温度变化、电荷和大气的运动情况由地表往上可分为五个次级圈层:对流层、平流层、中间层、暖层和扩散层(散逸层)。一、地球的外部圈层对流层平均厚度12km,含大量水蒸气和尘埃,质量占大气圈质量的75%。表现为强烈的对流。大气降温率是6.5℃/km,对流层顶部温度约为-53~-83℃。风、霜、雨、雪、雹、雾等气象现象均发生于此层。平流层从对流层顶到地表以上55km的范围。大气呈水平运动。几乎不含水蒸气、尘埃,存在数层臭氧层,几乎占大气圈质量的25%,无天气现象。一、地球的外部圈层中间层从平流层顶到地表以上85km的范围。大气呈对流运动。存在电离层,可反射无线电波。暖层从中间层顶到地表以上800km的范围。内部存在多层的电离层,也称电离层,强烈反射无线电波。由下到上升温,到300km高空,温度可高达1000℃(低轨道卫星100-300,航天飞机240-350)扩散层从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在,是地球物质向宇宙空间扩散的部位。圆轨道卫星500-1000,气象卫星(静止卫星36000)一、地球的外部圈层天空呈蓝色的原因
太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的。这七种颜色的光波长是不一样的。已知可见光的波长范围是400nm(蓝紫光)到700nm(红光)。大气对光线的散射主要有两种:丁达尔散射和瑞利散射。尘埃、水雾等能在空气中形成胶体的微粒对光的散射属于丁达尔散射,丁达尔散射的特点是散射光的强度与光波波长无关,因此白光散射后仍然是白光;瑞利散射是由极小微粒(分子、原子等)产生的散射,其散射光强度与光波波长的四次方成反比,所以对蓝紫光的散射最强,蓝紫光散射强度接近红光散射强度的十倍,又因为人眼对紫光不太敏感,所我们看到的天空就是蓝色的一、地球的外部圈层2.水圈
地球表面连续而不规则的水体称为水圈。水体的形式有河、湖、海、冰川(盖)水蒸气、地下水等,并形成一个包裹着地球的完整圈层。地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的3/4。在太阳能、重力的作用下,使得水圈中的水体周而复始的运动,形成水循环。水循环的方式有:海洋与大陆间的循环;地表与地下间的循环;生物体与周围空间的循环;水圈与大气圈间的循环。0.343.生物圈
指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层。从动物到植物,乃至细菌和微生物等生活于地球表面一定范围的陆地、水体、土壤及空气中,构成了一个基本连续的圈层。目前已知的生物有近两百万个种。生物的演化发展受控于自然环境的演化,通过地质历史时期生物化石的研究就可以知道地质演化的历史。二、地球的内圈层地球物理方法——地球内部的性态,证明地球不是均质体,而是具同心状的圈层构造。
1909年莫霍罗维奇:33km;第一个地震波不连续面:莫霍面;1914年古腾堡:2898km;第二个地震波不连续面;古腾堡面
地壳、地幔及地核。莫霍面莫霍面古登堡面
地球的内部圈层分别以莫霍面和古登堡面为界划分为地壳、地幔和地核。
其中地幔包括上地幔、过渡层和下地幔,地核分外地核和内地核两部分。地球内部结构
1.地壳地壳是固体地球最外一圈。地壳在陆地上直接暴露出来,在有水体的地方特别是海洋区则被水圈所覆盖。地球由岩石组成,占地球总体积的1.55%,总质量占地球总质量的0.8%。密度2.6-2.9g/cm3。地壳下界为莫霍面,平均厚度33km,最厚的地方是我国的青藏高原,达73km;而海洋部分较薄,约6-8km,平均约6km;分:大陆地壳大洋地壳1)大陆地壳
大陆地壳覆盖地球表面的45%,主要表现为大陆、大陆边缘海以及较小的浅海。地壳的化学组成
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