自然科学概要（第二版）（微课版）课件 第4章 近代地学及其发展

1地球的演变之争CONTENTS第4章近代地学及其发展2地球的圈层结构4.1课程标准

1.知识目标：

了解维尔纳、赫顿、居维叶、赖尔的简介。

理解水成说、火成说；灾变论、渐变论的中心思想。

理解水成说与火成说之争的重要意义。

掌握沉积岩、岩浆岩、变质岩的形成以及地质循环过程。2.能力目标：具备初步创新思维工作能力。3.素质目标：弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。第一节地球的演变之争

一、水成论与火成论之争

（一）水成论1.代表人物

水成论学派以德国地质学家维尔纳（1749一1817）为代表。1787年，维尔纳在《岩层的简明分类和描述》著作中阐述了水成说。

认为所有地层是地球在原始洪水期沉积而成，水是地壳形成与变化的唯一动力，而地下火的作用是次要的、局部的。维尔纳（1749一1817）

2.基本观点

1777年维尔纳根据德国厄兹山区的考察资料，把岩层从老到新划分为四种基本类型。

原生岩：含花岗岩、片麻岩、云母板岩、蛇纹岩、玄武岩、斑岩、正长岩。

过渡岩：含硬砂岩、砂质板岩、灰岩。

盖层岩，含砂岩、灰岩、石膏、岩盐、煤。

冲积岩，含现代粉砂、粘土、沙、砾石、泉华、泥炭。维尔纳由此推论，这个层序适合于全球，称之为“万有建造”。各种沉积岩照片

（1）创新了沉积作用、沉积岩和地层的科学概念。沉积岩为三大类岩石之一，覆盖陆地90%以上的面积。沉积作用有两种模式：

①风化作用→搬运作用→沉积作用→成岩作用，形成碎屑岩类。

②风化作用→溶解作用→搬运作用→结晶作用，

形成（生物）化学岩类。

（2）这里的原生岩，都不是沉积岩。花岗岩、玄武岩、斑岩、正长岩是岩浆岩；片麻岩、云母板岩、蛇纹岩是变质岩。

（3）这个“万有建造”的层序，实际上是湖泊相沉积，不适合于全球。

（4）地下火的作用是普遍的内力作用，不是次要的、局部的。1805年，他的学生布赫与洪堡论证玄武岩为火成成因，实际上宣布了水成论的失败。

3.客观评价

（二）火成论

1.代表人物

“火成论”的领袖人物是英国的赫顿（1726—1797）。1785年赫顿在爱丁堡皇家学会通报第一卷上发表了他们著名长篇论文《地球学说，或对陆地组成、瓦解和复原规律的研究》，阐述了他的地球火成论学说；1795年出版了《地球学说：证据和说明》，提出了“地质循环”的概念。赫顿（1726—1797）

2.基本观点

（1）地球内部是温度很高的岩浆，当地下能量聚集到一定程度时，熔岩就冲破地壳通过火山口而喷流出来，形成火山岩。

（2）在火山爆发的过程中，海底地壳隆起，形成陆地和山脉。

（3）山脉上的岩石风化成碎屑，被河水冲入大海，经过沉积作用和地下热的作用固化成岩石。这些成分不同但彼此平行的岩石，经过地壳的再隆起变成倾斜状态。

（4）地壳是一部分陆地毁灭，一部分陆地再造，循环就是抵消毁灭的再造。（5）地表水的作用是次要的、局部的。火山和断层、褶皱地质构造

3.客观评价

（1）提出了火成岩、变质岩的科学概念；火成岩主要是岩浆岩。岩浆岩的形成有两种形式：

岩浆→侵入→结晶→凝固→成岩；

例如，花岗岩。岩浆→喷出→流动→冷却→成岩；

例如，玄武岩。

变质岩是由原岩经过变质作用形成。变质作用由热力、压力和热液三种形式，分别形成不同类型的变质岩。例如大理岩、石英砂岩、碎裂岩、硅灰石等。岩浆岩、变质岩照片

（2）地质循环是客观事实，三大类岩石伴随着地壳运动可以互相转化。

（3）沉积岩是三大类型之一，不可贬低。

（4）地表水的作用是普遍的外力作用，不是次要的、局部的。

“水火之争”发展了地质科学概念与研究方法，对地质学的独立具有重要意义。

但是，只有把生物演化系列和地层系列统一起来考虑，才能揭开地球的真实历史。这个工作由居维叶等人所开创。地质大循环示意图

二、灾变论与渐变论之争

（一）灾变论1.代表人物简介

灾变论的代表人物是法国地质学家居维叶（1769—1832）。1799-1828年，先后出版了《比较解剖学课程》、《巴黎地区的矿物地理》、《四足动物化石研究》、《动物王国——从其组织看分布》、《论地表的革命》，《鱼的自然历史》等30多部著作。阐述其灾变论。居维叶（1769—1832）

2.基本观点

居维叶把巴黎盆地的地层，从最下面的白垩层到最上面的黄土黏土层，共划分为九层，通过研究鱼类、两栖类、爬行类等古生物提出如下观点：

（1）灭绝生物越是和现存生物差别大，躯体构造越简单，则它所处的地层年代越古老；

越是和现存生物相似的生物化石，它所处的地层年代越新。（2）灭绝物种与现存物种之间没有发现过渡类型，物种是永恒不变的。（3）一些陆地上的生物被洪水淹没，另一些水生生物随海底的突然高起而被暴露在陆地上，因此这些类群就永世绝灭了。

（4）现在地球上起作用的自然力，如冰雪、流水、海洋、火山、地震都不能说明过去的灾变，这种力只能是一种超自然的力。

3.客观评价

（1）创新了通过古生物测定相对地质年代的科学方法；

（2）提出了灾变导致生物灭绝的观点，有一定价值；

（3）坚持物种不变和物种再造的观点是错误的。

正如恩格斯评价居维叶的理论说：“居维叶关于地球经历多次革命的理论，在词句上是革命的，而在实质上是反动的。它以一系列重复的创造行动代替单一的上帝的创造行动，使神迹成为自然界的根本的杠杆。”

（二）渐变论

1.代表人物

渐变论的代表人物是英国地质学家赖尔（1797—1875）。

他的重要论著《地质学原理》于1831-1833年共分三册相继出版。这是一部代表19世纪进化论地质学的经典性作品，反映19世纪地质学的理论发展水平，被誉为自然科学史上划时代的名著。

他用现实主义原则和“将今论古”的方法，形成了自己的地质理论-渐变论。赖尔（1797—1875）的地质学原理

2.基本观点

（1）地球的面貌是缓慢变化的。引起这种变化的自然力，如河流、泉水、海洋、火山、地震等，是今天可以观察到的。

（2）物种变异、地理分布与传播，化石埋藏与生物对地表变化的作用，人类的起源等生物界的相继变化，应该是地质学研究的课题。

（3）地质学体系包括了矿物、岩石、地层、古生物、矿床、地貌、动力地质、构造地质等内容。“现在是了解过去的钥匙”。地壳运动遗迹和生物化石、生物照片

3.客观评价

（1）《地质学原理》的发表标志着地质学的独立。这主要表现在：完成了地质科学体系，确立了地质进化的科学概念，总结了地质研究的科学方法三个方面。

（2）渐变与灾变都是事实，不能否认。

赖尔用渐变论统一说明了地质现象，建立了科学的地质学。现在看来，灾变现象不能忽视。渐变与灾变都是事实。褶皱运动和陨石坑思考与练习

1.水成说的代表人物是谁？其中心思想是什么？2.火成说的代表人物是谁？其中心思想是什么？3.水成说与火成说之争有何意义？4.灾变论的代表人物是谁？其中心思想是什么？5.渐变论的代表人物是谁？其中心思想是什么？

6.沉积岩、岩浆岩、变质岩是如何形成的？1地球的演变之争CONTENTS第4章近代地学及其发展2地球的圈层结构4.2课程标准

1.知识目标

了解范艾伦、莫霍、古登堡的生平简介；了解大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的概念；了解磁层对人类的保护作用。

理解空气对流、平流、电离的原因。

掌握地壳、地幔、地核划分的依据。2.能力目标具备因果分析的初步能力。3.素质目标弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。第二节地球的圈层结构

一、地球的超外圈——磁层

地球磁层是指地球磁场的影响范围，在空间最大可延伸到几百个甚至上千个地球半径以外。但由于太阳风的作用，磁层是有边界的，被称为磁层顶；

磁层是不对称的，在朝向太阳的一面只有7～10个地球半径的距离，因此磁层类似彗星状的形态。

1958年，美国物理学家范艾伦发现了环绕地球的高能离子辐射带。

磁层起着保护地球大气和地球表面的作用，使其免受外来电离辐射的影响，不致损害地球表层的生命物质。

地球的磁层

二、地球的外部圈层

（一）大气圈

大气圈是地球海陆表面到星际空间的过渡圈层，一直可以延续到1000km的高度，越向外大气的密度越小。

大气是多种气体的混合物，但以氮和氧为主要成分。在大气总体积中，氮占78.09％，氧占20.95％，余下的为氩（占0.93％）、二氧化碳（占0.03％）及微量气体，还包括水汽和尘埃微粒。大气圈对生物的形成、发育和保护有着很大的作用。地球圈层结构示意图1.对流层：对流层是大气圈的底层，其厚度在两极是9km，赤道附近为17km，平均12km。主要天气现象都出现在这一层。大气总质量的70％～75％集中在对流层（每升高1000m气温降6℃；对流现象明显；天气现象复杂）。2.平流层：12—50km，平流层中的臭氧大量吸收波长大于0.175μm的太阳紫外线而使气温升高。上部热下部冷，大气平流；3.中间层：50—85km，下部暖上部冷，高空对流；4.暖层：85—500km，主要是氧原子吸收波长小于0.175μm的太阳紫外线而增温。5.散逸层：500km以上，地心引力微弱，大气很稀薄，人造卫星在这里运行。大气圈分层结构示意图

（二）水圈

水圈是指连续包围地球表面的水层。

海洋水是水圈的主体，约占全球总水量的96.5％和全球面积的71％。

陆地水大部分覆盖两极的冰原和高山冰川，存在于河流湖泊的地表水是有限的。在土壤中有土壤水，陆地深处有地下水。

气态水赋存于大气层中，其含量在水圈中微不足道，主要集中于大气圈的对流层中。

水圈的运动和循环影响着地球上各种环境条件的变化。没有水就没有生命。水圈的运动和水循环

（三）生物圈

生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称。

生物圈分布在地球表面、大气圈的底层、水圈之中。

其上限一般为7000～8000m，甚至可达23km的高空；

其下限在大洋中的深度为10000m，在陆地深钻孔中仍发现有生命存在，可见生物圈是一个和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起的圈层。

目前已知的植物约30余万种，动物约100余万种，微生物则不计其数。生物圈中的生态系统示意图

三、地球的内部圈层

根据地球物理的研究（主要通过地震波传播速度变化的研究)，地球内部是一个非均质体，各层物质的成分、密度和温度互不相同。

地球内部存在两个明显的不连续界面，即莫霍面（1909）和古登堡面（1914），由此将地球内部分为地壳、地幔和地核三个同心圈层。

（一）地壳

地壳是从地表到莫霍界面的圈层，是地球表面薄薄的一层固体外壳。

地壳的厚度是不均匀的，大陆地区平均厚度约35km，最厚处可达70km（如我国的青藏高原）；海洋地区平均厚度约7km，最薄处仅4km。

地壳的体积为全地球体积的1％，质量为全球的0.4％，密度是地球平均密度的1／2，为2.7～2.9g/cm3。地壳是从地表到莫霍界面的圈层

地壳以不连续面（称为康拉德面）为界分为两层：上层称硅铝层，富含氧化硅和氧化铝，岩性以沉积岩和花岗岩为主。硅铝层为大陆地壳所特有，厚度为10～40km不等。大洋地壳缺失该层。

下层称硅镁层，富含氧化硅和氧化镁，岩性由玄武岩和辉长岩类构成，厚度仅5～8km。因此，地壳又可分为大陆型地壳和大洋型地壳。大陆型地壳是双层结构，大洋型地壳是单层结构。硅铝层硅镁层

（二）地幔

地幔是从莫霍界面到古登堡界面之间的圈层，介于地壳和地核之间，又称中间层或过渡层。古登堡界面位于地球内部约2900km的深处。

地幔的体积约占地球总体积的83％，质量占地球总质量的68％，密度向内逐渐增大，由近地壳处的3.3g/cm3增至近地核处的5.6g/cm3。