2025年大学《行星科学》专业题库- 行星生态环境变迁分析

2025年大学《行星科学》专业题库——行星生态环境变迁分析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪一项不是构成行星早期原始大气的主要成分？A.氮气(N₂)B.氧气(O₂)C.水蒸气(H₂O)D.二氧化碳(CO₂)2.导致地球大气中氧含量显著增加的关键生物过程是？A.化学合成作用B.光合作用C.呼吸作用D.放射性元素衰变3.“雪球地球”假说主要描述了哪个地质历史时期的地球环境特征？A.前寒武纪B.古生代C.中生代D.新生代4.以下哪个行星目前被认为最有可能存在过去或现在拥有生命所需的液态水？A.金星B.火星C.木星D.天王星5.下列哪种类型的撞击事件最有可能导致一个行星的大气层被彻底剥离？A.小行星撞击B.彗星撞击C.行星间巨大天体碰撞D.流星雨撞击6.地质记录中，用于追踪过去水体化学成分和环境变化的指示矿物是？A.石英B.硅酸盐C.碳酸盐D.氧化物7.生物标志物在行星科学中的主要意义在于？A.确定行星的年龄B.指示行星存在大量金属资源C.证明行星上存在或曾经存在生命D.评估行星的大气密度8.导致金星表面高温高压环境的主要原因是？A.距离太阳过近B.大气密度过低C.缺乏磁场保护D.持续强烈的火山活动9.木卫二（欧罗巴）被认为具有潜在生命的关键证据是？A.表面有大量火山活动B.赤道附近存在巨大的光环C.具有液态水海洋D.拥有浓厚的大气层10.在行星生态环境变迁研究中，Gaia假说强调的是？A.行星形成的过程B.太阳活动的周期性C.行星与环境之间的相互作用D.生命起源的化学途径二、填空题1.行星的大气成分和结构对其__________和__________有着决定性影响。2.__________事件被认为是导致地球早期大气氧含量增加的一个重要因素。3.通过分析不同地质时期岩石中的__________同位素比率，可以推断古代的__________条件。4.火星表面广泛分布的__________是过去存在液态水的有力证据。5.除了地球，太阳系中其他被认为具有潜在生命条件的行星或卫星主要包括__________、__________和__________。6.行星轨道参数的长期变化，特别是__________、倾角和轴倾角的周期性变化，被称为__________旋回，它们是影响行星接收太阳辐射的重要因素。7.生命存在的最基本条件通常概括为“__________、液态水和合适的__________”。三、名词解释1.逸散层(EscapeLayer)2.生物标志物(Biosignature)3.米兰科维奇旋回(MilankovitchCycles)4.冰期-间冰期循环(Glacial-InterglacialCycle)5.同位素分馏(IsotopeFractionation)四、简答题1.简述火山活动对地球大气成分和气候可能产生的两种不同影响。2.为什么说火星的当前环境对于生命来说是非常不适宜的？3.简述寻找地外生命时，科学家通常会关注哪些关键的环境条件。4.解释什么是“雪球地球”事件，并简述其对地球生物圈可能产生的影响。五、论述题1.详细分析导致地球大气中氧气含量发生重大变化的可能原因及其相互作用过程。2.结合具体科学证据或探测发现，论述为何木卫二（欧罗巴）被认为是太阳系内寻找地外生命的重要目标。试卷答案一、选择题1.B2.B3.A4.B5.C6.C7.C8.A9.C10.C二、填空题1.气候；生态环境2.大型撞击3.稳定同位素；古温度4.河流阶地、三角洲或干涸河床沉积物5.木卫二（欧罗巴）、土卫二（恩克拉多斯）、天卫一（提坦）6.偏心率；米兰科维奇7.能量来源；化学成分三、名词解释1.逸散层：指行星高层大气中，由于温度高、粒子能量大，部分气体分子（尤其是轻元素如氢、氦）能够克服行星引力束缚而逃逸到太空的边界层或区域。2.生物标志物：指由生命活动产生或仅能在生命存在条件下形成的特定化学物质或物理现象，可用于在行星上探测生命的存在或曾经存在过。例如，特定的有机分子、复杂的碳结构、特定同位素比率异常等。3.米兰科维奇旋回：由塞尔维亚天文学家米兰科维奇提出，指地球轨道参数（偏心率、轨道倾角、地轴倾角）在数万至数十万年间发生的周期性变化，这些变化导致了地球接收到的太阳辐射量发生规律性波动，是驱动地球气候周期性变化（如冰期-间冰期循环）的主要因素。4.冰期-间冰期循环：地球气候系统在地质历史时期发生的以冰河时代（冰期，全球变冷，冰川广泛分布）和间冰期（温暖期，冰川退缩）为特征的交替变化过程。5.同位素分馏：指在物理或化学过程中，由于不同同位素原子质量差异，导致它们在物质相之间或分子内部发生相对富集或贫集的现象。这种分馏过程会记录下形成时的环境条件信息，是地质学和行星科学中重建古环境的重要手段。四、简答题1.火山活动可以通过两种主要方式影响大气：一是火山喷发，将地壳深处的熔岩、火山灰以及大量的水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体和固体物质抛射到大气中。水蒸气和二氧化碳是强效温室气体，其大量注入大气可能导致短期内温室效应增强、全球变暖；而二氧化硫在大气中转化为硫酸盐气溶胶，可能通过反射太阳辐射产生冷却效应。二是持续的火山喷气活动（如海底热液喷口），长期缓慢地向大气中释放水蒸气、二氧化碳和其他气体，对维持大气成分和气候起到一定的慢性作用。2.火星当前环境被认为非常不适宜生命，主要原因包括：极低的全球平均温度（平均约为-63°C），使得大部分水以冰的形式存在；稀薄的大气层（主要由二氧化碳组成，气压不到地球海平面的1%），无法有效保持热量和液态水，且缺乏足够的保护阻挡有害的太阳紫外线和宇宙射线；强烈的太阳风和缺乏全球性磁场，加速了大气层的损失；表面存在大量氧化性物质（如氧化铁，使火星呈现红色），对潜在的生命形式构成化学威胁；虽然有液态水存在的证据（地下可能存在，表面曾存在），但缺乏稳定的液态水体，且环境条件恶劣多变。3.寻找地外生命时，科学家通常会关注以下关键环境条件：能量来源（如稳定的恒星辐射能、潮汐加热能、地热能等，用于驱动生命活动所需的能量）；液态水（作为生命化学反应的介质，目前是已知生命存在的必要条件）；适宜的温度范围（既不能过热也不能过冷，以保证液态水的存在和生命化学反应的进行）；必要的化学元素和化合物（如碳、氢、氧、氮、磷、硫等，构成生命有机分子的基本骨架）；相对稳定的环境（避免极端剧烈的环境波动，如频繁的剧烈撞击、极端气候剧变等）；以及可能存在的保护层（如大气层、磁场、厚冰壳等，可以抵御外部有害辐射）。4.“雪球地球”事件指地球在地质历史时期，可能经历了全球范围被冰雪（包括陆地冰和海洋冰）覆盖的极端寒冷时期。其主要证据包括岩石记录中高含量的雪线指示矿物（如白云石、方解石）以及同位素记录显示全球海洋都处于冰封状态。这种事件对地球生物圈可能产生的影响是灾难性的，导致绝大多数生命形式灭绝，仅少数耐寒生物能在极地或深海等“绿洲”中幸存；同时，也可能导致全球生物地理格局的重置，并可能引发生物演化的“大爆炸”期，当冰雪融化、环境条件改善时，幸存的生命会迅速辐射演化以适应新的环境。五、论述题1.地球大气中氧气含量的重大变化是一个复杂的过程，涉及地质、化学和生物等多方面因素的长期相互作用。主要驱动力包括：*早期大气形成与演变：地球形成初期，大气主要来源于火山喷发（释放大量CO₂、水蒸气、氮气等），缺乏游离氧。早期太阳更炽热，紫外线分解了原始大气中的氮气和甲烷，产生了少量氧气，但很快被逃逸到太空。*光合作用的起源与演化：约25-30亿年前，蓝细菌等原始光合生物开始出现，并逐渐演化出能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气的能力。这是氧气产生的根本原因。*氧气的消耗与积累：早期释放的氧气被大气中的原始还原性物质（如甲烷、氨、硫化氢等）迅速消耗。直到大约24亿年前，“大氧化事件”（GreatOxidationEvent,GOE）发生，随着光合生物的繁盛和还原性物质的枯竭，氧气开始在大气中积累并达到显著水平。这一过程并非一蹴而就，可能经历了数亿年的波动和调整。*地质循环的调节作用：海洋和沉积物对大气氧气浓度起着重要的缓冲和调节作用。例如，海洋吸收大气中的二氧化碳，并形成碳酸盐岩等沉积物，将碳锁定在地壳中，间接促进了氧气的积累。同时，海洋中的氧气也参与了全球生物地球化学循环。*生物呼吸作用的反馈：随着氧气浓度的升高和动物生命的出现，呼吸作用开始消耗大气中的氧气。生物呼吸作用与光合作用形成了相互反馈的循环，共同调控着大气氧气的动态平衡。目前，地球大气中的氧气含量约21%，主要由绿色植物和藻类的光合作用维持，并通过生物呼吸、燃烧、化学氧化等过程消耗，处于一个相对稳定的动态平衡状态。上述因素共同作用，塑造了地球大气中氧气含量的历史变迁轨迹。2.木卫二（欧罗巴）被认为是太阳系内寻找地外生命的重要目标，主要基于以下几方面的科学证据和理由：*确证存在液态水海洋：伽利略号、卡西尼号、朱诺号等探测器提供了大量证据，表明木卫二拥有一个厚度可能达数十公里的液态水海洋，位于其冰壳之下。这是生命存在最基本的条件之一。*地质活动活跃，可能存在能量来源：木卫二表面存在广泛的冰壳裂隙、羽流（tesserae）、年轻撞击坑以及可能的构造活动迹象，表明其冰壳内部存在活跃的地质过程。这些过程可能与木星强大的引力潮汐力相互作用，为冰下海洋提供持续的地热能，形成类似地球海底热液喷口的环境，为生命提供能量来源。*丰富的化学成分：木星巨大的引力场可以捕获并束缚来自太阳风和星际空间的带电粒子，以及太阳系早期形成的有机分子和生命前体物质。这些物质可能通过冰壳裂隙进入冰下海洋，为生命提供必要的化学“食材”。*相对年轻且“干净”的表面：与火星表面相比，木卫二表面年轻，受到的太阳风和宇宙射线侵蚀相对较少，冰壳记录的信息可能更少受干扰，有利于保存潜在的生命记录或活动迹象。*探