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〖图文〗人类源流——地球1

地球1


一、地球的概念

地球是太阳系八大行星之一,在八大行星中大小排行第五。地球按离太阳由近及远的次序是第三颗,位于水星和金星之后;也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。它也经常被称作世界。

地球是生物的家园,包括人类,地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一天体。地球诞生于45.4亿年前,而生命诞生于十亿年内。从那以后,地球的生物圈改变了大气层和其他环境,使得需要氧气的生物得以诞生,也使得臭氧层形成。臭氧层与地球的磁场一起阻挡了来自宇宙的有害射线,保护了陆地上的生物。地球的物理特性,和它的地质历史和轨道,使得地球上的生命能周期性地持续。地球预计将在15亿年内继续拥有生命,直到太阳不断增加的亮度灭绝地球上的生物圈。

地球的表面被分成几个坚硬的部分,或者叫板块,它们以地质年代为周期在地球表面移动。地球表面大约71%是海洋,剩下的部分被分成洲和岛屿。液态水是所有已知的生命所必须的,但并不在所有其他星球表面存在。地球的内部仍然非常活跃,有一层很厚的地幔,一个液态外核和一个固态铁的内核。

地球会与外层空间的其他天体相互作用,包括太阳和月球。现在,地球绕太阳公转一周所需的时间是自转的366.26倍,这段时间被叫做一恒星年,等于365.26太阳日。地球的地轴倾斜23.4°(与轨道平面的垂线倾斜 23.4°),从而在星球表面产生了周期为1恒星年的季节变化。地球唯一的天然卫星,诞生于45.3亿年前的月球,造成了地球上的潮汐现象,稳定了地轴的倾角,并且减慢了地球的自转。大约38到41亿年前,后期重轰炸期的小行星撞击极大地改变了表面环境。

二、地球的历史和生命的进化

太阳系已知年代的最早的物质来自45.672±0.006亿年前,45.4亿年前(精确到1%),地球和其他太阳系的行星在太阳星云(由灰尘和太阳形成之后留下的气体组成的碟状物质)中形成。地球的形成主要用了1到2百万年,在最初的融化状态,水蒸气开始在大气层聚集,使地球的表面逐渐冷却而组成了一个坚硬的固态外壳。不久之后,可能是由于一个火星大小的质量约为地球10%的星体撞击地球,月球就形成了(大碰撞说),这个星体的一部分进入了地球而另一部分进入太空形成了月球。除气作用和火山活动产生了原始的大气层。水蒸气冷凝,再加上由彗星和小行星或者其他天体撞击而来的水和冰组成了海洋。对于陆地的诞生,有两种主流的模型:平稳地逐渐增长到现在,以及在地球早期迅速形成。在接下来的年代,陆地持续地改变形状、分裂、合并。大陆在星球表面移动,偶尔还会合并成超大陆。大约7.5亿年前,超大陆罗迪尼亚大陆开始分离,之后在6到5.4亿年前重新合并成超大陆潘诺西亚大陆,然后又有3到1.8亿年前的盘古大陆。

现在,地球提供了目前已知唯一能够维持生命进化的环境。通常认为,大约40亿年前,高能的化学分子就能自我复制,过了5亿年,最后共同祖先诞生。光合作用使得太阳的能量能够被生物直接利用。光合作用产生的氧气在大气层聚集,从而在大气层上层形成了臭氧层(由臭氧O2组成)。相似的小细胞聚集形成更大更复杂的真核细胞(内共生学说),真正由细胞组成的多细胞生物开始逐渐分化。由于臭氧层抵挡了来自宇宙的有害射线,生命布满了地球表面。

大约5.35亿年的前寒武纪大爆发之后,一共发生了五次大灭绝。最后一次大灭绝是6500万年前的白垩纪-第三纪灭绝事件。陨石的撞击可能导致了恐龙和其他大型爬行动物的灭绝,但剩下的小型动物如哺乳动物则活了下来。在过去的6500万年里,哺乳动物开始多样化,几百万年后,一种非洲的猿类动物获得了直立行走的能力。这使它们能够使用工具,也促进了它们的交流,最终使它们的大脑越来越发达。于是它们发展了农业,然后开始出现文明。人类以其他生物从来没有过的速度称霸地球。影响了自然和大量其他生物。

4000万年前,冰河期开始,并在300万年前的更新世增强,极地开始了周期性的冻结和融化。最后一次冰期结束于1万年前。

三、地球的圈层

地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层,即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈;地球内圈可进一步划分为三个基本圈层,即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈,它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层,位于地面以下平均深度约150公里处。这样,整个地球总共包括八个圈层,其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈,以及岩石圈的表面,一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈,目前主要用地球物理的方法,例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点,即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的,而在地球表面附近,各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的,其中生物圈表现最为显著,其次是水圈。

(一)大气圈

大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层,它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界,在2000 ~ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下,土壤和某些岩石中也会有少量空气,它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克,相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用,几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内,其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征,在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。

(二)水圈

水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等,它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看地球,可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋,它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水圈总质量为1.66×1024克,约为地球总质量的3600分之一,其中海洋水质量约为陆地(包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中)水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏,那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合,组成地表的流体系统。

(三)生物圈

由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物,在地球上这个合适的温度条件下,形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物,是指有生命的物体,包括植物、动物和微生物。据估计,现有生存的植物约有40万种,动物约有110多万种,微生物至少有10多万种。据统计,在地质历史上曾生存过的生物约有5-10亿种之多,然而,在地球漫长的演化过程中,绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部,构成了地球上一个独特的圈层,称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。

(四)岩石圈

对于地球岩石圈,除表面形态外,是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成,从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面(莫霍面),一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一,平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系,因此,岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多,而大洋盆地约占海底总面积的45%,其平均水深为4000~5000米,大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中,其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此,整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成,对它们的研究,构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

(五)软流圈

在距地球表面以下约100公里的上地幔中,有一个明显的地震波的低速层,这是由古登堡在1926年最早提出的,称之为软流圈,它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面,它位于约60公里深度以下;在大陆地区,它位于约120公里深度以下,平均深度约位于60~250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在,将地球外圈与地球内圈区别开来了。

(六)地幔圈

地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面(称为莫霍面)之外,在软流圈之下,直至地球内部约2900公里深度的界面处,属于地幔圈。由于地球外核为液态,在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的,所以也称为古登堡面,它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔(33~410公里)、下地幔的D′层(1000~2700公里深度)和下地幔的D″层(2700~2900公里深度)组成。地球物理的研究表明,D″层存在强烈的横向不均匀性,其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟,它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层,而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。

(七)外核液体圈

地幔圈之下就是所谓的外核液体圈,它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的,其中2900至4980公里深度称为E层,完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层,它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。

(八)内核固体圈

地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的内核固体圈了,它位于5120至6371公里地心处,又称为G层。根据对地震波速的探测与研究,证明G层为固体结构。地球内层不是均质的,平均地球密度为5.515克/厘米3,而地球岩石圈的密度仅为2.6~3.0克/厘米3。由此,地球内部的密度必定要大得多,并随深度的增加,密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计,在100公里深度处温度为1300°C,300公里处为2000°C,在地幔圈与外核液态圈边界处,约为4000°C,地心处温度为 5500 ~ 6000°C。

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