1、第一章 地球的構成及特征第一節 地球在宇宙的位置 古人稱“上下四方曰宇，古往今來曰宙”。 宇宙是無限、永恒、不斷運動變化的客觀物質世界。 “宙”是時間的概念，是無始無終的。 “宇”是空間的概念，是無邊無際的； 定義：宇宙中物質是運動的，相互吸引和旋轉，并有一定的分布規律的系統叫天體系統。天體系統：多個恒星系組成，如銀河系統恒星系：自身發光的星球，如太陽系恒星：如太陽行星：自身不發光的星球中，圍繞恒星運轉的星球，如九（十）大行星，地球。衛星：圍繞行星運轉的星球，如月亮。彗星：流星和隕石：一、宇宙的構成-天體系統（sphere systems）天體銀河系統太陽系 銀河系統大致呈扁球形，具旋渦結構，

2、其直徑大約為10萬光年，厚度大約為萬光年。 銀河系有2000億顆恒星，并有大量的星云。太陽距銀河系的中心約萬光年。 太陽系主要由太陽和九大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星）組成。 作為自然科學研究的具體對象，宇宙是一個有限的客觀存在。這樣一個宇宙，應該有它的開端。宇宙是怎樣開端的呢？二、天體的起源混沌初開，乾坤始奠。輕清者上浮為天，重濁者下凝為地”。中國古代的賢哲周易道生一：道生出餛飩的元氣一生二：氣分為陰陽二氣二生三：陰陽二氣的交感沖和而生天、地、物三生萬物：宇宙中的一切道德經-老子-2500年前道德經5000字,上下二篇(道/德),81章 道-構成萬物的本體

3、、本原天地之始，萬物之源宇宙觀二、天體的起源1、宇宙的起源一 混沌初開 -宇宙始于大爆炸？現代觀點大爆炸理論20世紀初，天文學家斯里弗爾（V.M. Slipher, 1875-1969)二、天體的起源 在觀測銀河系外的仙女座大星云時，取得15個星系的光譜資料，經過研究，發現其中13個正在以每秒數十萬米的高速退行，即離開我們愈來愈遠。1929年，哈勃(E.P. Hubble,1889-1953)根據觀測到的河外星系正在退行的資料，提出：一個星系退行的速度和它與我們(地球)的距離成正比，即離得愈遠退行愈快。這個發現告訴我們，我們周圍的星系正在四散離開，也可以說我們已知的宇宙正在膨脹。二、天體的起源

4、愛因斯坦(Albert Einstien, 1879-1955)在1916年提出的廣義相對論演繹出宇宙在膨脹的理論。證明宇宙在膨脹，曾測到有的河外星系之間，正以每小時2,500,000km的速度在拉開距離。二、天體的起源比利時天文學家勒梅特(G.E.Lematre,1894-1966)1927年就提出：宇宙為什么會膨脹呢？膨脹的宇宙會不會是爆炸的產物呢？二、天體的起源BIG BANG大爆炸宇宙的全部物質，當初都集中在一個“原始原子”(或稱宇宙蛋)里，異常緊密溫度約1032K，絕對溫度1億億億億度顯然這只能維持極其暫短的平衡，一旦平衡破壞，就發生大爆炸，原始原子迅速膨脹，逐漸擴展成為我們的宇宙。

5、二、天體的起源BIG BANG大爆炸現在認識大爆炸后1秒鐘，溫度降到1010K，粒子間的強相互作用、弱相互作用、電磁力和引力開始分開。 在高溫下處于基本粒子狀態的物質，隨著溫度的降低，聚合成各類原子。二、天體的起源約在大爆炸后50 - 100萬年首先由電子和質子合成氫原子接著是氦原子也大量生成了隨后其他所有元素的原子從輕到重依次聚合而成。二、天體的起源爆炸后100萬年到20億年逐步形成各類天體星系二、天體的起源怎麼能證明150億年前發生過這樣的大爆炸呢？爆炸形成的宇宙一直在降溫，恒星是在降到40000K以下時才開始形成現在測得最老的星系的年齡都只有100多億年，符合這個理論的推斷。特別是蓋莫夫

6、(G.Gamow，1904-1968)預言：在大爆炸的特殊宇宙背景下產生出來的微波輻射，至今還存在于宇宙空間中，其溫度應已降低到只有絕對溫度幾度。彭茲亞斯(A.A.Penzias,1933- )和威爾遜(R.W.Wilson,1936- )發現：1964年，威爾遜山上一臺高靈敏度的射電天文望遠鏡，在各個方向都測得一種3K的微波背景輻射。大爆炸理論得到了有力的支持。為此他們得到了1978年的諾貝爾物理學獎金。其它證據：現在測得的不同天體上氦的豐度，即它在天體中的含量，一般都達到30%左右，僅僅太陽上那種氫合成氦的作用，是不能造出這么多氦的，而大爆炸能做到因爆炸而使星系間的距離拉開，更已是熟知的事

7、實天文觀測中已多次記錄到超新星爆炸另外新近得到的兩個黑洞撞擊爆炸的信息，都可以作為佐證。2、太陽系的起源大爆炸發生約100億年之后太陽系出現二、天體的起源2、太陽系的起源 康德拉普拉斯星云假說： 1775年，哲學家康德（I.kant）認為，在萬有引力作用下，原始彌漫物質逐漸分別凝聚，形成了太陽系內的各天體； 1796年，法國科學院院士拉普拉斯（P.S.Laplace）從數學和力學角度進行了闡述：太陽系本是一團旋轉的熾熱氣體，由于冷卻收縮，越轉越快，離心力加大，變得扁如圓盤；當外緣離心力大于引力時，一部分物質被拋出，成為圓環；拋出物分離，凝結成行星；行星周圍的衛星也有類似形成過程；星云中心成為太

8、陽。哲學家康德(Immanuel Kant, 1724-1804) 星云說在獻給普魯士國王的自然通史和天體理論中假定：最初“整個宇宙的物質都處于分散的狀態，并由此造成一種完全的混沌”，“ 構成我們太陽系的星球的物質，在太初時都分解為基本微粒，充滿整個的宇宙空間，現在已形成的星體就在這空間中運轉”。他認為是萬有引力的作用，使這些原始的彌漫物質逐漸分別凝聚，形成了太陽系內的各天體。拉普拉斯(P.S.Laplace, 1749-1827)在一本科普讀物宇宙體系論述的附錄中，對太陽系的形成，作出了自己的解釋并廣為流傳拉普拉斯雖沒看到過康德的書，但他自己獨立提出的見解卻與康德大同小異，而且充實了星云說旋

9、轉星云析出圓環，圓環一次又一次地被分出來，并分別凝聚結成行星，行星周圍的衛星也有著類似的形成過程星云中心部分則收縮成為太陽（不知熱核反應）星云假說-拉普拉斯20世紀初期中期災變說潮汐說俘獲說（蘇聯 斯密特：原始太陽隨銀河系公轉，在經過有大量星際物質彌漫的空間時，將它們吸引在周圍，成為行星的物質來源的，用外來物質形成的行星，角動量可以和太陽不同俘獲假說-施密特3、地球的起源 二、天體的起源天，積氣也；無處無氣。地，積塊（土）也；充塞四虛，無處無塊” 列子 天瑞天是氣的集合，地是土的集合-古代賢哲的卓識地球的成分氫和氦的含量都很少而是鐵占了第一位，其次是氧和硅，還有很多鎂、鎳和鋁等金屬地球的化學組

10、成為何如此不同？形成地球的這團冷星云，在萬有引力的作用下，物質的微粒互相吸引，形成小的團塊，也叫做星子。星子再互相吸引，大的吃掉小的，不斷碰撞、不斷吸積，直至成為地球和其他行星的前身。這個原始的地球是一個比今日的地球大得多的塵埃的集合體，大致沿著今天的地球軌道自轉。地球的形成康德拉普拉斯假設地球的形成在太陽系內，由于接受的太陽輻射多，溫度高，輕的氣體被輻射到遠處，散失到太陽系的外部遠處構成類木行星。近太陽的地區，以塵埃中的固體物質為主，化學組成當然和原來的星云有顯著的不同（鐵、硅、鎂、氧為主） 近處構成類地行星。冷 熱 冷塵埃向中心聚集的過程中，由于引力的作用，體積收縮，壓力加大，會釋放出大量

11、的熱量。放射性元素的蛻變和隕石的撞擊，也都要放出熱能盡管原始的星云物質是冷的，后來地球曾經歷過一個高溫時期，至少是局部物質處於熱的熔融狀態，以后收縮停止，才又逐漸冷卻凝結。地球圈層的形成重力的作用與高溫的影響，地球里面的物質發生部分熔融，使重者下沉，輕者上浮，出現了大規模的物質分異和遷移，形成了從里向外，物質密度從大到小的圈層結構鐵和鎳比較重，含量也多，分離出來成為液態的金屬向中心聚集地核較輕的硅酸鹽物質形成地幔和地幔之上的地殼氣體和水等輕物質被吸引在固體球的外圍4、現代地球環境的逐漸形成46億年前，整個地球的溫度都很高，表面也接近于熔融的狀態各類巖石的塊體（以星子為基礎）各不相屬地分布在地球

12、的表面后來構成大陸的地殼二、天體的起源冥古宙（4638億年前）大約在40億年前后，越來越多的較輕的硅酸鹽成分遷移到上部冷凝地球終于有了一個雖然還比較薄、但已是連續完整的地殼原始地球表層一些處于熔融狀態的物質向上擠入地殼中凝結，或涌出地面，表現為廣泛分布的火山活動另一方面物質又在向下流動，把上面已固結的地殼撕裂，并將其部分碎塊拽向深處，使它再次熔入地幔物質之中與此同時，薄弱的地殼還在隕石的撞擊下，形成大量隕擊坑最初的大氣成分主要是水蒸汽，還有一些二氧化碳、甲烷、氨、硫化氫和氯化氫等直到距今38億年前，地球上的大氣仍是缺氧和呈酸性的。 隨著時間的流逝，地球上的溫度逐漸降低（低于100C），大氣中的

13、水蒸汽陸續凝結出來，形成了廣闊的海洋，海水中也缺少氧，而且也含有許多酸性物質 38億年前，海洋中開始有了生命的活動。從出現最原始的原核細胞生物-藍綠藻， 32-29億年前能起光合作用的藻類開始繁殖，后者能消耗二氧化碳，產生出氧氣。 大約到27億年前，游離氧在海洋中出現。綠色植物的大量繁殖，更加快了大氣和海洋環境的變化，使其有利于高等喜氧生物的發展。元 古 宙（距今18億年前到6億年前）大陸不斷擴大大氣變成以二氧化碳為最多海洋里的生物最多的是菌藻植物，它們的活動促成二氧化碳和海水中的鈣鎂等元素相結合，碳酸鈣鎂等物質沉淀在海底，使大氣中的二氧化碳減少，氧和氮的含量逐步增加。顯生宙-6億年來大氣圈的

14、成分漸漸接近目前的狀況大氣和海洋中，原為酸性的水在與巖石相互作用時，將硅酸鹽物質中的鈉，鉀，鈣，鎂，鋁，鐵等金屬元素奪取出來，形成多種鹽類（以氯化物為主），海水的成分也慢慢變成與今天相近的了。在這種環境中，生命加速發展，海洋中的生物迅速繁榮起來（化石證據較多）。三葉蟲時代5億6億年前恐龍時代2億-6500萬年前人類時代10萬年至今一、地球的形狀與表面形態 1、地球的形狀與大小 我們通常說的地球形狀指大地水準面所圈閉的形狀。 大地水準面（geoid）由平均海平面所構成并延伸通過陸地的封閉曲面。第二節 地球的基本特征天道圜(圓)，地道方，圣王法之，所以立上下(上君下臣)。 公元前3世紀 呂不韋 主

15、持編成的呂氏春秋解釋 天圓地方日月交替，東升西降，變換有序。如果大地是一個平面，那日月星辰又落到何處呢？板狀的大地靠什么依托？大地的另一面又是什么樣子？1、地球的形狀與大小 世界各地人們最初都有類似的錯覺敕勒川，陰山下。天似穹廬，籠蓋四野。天蒼蒼，野茫茫。風吹草低見牛羊。地球參數極半經為 6 356.8km赤道半經為6 378.2km平均半經為6 371km扁率為 1 / 298赤道一帶稍微凸出，南北半球也不對稱，加上表面凹凸不平，地球是一個不規則的旋轉橢球體基本上仍是一個圓球1、地球的形狀與大小 1、地球的形狀與大小 地球的真實形狀略呈梨形，南極向內下凹30m，北極向上凸出約10 m。 2、

16、地球的表面形態 兩部分：陸地（30%）、海洋（70%）；陸地多分布在北半球；海洋多分布在南半球； 世界屋脊（第三極）珠穆朗瑪峰海拔8848.13 m； 太平洋西側的馬里亞納深海溝，海拔-11034 m。 陸地地形1）山地(mountains)：海拔高程大于500m，相對高差大于200m的地形。500m1000m 低山，1000m3500m 中山，3500m 高山2）丘陵(hills)：海拔小于500m，相對高差數十米的低矮渾園地形。 3）平原(plain)：海拔200m，相對高差數不超過數十米。 陸地地形4）高原(plateau)：拔500m，表面比較平坦。 5）盆地(basin)：周圍高，中

17、央低的地區。6）大陸裂谷(continental rift)：宏偉的線狀洼地，如東非裂谷，是地殼上拉張的結果，呈“之”字型。 東非大裂谷海底地形特征 大陸邊緣大洋盆地洋中脊海底地形特征 1）大陸邊緣(continental margin)：大陸架(continental shelf)：海與陸地接壤的淺海平臺，坡度小于0.3。 大陸坡(continental slope)：大陸架外側坡度明顯變、陡部分，平均坡度4.3。 大陸基(continental rise)：大陸坡與大洋盆地之間緩傾斜坡地，坡度為535。 海底地形特征 1）大陸邊緣(continental margin)： 島弧(islan

18、d arc)：大洋邊緣延伸距離很長，呈弧形展布的群島。如阿留申、千島、日本、琉球。 海溝(trench)：大洋邊緣的巨型帶狀深淵，長度達1000km以上，寬度大于100km。大陸邊緣分兩類：大西洋型大陸邊緣：由大陸架、大陸坡和大陸基組成，主要分布于大西洋；太平洋型大陸邊緣：由大陸架、大陸坡和島弧海溝組成，主要分布于太平洋。 海底地形特征 1）大陸邊緣(continental margin)：2）大洋盆地（oceanic basins）：于大陸邊緣與大洋中脊之間的較平坦地帶，平均水深40005000m。 海底地形特征 3）大洋中脊（mideanicridge）：綿延在大洋中部（或內部）的巨型海底

19、山脈，常發生地震和火山。大洋中脊軸常有一條縱向延伸的裂隙狀深谷，稱中央裂谷。二、地球內圈層的劃分1、地球內部的主要物理性質 密度（density）：0km處密度約2.6g/cm3；33km處密度約2.9g/cm3；33km處密度約3.32g/cm3；2885km處密度約5.56g/cm3；2885km處密度約9.98g/cm3；內核處為12.51 g/cm3；總體規律是：從地表到地心，密度逐漸增大，在33km、2885km以及其他深度，密度突然增高。壓力（compressive stress） 靜巖壓力，即壓強（intensity of pressure）隨深度增加壓力不斷增加； 33km處為

20、1200Mpa，2885km處為135200Mpa，地心處可達361700Mpa。 二、地球內圈層的劃分地球內部的溫度，壓力分布 溫度（temperature） 變溫層（外熱層）:地表受太陽影響，溫度一年四季，白天黑夜呈周期變化的表層。 常溫層:外熱層之下，地溫常年保持不變的地方。 增溫層：在常溫層以下，地下溫度開始隨深度增大而逐漸增加。大陸地區常溫層以下至約30km深處，大致每往下30m，溫度會增加1大洋底到15km深處，大致每加深15m,地溫增高1二、地球內圈層的劃分溫度（temperature） 地熱增溫率或地溫梯度（geothermal gradient）:常溫層之下，每向下加深100

21、m所升高的溫度，平均3。 地熱增溫級：溫度每增加1所增加的深度，是地溫梯度的倒數。 33km處約4001100，2885km處為3700，地核高達4500。 二、地球內圈層的劃分 地球吸引力和離心力的合力。具有隨緯度增高而增加的規律。 33km-983Gal 2885km-1069Gal 0km2885km-遞增，且達最大值； 2885km地心遞減，最終變為0。二、地球內圈層的劃分重力（gravity）地震波（earthquake wave）二、地球內圈層的劃分二、地球內圈層的劃分 莫霍面（moho discontinuity）：前南斯拉夫學者莫霍洛維奇首先發現（1909年）地殼與地幔的不連續

22、面，平均深度為33km。 古登堡面（Gutenberg discontinuity）：美國地球物理學家古登堡首先發現（1914年）地幔與地核的分界面，平均深度為2885km。2、地球內部圈層的劃分 根據地球內部各種物理性質劃分地殼(crust)地殼類型：033km，大陸型地殼（SiAl層）；大洋型地殼（SiMg層）二、地球內圈層的劃分地殼(crust)033KM 地殼的重力均衡分布：地殼厚度各處不同：一般地殼厚度較大的地方，地勢較高；地殼越薄的地方，地勢越低。 二、地球內圈層的劃分地幔（mantle）- 33km 2885km上地幔：33km650km 上部（B1）-固態（33km60km），

23、由固態與地殼組成的圈層統稱為巖石圈 ； 中部(B2)-部分熔融狀態（60km200km）為巖漿發源地，低速層，由此構成的圈層稱為軟流圈； 下部(B3)-固態（200250km）。過渡層（C)-固態（250670km）。地幔（mantle）- 33km 2885km下地幔(D)：670km-2885km，為固態。 中間圈層上地幔下部(B3)-固態（200250km）。過渡層（C)-固態（250670km）。下地幔(D)-670km-2885km，為固態。地核（core）-2885-6371km外核（2885km4170km）-液態地核；過渡層（4170km5155km）-固液態過 渡帶；內核（5

24、155km6371km）-固態地核。內圈層1、大氣圈 三、地球外圈層的劃分 大氣圈（atmosphere）是因地球引力而聚集在地表周圍最外部的氣體圈層。 大氣的組成 恒定組分：氮（78.09%）、氧（20.94%）、氬（0.93%）。 可變組分：二氧化碳、臭氧和水蒸氣,隨季節、氣象、和人類活動的影響而發生變化。不定組分：在大氣中含量變化非常大，如塵埃、硫化氫、煤煙、金屬粉塵等。一是來源自然界，二是來自人類生產、生活活動。 1、大氣圈 大氣圈的結構 1、大氣圈 大氣圈的結構 1、大氣圈 對流層（troposphere）特征：溫度隨高度增加而降低、空氣具有強烈的對流運動、天氣現象復雜、 受人類活動

25、影響最顯著，污染嚴重、占大氣圈總質量的70%75%。 平流層（stratosphere）特征： 從對流層頂至3555km高空的大氣層，質量約占大氣圈總質量的20%、氣流以水平方向運動為主、不存在對流層中各種天氣現象、該層上部存在多層含臭氧的層，能吸收紫外線，因而是生物的保護傘、隨高度增加溫度升高。 大氣圈的結構 1、大氣圈 中間層（mesosphere）：平流層頂至85km高空的大氣層，氣溫隨高度增加而下降，故又稱冷層，空氣又出現對流。 暖層（thermosphere）：從中間層頂到800km高空的大氣層，溫度隨高度增加而上升，氧、氮被分解成電離狀態，又稱電離層。 散逸層（exosphere）

26、：位于800km以上至20003000km的高空，地球引力作用弱，氣體質量不斷擴散，亦稱外逸層。 2、生物圈 生物圈（biosphere）：是指地球表層由生物及其生命活動地帶所構成的連續圈層。 三、地球外圈層的劃分2、生物圈 原核生物界：單細胞，無真正的細胞核，如細菌和藍綠藻。 原生生物界：單細胞，有細胞核，如藻和原生動物。 真菌界：低等真核生物，如蘑菇，木耳等。 植物界 ：動物界： 3、水圈 指由地球表層水體所構成的連續圈層，以氣態、固態和液態三種形式為主。海洋占97%，冰川占2.15%，地下水占0.6%。 三、地球外圈層的劃分海水 海水（sea water）：鹽度介于337之間，以35代表海洋的標準鹽，如果明顯高于35的海洋稱為咸化海，如紅海（40），低于35的為淡化海，如波羅的海（10)。 3、水圈海水波浪、海嘯(tsunami)：潮汐（tide）：洋流（ocean current）：大洋中沿一定方向有規律移動的海水。 濁流（