现代自然科学的发展(天地生)

地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学 和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分 组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布 ；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质 及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动 ；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化 ，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。以陨石 撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起 地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽 阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的 天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各 领域关系密切、环环相扣。
实验与模拟成为地质学研究的重要手段, 实验地质学的发展使地质学的研究从以野 外观察、描述、归纳为主,发展到归纳与 演绎并重的阶段.实验技术的进一步改进, 计算机模型的应用,使得一些极端地质条 件可以在实验室中获得,如高温高压环境, 从而可以模拟更为复杂的多种可变因素的 地质作用,并把时间因素也纳入模拟实验 之中.
暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代 天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀 宇宙论研究表明：宇宙的密度可能由约70%的暗能，5%的发光 和不发光物体，5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。
五、现代地学的发展
大地构造理论学的新进展
大陆漂移说 海底扩张说 板块构造理论
暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带 电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的 重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的 总质量很大，它们代表了宇宙中84.5%的物质含量，其中人类可 见的只占宇宙总物质量的10%不到（约5%）。暗物质无法直接 观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显 地感受到。
1948年，美国帕洛马山建成了口径5 米的光学显微镜。
1937年，美国的雷伯制造了第一台射电望 远镜，抛物面直径达9米。
1942年，英国海伊用军用的超高频雷达首 先发现了太阳射电。
1955ห้องสมุดไป่ตู้英国曼彻斯特大学建成76米可转抛 物面射电望远镜。 60年代天文学上的4大发现——类星体、 脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子 ，都是靠射电探测工具获得的。
我们生活的七大洲四大洋
大陆漂移说——魏格纳(1880-1930)
1911年秋，在一个偶然的机会里，魏格纳又从一个论 文集中看到了“根据古生物的证据，巴西与非洲间曾经有 过陆地相连接”的论述。于是他便在大地测量学与古生物 学的范围内研究。
1912年，在法兰克福召开的地质学会上，魏格纳作了 题为《大陆与海洋的起源》的演讲，提出了关于“大陆漂 移”的假说，引起了地质界的震动。他于1915年出版了 《海陆的起源》一书，系统地阐述了大陆漂移说。
了人类对海洋的认识。 1872年“挑战者号”四年探险，围绕海洋学、海洋
生物学、海洋地质学等对三大洋进行了全面考察。 二战后，海洋地质学成了热门，深海探测技术迅速
发展。 现代深潜器配备了摄象设备，各种传感器，采样器
和灵活的机械手等。
海底扩张说——赫斯(1906-1969)
1962年，美国地质学家赫斯教授发表了他的著名的 论文《海洋盆地的历史》。这篇论文被人们称为“地球 的诗篇”。其中，赫斯教授以先人之见，首先提出了“ 海底扩张学说”。
这种爆炸都极其明亮，过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其 所在的整个星系，并可持续几周至几个月（一般最多是两个月） 才会逐渐衰减变为不可见。 超新星爆发事件就是一颗大质量恒星的“暴死”。 现已证明，1572年和1604年的新星都属于超新星。在银河系和许 多河外星系中都已经观测到了超新星，总数达到数百颗。可是在 历史上，人们用肉眼直接观测到并记录下来的超新星，却只有6 颗。 2011年诺贝尔物理学奖公布：美国教授佩尔马特、美澳双国籍教 授布莱恩-施密特和美国教授黎斯3人获奖，他们通过研究超新星 发现宇宙正加速膨胀、变冷，称整个宇宙最终可能变成冰。
第三部分 现代自然科学
——20世纪自然科学的发展
现代自然科学的发展
一、现代数学的发展 二、现代物理学的发展 三、现代化学的发展 四、现代天文学的发展 五、现代地学的发展 六、现代生物学的发展
四、现代天文学的发展
观测手段的进步
20世纪60年代四大发现
类星体 脉冲星 微波背景辐射 星际有机分子
由于这一假想如此偶然，如此 富于幻想离奇色彩，使得当时许多 地质学家都目瞪口呆，直至今日仍 有人称这一遐想为“一个大诗人的 梦”。为此，魏络纳也获得了“地 质浪漫诗人”的称号。
大陆漂移说——魏格纳(1880-1930年)
大陆漂移说认为﹐地球上所有大陆在中生代以前曾经是 统一的巨大陆块﹐称之为泛大陆或联合古陆﹐中生代开始﹐ 泛大陆开始分裂并漂移﹐逐渐达到现在的位置，形成目前的 海陆布局。
现代恒星演化理论
恒星是由星云产生的，星云经过自吸引形成星胚，星 胚不断收缩，温度不断升高，当温度升高到氢核聚变 反应可以进行时，就意味着恒星的诞生。
恒星诞生后，它内部氢核聚变成了它的主要能源，恒 星在这个阶段的停留时间最长，这就是中年的主序星 阶段。
核能耗尽后，恒星进入老年的红巨星阶段。 最后不同大小的恒星以不同的方式死亡，
全球构造理论不断得到补充、修正,完善 板 块构造理论树立了全新的地球观,开创了地 质学的新时代.但是,板块构造理论也不是没 有缺陷的,以海洋地质为主要证据的板块理 论,对大陆构造历史的解释存在局限性.尤其 是各大陆的有关不同地质历史时期的新资 料将在很大程度上检验和发展板块构造说, 进而会产生一些新的理论和学说.
或变成白矮星，或变成中子星，或成黑 洞等。
宇宙大爆炸模型
宇宙演化过程起始于大约150亿年前 宇宙开始是一个高温、高密度的“原始火球”，球内充
满辐射和基本粒子；后来火球内的基本粒子发生核衰变 反应，引起大爆炸而向外急剧膨胀，辐射温度核物质密 度急剧下降，核反应便停止；其间所产生的各种元素就 形成了今天宇宙中的各种物质，膨胀过程中辐射物质逐 渐凝聚成星云，进而演化为今天的各种天体。
微波背景辐射
微波背景辐射的发现被认为是20世纪天文学 的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远 影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当 前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早 期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在 40年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知 的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学 说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射， 其温度约为几K或几十K。3 K微波背景辐射的实 测结果与理论预期大体相符。
来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。20世纪60年 代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立 了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银 河气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为 ，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5 K。 1965年，他们又订正为3 K，将这一发现公诸于世。各向同性 作为热大爆炸的证据，为此 获得1978年诺贝尔物理学奖金。
此理论得到天文观测事实的支持：例如星系红移是宇宙 膨胀的反应，微波背景辐射是宇宙大爆炸高温的直接遗 迹等等。
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对遥远超新星的观察发现了宇宙加速膨胀，从而 导致了宇宙由73%暗能量构成的假设。
超新星（恒星演化过程中的一个阶段） [chāo xīn xīng] 超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。
海底扩张说认为，海底是冷却了的地幔，地幔中有
对流存在。高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升，
不断形成新洋壳；同时，以大洋脊为界，背道而驰的地
幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张；运动的洋壳碰到大陆地
壳就下沉钻入地幔深部，并形成海沟，大陆地壳前缘被
挤压抬升形成山脉或岛弧。
“海底扩张”说，恰好可以解释当年魏格纳无法解 释的大陆漂移理论。
由于不能更好地解释漂移的机 制问题﹐当时曾受到地球物理学家 的反对。20世纪50年代中期至60年 代﹐随着古地磁与地震学﹑宇航观 测的发展﹐使一度沉寂的大陆漂移 说获得了新生﹐并为板块构造学的 发展奠定了基础。
海地扩张说——赫斯(1906-1969)
历史背景
19世纪海洋探险调查： 1871年“猎犬号”五年环球探险，迅速扩大和加深
全球板块构造图
南极，英文：Antarctica；法文：Antarctique， 被人们称为第七大陆，是地球上最后一个被 发现、唯一没有人员定居的大陆。
整个南极大陆被一个巨大的冰盖所覆盖，平 均海拔为2350米。南极洲蕴藏的矿物有220 余种。
南极洲是个巨大的天然“冷库”，是世界上 淡水的重要储藏地，拥有地球70%左右的淡 水资源。 有28个国家建立53个科学考察站 根据1961年6月通过的《国际南极条约》， 冻结了以上10国对南极的领土主权要求，规 定南极只用于和平目的，可以说，南极不属 于任何一个国家，它属于全人类。中华人民 共和国1983年正式加入，并建立长城站和中 山站，以及昆仑站，2014年2月8日成立的泰 山站。
板块构造理论
1967－1968年，美国的勒皮雄、摩根和英国的麦肯齐 等人先后独立提出了板块构造理论。
这个理论认为，整个地球的岩石圈不是一个完整的壳体 ，而是由若干巨大的板块构成的。由于岩石圈下面的地 幔中的软流圈的循环运动，导致板块发生相对运动。板 块互相撞挤而形成山脉，互相错动而形成水平断层，互 相交汇俯冲而形成海沟和岛弧，互相分离而形成洋脊或 海岭和裂谷。
脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人 们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电 报联系。据说第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。 后来证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星（恒星演化 晚期形成的）。
脉冲星具有超高压、超高温、超密度、超强磁场和超强辐 射等极端物理条件。
微波背景辐射