旅游地质学读书报告

2016—2017学年第1学期

“旅游地质学”读书报告

《地球的演化历史》

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地球演化历史

从人们初步了解地球至今，人们常常思考的一个问题，地球是从哪儿来的？它一开始就是现在这个模样吗？本文将从以下几个方面介绍地球的演化历史。

1.地球的形成

对于地球的来历和诞生过程，学者们众说纷纭。目前，比较公认的假设为大爆炸学说。该学说提出，约66亿年前，银河系里发生过一次大爆炸，爆炸之后大量释放出的能量使宇宙膨胀。约50亿年前开始，尘埃星云收缩。重的物质向内部集中，轻的物质向外逸散，后来重的物质形成行星，而地球约在46亿年前形成。

地球的形成与太阳系的形成有着密切的关系。从目前行星比较地质学的研究结果看，在太阳系形成的早期存在着大规模的陨石冲击事件。这次陨石冲击大约发生在距今40亿年前，时间可能长达5－10亿年，月球、水星以及众多的小行星至今布满了这次冲击事件的陨石坑。而地球、金星、火星有较为复杂的内外动力作用过程的行星，表面受到了长期的改造，陨石坑保留的数量极其有限，但仍可辨别出陨石冲击的痕迹。

陨石冲击事件实际上是太阳系形成中的一个必然过程。太阳系形成初期，原始的气尘云在万有引力的作用下首先凝聚成大大小小的块体，并逐渐的相互撞击形成大的凝聚中心。之后，逐渐演变成行星。陨石冲击事件不但是行星形成的原因，也是地球圈层分异的主要原因之一。

2. 早期地球演化

2.1地球外圈的形成

地球形成的早期曾经存在一个原始大气圈，其成分与宇宙中的其它天体一样，以氢、氦为主。由于氢、氦气体容易向外层空间逃逸，在太阳风的作用下很快就消失了。而地球早期的陨石冲击事件使得地球表面的温度不断增加，大部分的岩石和外来的陨石都处于熔融状态，岩石中的挥发组分从岩石中分离出来，形成了现在大气圈的雏形，但早期大气圈的成分和现在的大气圈成分相比有较大的区别，最明显的是氧和二氧化碳含量的变化。

地球生命的起源问题是自然科学的三大基础理论问题，目前尚无明确的答案。20世纪60年代，科学家已经发现宇宙中存在大量的有机分子，说明构成生命物质基础的有机物质可以在自然条件下的宇宙空间形成。但从从简单的有机分子道生命的诞生则需要经过：有机物小分子到有机物大分子到多分子体系再到生命的飞跃过程。

从地球早期大气圈的成分推测，由于早期大气圈中氧的含量很低，臭氧的含量更低，不能有效地阻止太阳紫外线辐射对生命的伤害。因此地球早期的生命可能诞生于海洋，海洋中富含各种生命繁殖所必须得元素，同时深深的海水阻挡了紫外线对生命的伤害，是生命繁衍最合适的环境。

有证据表明，地球在水圈（下文有叙述）形成之后不久生命就诞生了，在南非巴布顿地区发现了地球上最古老的生命记录距今已经38亿年。在此之前科学家通过地球化学研究的

手段已经推测出地球上的生命应该诞生在距今38亿年或者更早的时间。

遍布世界各地的一种岩石“条带状磁铁石英岩”（世界上许多大型铁矿都产于这种岩石中，我国最古老的岩石类型也是这种岩石，鞍钢、本钢、首钢的矿区也都是这种岩石）可能是生命参与作用的一个证据。大家知道铁的化合物有Fe＋＋和Fe＋＋＋两种形式，FeO溶于水，Fe2O3则不溶于水。在早期陨石冲击事件中，由于大量的陨铁落入地球，地球表层的铁和硅的含量很高，海水中充满了FeO合SiO2。由于大气中氧的含量并不高，所以Fe＋＋很难被氧化成Fe＋＋＋沉积下来，只有在厌氧生物的帮助下，这种过程才可以进行。厌氧生物在繁殖过程中所排出的O2促进了FeO的继续氧化，形成Fe2O3沉积下来，同时由于大量厌氧生物的繁殖使海水逐渐转变成氧化环境，生物大量减少，形成了SiO2的沉积，这样不断地循环反复形成了条带状磁铁石英岩。这个过程也逐渐地改变了大气圈的化学成分，使大气中的CO2逐渐减少O2逐渐增多，慢慢地演变成今天的大气。

2.2地球内圈的形成

陨石冲击事件给地球带来了大量的物质和能量，使地球的温度急剧升高，并使地球表层处于熔融状态，促进了地球的圈层分异。地球内圈形成和演化的另外一个重要因素是行星的质量。

行星的质量决定了行星的内部结构和演化历史。只有质量达到一定值，行星才能够演化成球体，小行星的外形是随机的。在重力的作用下，行星物质不断分异，重物质向行星内部集中并释放势能，同时放射性物质所释放的能量使地球内部不断地升温，加速了物质的分异，最终形成了内部圈层。质量越大，这种分异过程也就越长，能量积累也越多，行星的活动性时间也就越长。从地球的大地热流研究看，地球内部向外释放的能量远小于地球内部所产生的能量，因此地球内部的活动还将继续下去。而像水星、火星这种质量较小的行星，现在已经停止了内部的活动。

2.3地球水圈的形成

水是生命之源，那么地球上的水是如何来的呢？科学界一直存在不同的看法。第一种看法：原始的地球形成后，小天体不断轰击地球表面，地幔里的熔融岩浆易于上涌喷出，大量的水蒸气、二氧化碳等气体上升到空中并将地球笼罩起来，水蒸气的大量汇集，导致最终地球上形成了水圈。同时水蒸气形成云层，产生降雨，并地壳低洼处不断积水，形成了最原始的海洋。目前这是比较主流的一种观点。另一种看法是，海水来自冰慧星雨。这是美国科学家提出的一种新的假说。1987年，科学家从卫星获得高清晰度的照片，发现一些过去从未见到过的黑斑，或“洞穴”。科学家认为，它们是冰慧星造成的。而且初步判断，冰慧星的直径多在20千米。大量的冰慧星进入地球大气层，经过数亿年的时间，地球表面将得到非常多的水，于是就形成今天的海洋。这种理论也有它的不足之处，即缺乏海洋在地球形成发育的机理过程，而且这方面的证据也很不充分。

2.4地球的年龄

上文提到地球在46亿年前诞生，随之而来的疑问是，人类在地球上存在只有200-300万年，如何知道地球的年龄？

地球绝对年龄的测定是通过同位素测定法实现的。比如，分析地质绝对年龄常用的同位素有87Rb（铷）--87Sr（锶）法，235U（铀）--207Pb（铅）法，40K（钾）--40Ar（氩）法等。通过这些同位素的测定，人们将地球年龄大致锁定在46亿年。另外，距科学家发掘和研究发现，目前地球上保存的年代最早的岩石是41-42.7个亿年前位于澳大利亚沙石中的冥古宙的风信子玉矿石片，这也能将地球的形成时间锁定在42亿年之前。

另外，依据化石可以推测地球的相对年龄。常用方法是“化石层序律” ，即生物的进化由低级到高级，在不同时代的地层中含有不同的化石，根据这些化石后也可以推断产出这些化石的地层年代。标准化石是这一方法的重要工具之一。在众多的古生物门类中，有些门类特征显著，演化迅速，在反映地质年代上非常“灵敏”，这种化石被科学家们称作“标准化石”，它们被用作划分时间地层单位时往往起主导作用。如三叶虫只生存在古生代，而且演化明显，在古生代不同时代中都有各具特色的属种代表，是著名的标准化石。还有一类化石叫做非标准化石。有些古生物门类演化非常缓慢，或空间分布的局限性很大，因此它们的化石在划分和确定地质年代时只能起辅助作用，如舌形贝。舌形贝是一种腕足动物，从寒武纪就已出现，在现代海洋中仍十分常见，在几亿年的时间内，这种化石从形态、大小到内部结构，几乎没有显著变化，为非标准化石。通过标准化石的断代和非标准化石的辅助确定，地球的相对年龄可以得到划分。

3. 地质年代

把不同地区的沉积地层，根据化石和岩性（主要是化石）进行详细的分析研究和对比，弄清它们之间的相互关系，按先后（新、老）顺序连接起来，就建立起了完整的地层系统。根据地层系统建立一个比较完整的地层系统表，结合同位素年龄，生物演化的顺序、过程、阶段、老的构造运动、古地理环境变化等，将地壳的全部历史划分成许多自然阶段，即地质年代，按新老顺序进行地质编年，就构成了地质年代表。地质年代表能够清晰直观地帮我们重现地球在早期演化之后的演化过程。