地球科学概论论文

《地球科学概论》
结课论文
学号：********
姓名：***
院系：电子信息工程学院
专业：轨道交通信号与控制
2017年5月23日
地球的起源与演化及人类与资源环境的关系
摘要：地球是太阳系的一颗行星，地球跟随太阳绕银心转动。

地球与月亮为地月系，月亮每月绕地球转动一周。

地球上存在丰富的生物。

低等植物和高等植物，低等
动物和高等动物共生在地球上。

本文主要叙述了地球上丰富的自然资源以及人类在生产生活中与资源的紧密
联系。

21世纪，随着科技的进步，人与自然的矛盾日益突出，随着人类意识的
觉醒，人们开始意识到环境对于人类的重要性，与此同时，人们开始探索一种发
展方式使人类社会与地球环境协调发展。

人类与自然资源的关系相互依存，人类
的未来必须依靠人类自己，我们必须坚定的坚持可持续发展的战略，因为只有这
样我们的未来才会更加的美好，我们的子孙后代才能更好的生活在这个地球上，
同时作为当代大学生的我们应该如何保护我们的地球家园。

本文从认识地球开始，然后是地球上的资源能源，因为人类的生产生活造成资
源短缺和环境破坏，如今人类已经人认识到问题的严重性，并提出了可持续发展
战略，为保护地球采取了措施。

关键词：地球、资源、环境
主要内容：
1 宇宙大爆炸
宇宙大爆炸，是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型，宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的(根据2010年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态大约存在于133亿年至139亿年前)，并经过不断的膨胀与繁衍到达今天的状态。

2星系
在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。

2.1 银河系
银河系是太阳系所在的恒星系统，包括1,200亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃，它的可见总质量是太阳质量的一千四百亿倍。

在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内，扁球的形状好像铁饼。

扁球体中间突出的部分叫“核球”，半径约为7,000光年。

核球的中部叫“银核”，四周叫“银盘”。

在银盘外面有一个更大的球状区域，那里恒星少，密度小，被称为“银晕”，直径为7万光年。

2.2太阳系
太阳系是银河系的一部分。

银河系是一个棒旋星系，直径十万光年，包括一千亿到四千亿恒星。

太阳是银河系较典型的恒星，离星系中心大约2.5-2.8万光年。

太阳系移动速度约220㎞/s，2.26亿年转一圈。

太阳系的天体有8个：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行，朝同一方向绕太阳公转。

除金星以外，其他行星的自转方向和公转方向相同。

彗星的绕日公转方向大都相同，多数为椭圆形轨道，一般公转周期比较长。

2.3地球
地球是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的次序排为第三颗。

它有一个天然卫星——月球，二者组成一个天体系统——地月系统。

地球作为一个行星，远在46亿年以前起源于原始太阳星云。

地球会与外层空间的其他天体相互作用，包括太阳和月球。

地球是上百万生物的家园，包括人类，地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一天体。

地球赤道半径6378.137千米，极半径6356.752千米，平均半径约6371千米，赤道周长大约为40076千米，地球上71%为海洋，29%为陆地，所以太空上看地球呈蓝色。

地球是目前发现的星球中人类生存的唯一星球。

2.3.1地球的结构
地球的结构同其他类地行星相似，是层状的，而这些层可以通过它们的化学特性和流变学特性确定。

地球拥有一个富含硅的地壳，一个非常粘稠的地幔，一个液体的外核和一个固体的内核。

地壳是地球表面以下、莫霍面以上的固体外壳，地壳的厚度是不均匀的，地壳平均厚度约17千米，大陆部分平均厚度约33千米，高山、平原地区(如青藏高原)地壳厚度可达60～70千米;海洋地壳较薄，平均厚度约6千米。

地壳厚度的变化规律是:地球大范围固体表面的海拔越高，地壳越厚;海拔越低，地壳越薄。

地壳的物质组成除了沉积岩外，基本上是花岗岩、玄武岩等。

花岗岩的密度较小，分布在密度较大的玄武岩之上，而且大都分布在大陆地壳，特别厚的地方则形成山岳。

地壳上层为沉积岩和花岗岩层，主要由硅-铝氧化物构成，因而也叫硅铝层;下层为玄武岩或辉长岩类组成，主要由硅-镁氧化物构成,称为硅镁层。

海洋地壳几乎或完全没有花岗岩，一般在玄武岩的上面覆盖着一层厚约0.4～0.8千米的沉积岩。

地壳的温度一般随深度的增加而逐步升高，平均深度每增加1千米，温度就升高30℃。

地幔是介于地表和地核之间的中间层，厚度将近2900千米，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。

它的物质组成具有过渡性。

靠近地壳部分，主要是硅酸盐类的物质;靠近地核部分，则同地核的组成物质比较接近，主要是铁、镍金属氧化物。

地幔又可分成上地幔和下地幔两层。

下地幔顶界面距地表1000公里，密度为4.7克/立方厘米，上地幔顶界面距地表33公里，密度3.4克/立方厘米，因为它主要由橄榄岩组成，故也称橄榄岩圈。

一般认为上地幔顶部存在一个软流层，是放射性物质集中的地方，
由于放射性物质分裂的结果，整个地幔的温度都很高，大致在1000℃到2000℃或3000℃之间，这样高的温度足可以使岩石熔化，可能是岩浆的发源地。

但这里的压力很大，约50万～150万个大气压。

在这样大的压力下，物质的熔点要升高。

在这种环境下，地幔物质具有一些可塑性，但没有熔成液体，可能局部处于熔融状态，这已从火山喷发出来的来自地幔的岩浆得到证实。

下地幔温度、压力和密度均增大，物质呈可塑性固态。

地球各层的压力和密度随深度增加而增大，物质的放射性及地热增温率，均随深度增加而降低，近地心的温度几乎不变。

地核又称铁镍核心，其物质组成以铁、镍为主，又分为内核和外核。

内核的顶界面距地表约5100公里，约占地核直径的1/3，可能是固态的，其密度为10.5-15.5克/立方厘米。

外核的顶界面距地表2900公里，可能是液态的，其密度为9-11克/立方厘米。

推测外地核可能由液态铁组成，内核被认为是由刚性很高的，在极高压下结晶的固体铁镍合金组成。

地核中心的压力可达到350万个大气压，温度是6000摄氏度。

在这样高温、高压的条件下，地球中心的物质的特点是在高温、高压长期作用下，犹如树脂和蜡一样具有可塑性，但对于短时间的作用力来说，却比钢铁还要坚硬。

2.3.2地球的形成
早期的假说
主要分两大派。

一派认为太阳系是由一团旋转的高温气体逐渐冷却凝固而成的，称为渐变派，以康德（I.Kant，1755）和P.S.拉普拉斯(1796)为代表。

另一派认为太阳系是由 2个或 3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的，称为灾变派。

这派的代表最早是布丰(G.L.L.Buffon,1745),以后是张伯伦(T.C.Chamberlin)和摩耳顿 (F.R.Moulton,1901)，还有金斯(J.H.Jeans,1916)Sir H.杰弗里斯(1918)等人。

早期的地球起源假说主要是企图解释一些天文现象，如：
① 轨道规律性行星的轨道都几近圆形（冥王星例外），轨道平面和太阳赤道面很接近。

相似的情况也存在于有规律的卫星系。

② 两类行星行星的性质明显地分成两类：内行星（水、金、地、火）的质量小、密度大、卫星少；外行星(木、土、天、海)的质量大、密度小、卫星多。

冥王星处在太阳系的边缘，有些性质是特殊的。

③ 角动量的分布对太阳系来说，太阳的质量占全系质量的99％以上,但它的角动量却还不到全系的1％。

以单位质量所具有的角动量而论，行星的比太阳的大得多。

通过怎样一种作用才能使一个原来大致均匀的统一体系变成这样一个系统，是太阳系起源假说所必须回答的问题。

早期的两派假说各有许多变种，但都不能全部满意地解释上述的观测事实。

如拉普拉斯的星云假说认为太阳系起源于一团高温、旋转的气体星云，因冷却而收缩，所以越转越快。

快到一定程度后，就由它的外缘抛出一个物质环。

星云继续收缩，以后又可抛出一个物质环。

如此继续，以后这些物质环便都各自聚成行星。

有规则的卫星系也是经过类似的过程形成的。

这样，太阳系轨道的规律性便得到自然的解释。

无论这样形成的物质环能否聚成行星，但由计算表明，即使将所有行星现有的角动量都转移到太阳上，太阳所增加的角动量也不足以使物质从它表面上抛出去。

另一方面，如果行星物质来自太阳,它们单位质量的角动量应当和太阳的差不多,但实际它们相差很大。

现代的认识以前的假说都从太阳系的天文观测开始，但对我们自己的地球却未给予足够的注意。

其实地球上未尝不能找到地球起源和演化的线索。

地球物理观测表明,地球有3大部分：地壳、地幔和地核。

地核又分为两层，外层是液体，内核是固体。

地核的成分，主要是铁，但含有少量的镍。

近年的观测又发现铁镍地核的密度显得太大些，而其中传播的地震波速度又显得太小。

这就要求地核的成分还需包括10～20％的轻元素。

大多数地球化学家认为这个轻元素是硫(S),也许还有硅(Si)；也有少数人认为是氧(O)。

地球最外层的地壳平均厚度只有30～40公里，其下直到2900公里的深度是地幔。

地壳厚度与地幔相比只是一层薄膜。

一般认为地壳是由地幔物质经过化学分异而形成的。

如果在地球的历史中，地幔是由全部熔融的液体凝固而成的，则这种化学分异作用应当是很充分的。

这样，地壳就不应这样薄。

这表明地球从未处于完全熔融的状态，只能是发生过局部的熔化。

从40年代中期起，人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的观点。

他们认为行星不是由高温气体凝固而成的，而是由温度不高（低于1000℃）的固体尘埃物质积聚而成的。

积聚的早期温度不高，但成星的后期或成星以后，由于引力能的释放和放射性物质的衰变生热，行星内部增温，甚至可导致局部物质的熔化。

地球上另一重要线索是陨石。

陨石是来自地外空间的天体碎片,年龄和地球是同量级的,可能与地球同一来源。

陨石有多种类型，最常见的一类叫做球粒陨石。

它的化学成分，除了容易挥发的元素外，与太阳光球中的元素成分或地球的估计成分很接近,但也有几种元素,与球粒陨石相比，地球上显得奇缺。

正是通过这种差异并与其他的内行星作比较，地球化学家对地球的形成机制和演化作出了重要的贡献。

2.3.3地球生命的演化
生命起源至人类文明，大致可分为3个阶段。

1、前生命的化学进化阶段
澳大利亚、南非太古宙的化石证据和稳定同位素分析研究结果表明：地球生命和地球上最老的岩石一样古老，即在太古宙早期（35－38亿年前），细胞形式的生命就已经出现了。

如果前生命的化学进化是在地球表面进行的，那么这只能发生在38亿年前－40亿年前。

原因：地质学家——地壳大约自40亿年前逐渐形成。

2、生物学进化阶段
地球上最早的细胞生命的诞生——即具有与外界分隔的生物膜，同时又有内部膜分隔的、有形态学特征的、有个性的生命的最初出现，标志着前生命的化学进化的完成和生物学进化的开始。

从最早的细胞生命出现开始的生物学进化，经历了：太古宙（38亿年前－25亿年前）、元古宙（25亿年前－6亿年前）、显生宙（6亿年前至今)3大地质时代，历时38亿年之久。

3、文化进化与生物学进化并行和相互制约阶段
在显生宙末的最近的几千年，地球上的人类进入文明阶段，从此，生物圈的进化愈来愈受人类活动的影响和控制，人类文化与生物的进化相互作用、相互制约，这就是生命史最后一个阶段的特征。

生命演化史
（1）单细胞生物的繁衍和早期生态系统的建立
单细胞生物居于统治地位占据了地球生命存在的几乎6/7的时间。

这一时期又可以分为以原核生物和真核生物分别占主体的两个发展阶段。

1.原核生物的发展
在细胞形成的早期，以原核生物蓝菌为主体的单细胞生物很快便开始了生命的第一次生态系统的构建和扩张，成为当时生物界的主宰。

当然，现在对古代蓝菌光合作用的类型，即对它的释氧能力还不清楚（光系统1为非释氧型，光系统2为非释氧型）。

但是地质记录表明当时大气圈中的自由氧的积累是极缓慢的，又经过漫长的15亿年即到距今20亿年前，大气的氧气分压才达到现在大气分压的10%~15%。

因此，人们猜测古代蓝细菌只具有光系统。

2.真核生物的兴起
由于环境因素的驱动，原核生物蓝细菌生态体系走向衰落，真核生物走向它的兴盛和繁荣，表现在叠层石丰度和形态多样性的显著下降和主要真核生物构成的海水表层浮游生态系统和海滨底栖生态系统逐渐形成，出现了历史上第二次生态扩张。

真核生物从它的开始就表现出了比原核生物明显突出的多样化趋势。

（2）多细胞生物出现
1.多细胞植物诞生
目前，明确的多细胞群集植物化石在大约6亿年前元古宙晚期地震旦纪。

在中国贵州地陡山沱组磷块岩中保存了多种形式的植物化石，其中发现有两种类型的植物：一种是表现为细胞群体的结构，它们是由无数细胞不规则集聚成形态不定的集群，或者由几十到几百个形态相似的细胞有规则地排列成球状地集群；另一种则是具有明确多细胞生物结构地化石－叶
藻。

叶藻是有宏观体积地叶状植物体，它地内部结构复杂，有皮层和髓层地分化，髓层由薄壁组织和假薄壁组织构成。

2.多细胞动物的诞生
目前，一般认为多细胞动物的发生要比植物晚。

明确的最早的多细胞动物化石发现于澳大利亚南部伊迪卡拉地区的晚前寒武纪，约5.7亿～5.5亿年的庞德石英砂岩中。

多细胞生物带来的不仅仅是生物个体体积规模的增大，它出现了细胞的分化和由大量不同分化细胞级联形成的整体结构，出现了生物体内精细的组织、器官、系统的秩序构建，出现了各项生命机能的分工。

多细胞生物对环境的适应能力大大地增强了，生物个体间的交流方式也同时极大地丰富了，由多细胞生物建立起来的生态系统的复杂性和规模更是单细胞生物所远远不能比拟的。

（3）多细胞生物出现后的生物演进
在大约5.4亿～5.5亿年前，多细胞生物迅速大量地出现，相应地地质学地显生宙时代开始。

多细胞生物地出现带来了地球生命地巨大进步，单细胞生物在生物界地主角地位很快地被多细胞植物和动物取代了。

在进化中植物由水生走上了陆地，经苔藓植物、蕨类植物，最终发展出庞大的裸子植物、被子植物群落，成为今天地球上最重要的生态景观；动物更是展开了一幅波澜壮阔的进化画卷，无脊椎动物和脊椎动物先后登陆，两栖、爬行、哺乳、鸟类动物相继进化出现。

从生物学的角度，多细胞的进化主要表现在两个方面，第一是生物个体结构与功能的一系列进化革新，第二是大量新的生物物种形成、生态系统迅速扩张并覆盖全球。

1、多细胞生物结构的进化
（1）植物首次骨骼化，钙藻出现，植物木质化维管系统形成，陆生维管植物诞生，被子植物起源；
（2）动物极性躯体结构形成和发展、防护和支撑系统出现，无脊椎动物高级类群产生，呼吸系统形成及外骨骼特化，昆虫及其它陆生节肢动物起源；
（3）动物中枢神经系统发展、头及内骨骼形成，脊椎动物鱼类起源，继之运动和呼吸器官改造，两栖类动物出现，生殖系统进化，体温调节系统发展，温血动物出现，生殖方式进化，哺乳动物起源，飞翔器官产生，爬行动物向鸟类进化。

2、多细胞生物物种和生态系统的进化
（1）第三次扩张开始于大约6亿年前至寒武纪早期，以生物多样性急剧增加为主要特征的生态扩张过程。

多样化的浅海底栖多细胞藻类植物和无脊椎动物与大量浮游的单细胞真核藻类植物和原生生物结合，形成了滨海、浅海、半深海和大洋表层、中层水域的生态系统。

（2）第四次扩张大约开始于4亿年前，主要特征是，陆地维管植物和陆生动物的出现引导陆地生态系统的建立，同时海洋生物进一步向中深层和深海底发展，覆盖全球的生物圈形成。

(4）人类的起源
生命经过了38亿年的漫长的进化历史，在大约400到1000万年前走上了人类诞生的道路。

人类在庞大的生物学系统中，实实在在只占据着一个十分微小的位置。

人在生物界中的分类位置：
真核:异养、组织器官发达——动物界
脊索动物门：原脊索动物亚门，脊椎动物亚门
脊椎动物亚门包括：软骨鱼纲、硬骨鱼纲、无颌鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲、哺乳动物纲。

恒温、热血动物，无羽毛、哺乳、毛发
哺乳动物纲：原兽亚纲、后兽亚纲、真兽亚纲
真兽亚纲:包括食虫目、食肉目、灵长目等等
灵长目
人类科
人类属
智人种（Homosapiens）
根据肤色、发形等体质特征把全世界的人划分为4个人种:
（1）蒙古利亚人(Mongoloid)或称黄种人
（2）高加索人(Caucasoid)或称白种人
（3）尼格罗人(Negroid)或称黑种人
（4）澳大利亚人(Australoid)或称棕种人
进化历程：人类学家运用比较解剖学的方法，研究各种古猿化石和人类化石,测定它们的相对年代和绝对年代，从而确定人类化石的距今年代，将人类的演化历史大致划分为几个阶段。

遗传学家则运用生物化学和分子生物学的方法，研究现代人类、各种猿类及其他高等灵长类动物之间的蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)的差别大小和变异速度，从而计算出其各自的起源和分化年代。

目前，学术界一般认为，古猿转变为人类始祖的时间在700万年前。

从已发现的人类化石来看，人类的演化大致可以分为以下四个阶段：
(1) 南方古猿阶段。

已发现的南方古猿生存于440万年前到100万年前。

根据对化石解剖特征的研究，区别于猿类，南方古猿最为重要的特征是能够两足直立行走。

(2)能人阶段。

前200万-前175万年。

能人化石是1960年起在东非的坦桑尼亚和肯尼亚陆续发现的。

最早的能人生存在190万年前。

能人在分类上归入人科下面的人属能人种(Homo habilis)。

能人有明显比南方古猿扩大的脑,并能以石块为材料制造工具（石器）,以后逐渐演化成直立人。

(3) 直立人阶段。

直立人在分类上属于人属直立人种(Homo erectus)，简称直立人，俗称猿人。

直立人化石最早是1891年在印度尼西亚的爪哇发现的。

当时还引起了是人还是猿的争论。

直到20世纪20年代,在北京周口店陆续发现北京猿人的化石和石器，才确立了
直立人在人类演化史上的地位。

直立人的生存年代约为170万年前到20余万年前。

至今为止，直立人化石在亚洲、非洲和欧洲均有发现。

(4) 智人阶段。

智人（Homo sapiens）一般又分为早期智人（远古智人）和晚期智人（现代人）。

早期智人生活在20万年前到10余万年前。

晚期智人的生存年代约始于10万年前。

其解剖结构已与现代人基本相似，因此又称解剖结构上的现代人。

3地球资源：
3.1资源分类
地球资源指的是：地球能提供给人类衣、食、住、行、医所需要的物质原料，也称为"自然资源"（Natural Resources）。

陆地上重要的自然资源有六种，它们是：1）淡水、2）森林、3）土地、4）生物种类、5）矿山、6）化石燃料（煤炭、石油和天然气）
矿产资源
地球是人类栖身之所，衣食之源。

地球上的矿物已知有3300多种，并构成多样的矿产资源。

人类目前使用的95％以上的能源、80％以上的工业原材料和70％以上的农业生产资料都是来自于矿产资源。

矿产资源一般分为金属矿产、非金属矿产、能源矿产等，有固体、液体、气体三种形态。

地球资源是有限和不可再生的，对矿产资源的过度掘取和不合理的开发利用，必将带来资源的枯竭和对地球生态环境的负面影响。

合理有效地利用地球资源，维护人类的生存环境，已经成为当今世界所共同关注的问题。

矿产资源被誉为现代工业的“粮食”和“血液”，是人类社会发展的命脉。

矿产资源不仅是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，更是全球经济的产业基础。

不仅在经济领域，矿产资源同样在政治领域显示着其重要的价值。

纵观上个世纪大大小小几百次战争，无论是两次世界大战，抑或是海湾战争，除了对领土的争夺外，各种矿产资源的占有权更是常常成为引发战争爆发的导火索。

而为了保证国家在非常时期的安全，世界上有许多国家很早就着手进行矿产资源的战略储备。

3.2资源现状
水是人类环境的主要组成部分，更是生命的基本要素。

多少世纪以来，人们普遍认为水资源是大自然赋予人类的，取之不尽，用之不竭，因此不加爱惜，恣意浪费。

但近年来越来越多的人们警觉到，水资源并不像想象的那么丰富，很多地区出现的水荒巳经造成了对经济发展的限制和人们生活的影响。

目前，世界的年耗水量已达7万亿立方米，加之工业废水的排放，化学肥料的滥用，垃圾的任意倾倒，生活污水的剧增，使河流变成阴沟，湖泊变成污水地；滥垦滥伐造成大量水分蒸发和流失，饮用水在急剧减少。

水荒，向人类敲响了警钟。

据全球环境监测系统水质监测项目表明，全球大约有10％的监测河流受到污染，生化需氧量（BOD）值超过6．5毫克／升，水中氮和磷污染，污染河流含磷量均值为未受污染河流平均值的2．5倍。

另据联合国统计，目前全世界已有100多个国家和地区生活用水告急，其中43个国家为严重缺水，危及20亿人口的生存，其主要分布在非洲和中东地区。

许多科学家预言：水在21世纪将成为人类最缺乏的资源。

正如人们所希望的，不要让人类的眼泪成为地球上最后一滴水。

事实上，地球上水的总量并不小，但与人类生活和生产活动关系密。