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地球科学原理之二: 地球的形成

已有 3307 次阅读 2009-3-3 07:40 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记| 地球, 地球科学, 形成, 水的形成

地球科学原理之二: 地球的形成

广东海洋大学

廖永岩

(电子信箱:rock6783@126.com

 

上一回我们分析了太阳系的构成和起源,我们对太阳系有了一个初步了解。在对地球详细分析之前,我们有必要先对地球的形成和构造做一个初步介绍,使读者对地球的基本概况有一个了解,以便于我们今后对地球的方方面面进行全面分析。我们先来看看地球的形成。

1 地球的形成和年龄

1.1 地球的年龄

30年来,科学家利用放射性同位素定年方法获得了一系列与地球年龄相关的数据:在澳大利亚西部岩石中获得的锆石测得年龄为42亿年,虽然这颗锆石是以再沉积的方式存在于中生代的岩石中,但已足以表明地球的年龄不会小于这个数据;从月球上获得的岩石所测定的年龄有许多在46亿年以上,由于月球是地球的卫星,也是太阳系的一员,因此地球的年龄应不小于月球的年龄;从大量来自太阳系的陨石获得的年龄也都在46~47亿年之间。根据太阳系起源同一性的基本原理,地球的年龄应有46亿年以上。

1.2 陨石冲击事件

地球的起源问题实际上也是太阳系和行星的起源问题。在太阳系演化的早期,形成行星的原始气尘云开始积聚,形成了一系列的环,并形成了一些凝聚中心。这些大大小小的中心开始吸引周边的物质,形成类似小行星岩石块体,并互相撞击。这些岩石块体由于大致处于同一轨道面,且运动方向相似,因此撞击的形成慢慢地发生了变化,形成了一个比周边更大一点的积聚中心,并最终形成了行星和卫星。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仍布满了这次冲击事件的陨石坑。而地球、金星、火星等存在较为复杂的内外动力作用过程的行星,表面形态受到了长期的改造,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,陨石冲击事件不仅是行星形成的原因,也是地球圈层分异的主要原因之一。

1.3 地球外圈的形成

地球圈层结构的形成与太阳系早期陨石冲击事件有着密切的联系。对于岩石行星(类地行星)而言,圈层形成的重要原因是需要有很高的温度使行星处于熔融状态,在重力的作用下按密度发生分异。地球形成的早期曾存在一个原始大气圈,其成分与宇宙中的其他天体一样,以氢、氦为主。由于类地行星离太阳的距离比较近,且行星的质量都比较小,所产生的万有引力也比较小,加之氢、氦气体容易向外层空间逃逸,在太阳风的作用下很快消失了。因此类地行星的大气圈都具有次生的来源,现今地球大气圈的形成与地球的内部去气作用是密切相关的。

陨石冲击事件使得地球表面的温度不断增加,地球大部分的岩石和外来的陨石都处于熔融状态,岩石中的挥发性组分从岩石中分离出来,形成了现在大气圈的雏形。早期大气圈的成分和现在大气圈的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,二氧化碳的含量相当于现在大气圈的20万倍。水圈的形成也与大气圈的形成相似,在陨石冲击下,陨石和地球岩石中大量的结晶水由于温度的升高从矿物的分子结构中分离出来,形成大量的蒸汽。陨石冲击事件逐渐减少后,地球表面的温度也开始下降,水蒸汽结成水降到地球表面,并最终形成水圈。由此可见,地球的水圈和气圈都是地球演化的结果,而液态水圈的形成则略晚于气圈。

如此这般演化的地球,最终将形成什么样的构造?即现在的固体地球具有什么样的结构?且听下回分解。

未完,待续。

(注:本“地球科学原理”系列,是根据廖永岩著,海洋出版社(20075月)出版的《地球科学原理》一书改编而来,转载者请署明出处,请不要用于商业用途

 



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