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中国地质大学 地球科学概论 教学课程PPT part3


四、现代地球环境的逐渐形成
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46亿年前,整个地球的温度都很高,表面 也接近于熔融的状态
各类岩石的块体(以星子为基础)各不相 属地分布在地球的表面 后来构成大陆的地壳

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冥古宙(46-38亿年前) Hadean
? 大约在40亿年前后,越来越多的

较轻的硅酸盐成分迁移到上部冷 凝 ? 地球终于有了一个虽然还比较薄、 但已是连续完整的地壳

原始地球表层(27/02/26)
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一些处于熔融状态的物质向上挤入地壳中 凝结,或涌出地面,表现为广泛分布的火 山活动 另一方面物质又在向下流动,把上面已固 结的地壳撕裂,并将其部分碎块拽向深处, 使它再次熔入地幔物质之中 与此同时,薄弱的地壳还在陨石的撞击下, 形成大量陨击坑

最初的大气成分主要是水蒸汽,还有一 些二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和氯化 氢等
直到距今38亿年前,地球上的大气仍是缺氧和 呈酸性的 随着时间的流逝,地球上的温度逐渐降低 (低于100°C),大气中的水蒸汽陆续凝结出 来,形成了广阔的海洋,海水中也缺少氧,而 且也含有许多酸性物质

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太 古 宙(38-25亿年前)
38亿年前,海洋中开始有了生命的活动。从出 现最原始的原核细胞生物--蓝绿藻, 32-29亿年前能起光合作用的藻类开始繁殖,后 者能消耗二氧化碳,产生出氧气 大约到27亿年前,游离氧在海洋中出现。绿 色植物的大量繁殖,更加快了大气和海洋环 境的变化,使其有利于高等喜氧生物的发展

元 古 宙
(距今18亿年前到6亿年前)
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大陆不断扩大 大气变成以二氧化碳为最多 海洋里的生物最多的是菌藻植物,它们的 活动促成二氧化碳和海水中的钙镁等元素 相结合,碳酸钙镁等物质沉淀在海底,使 大气中的二氧化碳减少,氧和氮的含量逐 步增加

显生宙
-- 古生代,中生代,新生代 最近6亿年来
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大气圈的成分渐渐接近目前的状况 大气和海洋中,原为酸性的水在与岩石 相互作用时,将硅酸盐物质中的钠,钾, 钙,镁,铝,铁等金属元素夺取出来, 形成多种盐类(以氯化物为主),海水 的成分也慢慢变成与今天相近的了 在这种环境中,生命加速发展,海洋中 的生物迅速繁荣起来(化石证据较多)

中生代

新生代

五、怎样知道地球的过去?

? 那些发生在亿万年以前的往

事,你们是怎样知道的?
? 地球的历史就记录在岩石身上

相对地质年代
? 早就划分出生物地层的地质

年代 ? 但仅能排出相对先后,无法 确定具体的时间

地质年代的确定
相对地质年代的方法 地层层序律 化石层序律 地质体之间的切割律 同位素地质年代

中国学者朱熹(1130-1200)发现
? 尝见高山有螺蚌壳,或生石中,

此石即水中之物。下者却变而为 高,柔者变而为刚。 ? 此事思之至深,有可验者。

化石。

意大利著名的艺术家、知识渊博 的学者达· 芬奇(Leonado Da VinciI,1452 -1519)
亚平宁山脉上发现的海生介壳化石, 本是生活在海滨的生物,是河流带来 泥土把它们掩埋,并且渗入了它们的 内部。 ? 他推论,后来这里的地势升高,所以 这些海洋生物的遗体就会出现在山上。
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地层层序律
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1669年,出生于哥本哈根的斯特诺(Nicolaus Steno,1638-1686)总结出在岩层之间,存在 着如下的规律:岩层在形成后,如未受到强 烈的地壳运动的影响而颠倒原来的位置,应 该是先沉积的在下,后沉积的在上,一层压 一层,保持近于水平的状态,延展到远处才 渐渐尖灭。

图4-1 地层层序律示意图
A-原始水平层理 B-倾斜层理 1、2、3、4-示地层从老到新 C-倒转地层

譬如积薪,后来居上” -中国古代贤哲

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遗憾的是,仅将它用来说明人事,并不用 它去观察山野间的岩石,他们甚至也未想 到过需要对自然作些什么观察。因为“ 天 下之物本无可格者,其格物之功,只在身 心上做”;因为“ 岂但禽兽草木,虽天地 也与我同体,鬼神也与我同体。” -明,王守仁,

英国 郝顿 (James Hutton,1726-1797) ? 根据自己在野外考察的实际经 验和前人的认识,把时空统一 的地质思维,形象地表述为 “ 在地球现在的构造中,可以 看到旧世界的废墟” (地球论,1785)

莱伊尔 (Charles Lyell,1797-1875)
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用更丰富的事实论证和阐明了在这条被概 括为“ 将今论古”,或称现实主义原理 (Actualism) 他的巨著《地质学原理》使地质学真正成 为一门科学,

波滚湖底、风积层理、土地龟裂、雨打沙滩

英国运河工程师史密斯 (William Smith,1769-1832),

化石层序律
在开凿运河的过程中获得了大批化石, 经过他的整理研究 ? 发现每一地层各有其特定的化石
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他据此制订出世界上第一张最有系统的 地层表

图4-2 地层对比及综合柱状图

法国古生物学家居维叶 (D.G.Cuvier,1769-1832)

器官相关律
? 在研究了大量动物器官的构造与机

能以後,发现每一种形态的动物机 体都是一个统一的体系,这个体系 的每个局部在构造和机能上都是互 相适应的,因此了解局部就能推知 其整体。

同位素年龄
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相对地质年代之表示了地质事件或地层 的先后顺序,即使是利用古生物化石组合 的方法,也只能了解它们的大致时代。 要更确切、更全面地了解地球的发展历 史,除了知道各种地质事件发生的先后 顺序及大致时代外,必须定量的知道地 质事件究竟发生在距今多少年的时候? 延续的时间有多长?地质事件的剧烈程 度或作用速率怎样等?

卢瑟福 (L.Rutherford,1871-1937)
? 1903年提出放射性元素的原子

会蜕变,即自行分裂为另外的 原子,并在以后的实验中得到 证实。

?放射性元素在自然界中自动地放射出? (粒子)、?(电子)或?(电磁辐射量 子)射线而蜕变成另一种新元素。 ?各种放射性元素都有自己恒定的蜕变 速度,通常用半衰期(T1/2)表示。 ?半衰期是指母体元素的原子数蜕变一 半所需要的时间。 t=1/?ln(1+D/N)
t-时间 ?-蜕变常数 ?=0.639/ T1/2 D-字体同位素总量 N-母体同位素总量 N、D之可用质普仪测出

放射性元素蜕变
母体同位素 子体同位素 半衰期

--→206Pb + 8 4He 235U --→207Pb + 7 4He 232Th -→208Pb + 6 4He 87Rb --→87Sr 40K --→ 40Ar 40Ar --→39Ar 150Sm -→144Nd

238U

45.1 7.13 139 500 14.7

亿年 亿年 亿年 亿年 亿年

? 同位素方法测定的年龄,除了用

铀-铅来测定矿物岩石的年龄外 ? 还有多种同位素法 ? (K - Ar,40Ar /39Ar, Rb - Sr, Sm - Nd,14C - 14N等) ? 误差为百分之几 ? 同位素地质年代表

同位素地质测年必备的条件
1、具有较长的半衰期,那些在几年 或几十年内就蜕变殆尽的同位素是不 能使用的 2、该同位素在岩石中有足够的含量, 可以分离出来并加以测定 3、其子体同位素易于富集并保存下 来

最古老的岩石
? 1973年在格陵兰发现的,年龄为38

亿年
? 1983年在澳大利亚找到几粒年龄为

41-42亿年的矿物颗粒。

最古老的岩石
中国鞍山白家坟 发现有38亿年的岩石。
中国迁西太平寨 发现有38~37亿年的岩石。

表2-1
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地质年代表
同位素年龄(百万年) 0 65

宙(宇)

代(界) 新生代(界)

纪(系)

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第四纪(系)-新近纪 第三纪(系)-古近纪 白垩纪(系) 侏罗纪(系) 三迭纪(系) 显生宙(宇) 二叠纪(系) 石炭纪(系) 古生代(界) 泥盆纪(系) 志留纪(系) 奥陶纪(系) 寒武纪(系) 震旦纪(系) 新元古代(界) 青白口纪(系) 元古宙(宇) 中元古代(界) 蓟县纪(系)/长城纪(系) 古元古代(界) 太古宙(宇) 冥古宙(宇)

248

409

600 800 1800 2500 3800-2500 4600-3800


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