地球的起源與演化

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1、3地球的起源與演化　　3．1地球的起源和圈層分異　　地球起源問題自18世紀中葉以來同樣存在多種學(xué)說。目前較流行的看法是，大約在46億年前，從太陽星云中開始分化出原始地球，溫度較低，輕重元素渾然一體，并無分層結(jié)構(gòu)。原始地球一旦形成，有利于繼續(xù)吸積太陽星云物質(zhì)使體積和質(zhì)量不斷增大，同時因重力分異和放射性元素蛻變而增加溫度。當(dāng)原始地球內(nèi)部物質(zhì)增溫達到熔融狀態(tài)時，比重大的親鐵元素加速向地心下沉，成為鐵鎳地核，比重小的親石元素上浮組成地幔和地殼，更輕的液態(tài)和氣態(tài)成分，通過火山噴發(fā)溢出地表形成原始的水圈和大氣圈。從此，行星地球開始了不同圈層之間相互作用，以及頻繁發(fā)生物質(zhì)-能量交換的演化歷

2、史。　　正是由于地球形成以來經(jīng)歷過復(fù)雜的改造和變動，原始地球剛形成時的物質(zhì)記錄已經(jīng)破壞殆盡。我們是怎樣推測它已經(jīng)有46億年壽命的？這需要從地球自身的最老物質(zhì)記錄、太陽系內(nèi)原始物質(zhì)年齡和相鄰月球演化史幾方面來探討?！　?．2地球的年齡　　地球上已知最老的巖石（石英巖，一種由石英顆粒組成的沉積巖，后來遭受過溫度、壓力條件變化）出露于澳大利亞西南部，根據(jù)其中所含礦物（鋯石）的形成年齡測定，證明已有41～42億年歷史。根據(jù)地質(zhì)學(xué)研究，這種巖石和礦物只能來自地殼的硅鋁質(zhì)部分（見第四章1），而且必須經(jīng)過地表水流的搬運、篩選和沉積。所以我們可以據(jù)此作出推論，地球的圈層分異在距今42億年前已

3、經(jīng)完成?！　〉刭|(zhì)學(xué)領(lǐng)域較精確的測定年齡方法，主要根據(jù)放射性同位素的衰（蛻）變原理：放射性元素的原子不穩(wěn)定，必然衰變?yōu)樗N原子（如238U衰變?yōu)?06Pb等），而且衰變速率不受外界溫壓條件變化影響（如238U經(jīng)過45億年后其一半原子數(shù)衰變?yōu)?06Pb，故稱為半衰期）。我們只需在巖石中測出蛻變前后元素的含量，就可以獲得母體巖石形成的年齡?！　〔煌派湫栽匕胨テ诘拈L短有很大差異，其測年的精度也存在重要區(qū)別（表2-2）。因此，要根據(jù)研究對象實際情況選擇測試物質(zhì)，采用合適的方法。例如，時代很新的湖南長沙馬王堆考古發(fā)掘中，西漢初期（約200BC）的棺木保存完好，可以用14C法測得木材的

4、絕對年齡數(shù)值與古墓內(nèi)的文史資料相當(dāng)符合。至于地球漫長演化史中保存的物質(zhì)記錄（巖石和礦物），只能采用238U－206Pb、87Rb－87Sr等方法，精度誤差允許達到幾個百萬年。實際操作中包含復(fù)雜的技術(shù)因素，如測試手段的誤差，測年方法使用條件的偏離，野外采樣不當(dāng)（標(biāo)本已受風(fēng)化影響，不夠新鮮），地質(zhì)關(guān)系觀察錯誤等。這種方法已發(fā)展為地質(zhì)學(xué)中一門獨立的分支學(xué)科——同位素年代學(xué)。　　太陽系內(nèi)的流星、隕石和宇宙塵是太陽星云原始物質(zhì)的殘留部分。隕石在墮落地面前未經(jīng)重大的改造和破壞，是直接研究太陽系早期歷史的極好材料。隕石的物質(zhì)成分雖有鐵質(zhì)、石質(zhì)區(qū)分，但已知的形成年齡都在46×108年左右，可

5、代表太陽系早期的年齡?！　≡虑蛏系膸r石（月巖）經(jīng)過20世紀70年代人類登月考察，已經(jīng)測得最老的月巖年齡為46×108年，在41×108年前月球內(nèi)部發(fā)生過一次較大規(guī)模的增溫熔融作用?！　≡虑虮砻娴拇罅凯h(huán)形山（crater，希臘文原意是碗，指碗狀凹陷地形）以往存在火山口和隕擊坑的長期爭論，70年代后已經(jīng)公認絕大部分是小星體撞擊形成的阻擊坑（圖2-10）。這些隕擊坑的形成高峰期是在距今41×108～39×108年前，證明月球當(dāng)時遭受到大量隕星（星子）的撞擊。39×108～31×108年前月球表面發(fā)生過大規(guī)模的火山噴發(fā)，噴出的暗色火山巖（玄武巖）充填了大規(guī)模環(huán)形構(gòu)造，被稱為月海。其余

6、隆起的淺色部分上面密布隕擊坑，稱為月陸。31×108年以后，月球內(nèi)部的演化已處于“停滯”狀態(tài)，太陽風(fēng)的長期作用（500×106～200×106年，以下簡稱Ma）形成了厚度不等的月壤。同時地外隕擊作用頻率顯著降低，但形成時代較晚的隕擊坑，如哥白尼坑（850Ma前）和第谷坑（109±4Ma前），保存的環(huán)形山輪廓和向外展布的輻射紋十分清晰。所以月球表面的環(huán)形山可以依據(jù)其輪廓清晰程度判別年齡的相對新老?！　「鶕?jù)上述多方面資料相互印證，地球具有46×108年年齡的結(jié)論已經(jīng)得到公認。　　3．3地球上的生命起源　?。?）生命的本質(zhì)　　生命起源歷來與宇宙成因、物質(zhì)結(jié)構(gòu)共同成為自然科學(xué)三大基礎(chǔ)

7、理論問題之一。有史以來人們一直在孜孜不倦地進行探討，迄今并未終了。到底什么是生命？不同人有各種理解。信奉宗教者篤信“神的創(chuàng)造”和“靈魂”的存在，機械論者將生命現(xiàn)象與非生命現(xiàn)象視作完全等同，都不可能真正了解生命的本質(zhì)。人類歷史上第一個從辨證唯物主義觀點揭示生命本質(zhì)屬性的是德國的恩格斯（F．Engels，1878），他在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分的不斷的自我更新”。簡而言之，生命的基本特征就在于蛋白體（目前的理解為類似于原生質(zhì)的核酸-蛋白質(zhì)