地球的起源和演变：从宇宙大爆炸到人类的将来(19-24)

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虽然这是一个关于自然科学的课程, 但讨论范围到从宇宙大爆炸到太阳系形成到地球上生命演变, 解答了“人类从哪里来”的(哲学)问题

非专业人士的学习笔记, 难免有误, 请指教

地球的起源和演变：从宇宙大爆炸到人类的将来

第十九课 海洋的起源

热(heat)是早期地球演变的动力
熔化 - 形成铁核
火山运动 - 释放易挥发物质, 形成海洋和大气层

地球的海洋
水和二氧化碳随着岩浆上升 -> 压力减小变成气体 -> 火山喷发
各种不易生成硅酸盐的稀有元素也被带到地表
地表水加快岩石侵蚀

水的特性
有正负极
很好的溶剂
相对其它小分子较高的熔点
相对强的表面张力 - 形成雨滴, 从植物根部到顶部
液态水比固态水(冰)比重大
酸碱度和盐溶液
水在宇宙中广泛存在

第二十课 蓝色地球和水循环

火星上的水
曾经有过地表水 - 但已经失去了绝大部分
地下冻土层
粘土矿物和蒸发岩矿物(evaporite minerals)
地表有明显的水流冲积遗址

月亮上的水
阿波罗登月计划时认为月亮很少水
彗星扫过月亮时可能在月亮两极留下一些冰
地下深处应该有一些水

地球的水循环
俯冲(Subduction) - 一块地球板块俯冲到另一板块下的地幔
火山爆发 - 地幔物质喷发成为地壳一部分

主要水库
地表水 - 海洋(96%), 冰川(3%), 河流湖泊
许多岩石中含相当水份
估计地幔地壳中有约80倍海洋的水
估计地球上的水循环需要约3亿年

第二十一课 地球和火星不同于水星和月亮

地球失去了相当多的水
以球粒陨石的含水量估算, 地球应该还有很多水
地幔和地壳可能有数十倍地表水的水
早期地球
火山爆发释放大量水到地表 - 海洋和大气
小行星撞击可以使相当多的小分子物质, 例如水, 离开地球重力影响
地球快速自转 -> 极端天气 -> 水和岩石接触 -> 地壳降温 -> 水塘湖泊海洋出现
地球形成后一亿到两亿年, 成为水世界

地球的早期海洋
可能水温相当高
大气中CO2多 -> 海洋中H2CO3多 -> 盐份多
化石显示35亿年前生命已经存在

太阳在100亿年的恒星过程中逐渐变亮
44亿年前只有大约70%的亮度
如果太阳只有70%亮度, 地球应在冰川时代而没有大量液态水
也许CO2更多
也许地球表面更多黑色蓝色 - 更吸热
也许CH4更多 - 温室效应气体

地球上矿物演变的第三次重要阶段
第一次是陨石球粒里~60种原矿物
第二次是所有陨石里~250种矿物
第三次矿物演变
行星 -> 橄榄石 -> 玄武岩
火成岩(Igneous)形成出现~100种新矿物(共~350种矿物)

地球和火星有条件经历了矿物演变的第三次阶段
水星和月亮没能经历

水对矿物演变的作用
溶解和运输 - 稀有元素得以聚集
降低熔点
是许多矿物的组成部分

第二十二课 灰色地球 - 粘土和花岗岩

地球矿物演变的第四次重要阶段
~150种含水多的新矿物(共~500种矿物)

粘土(clay)矿物
极小的颗粒；分层的四面体硅酸盐结构
火星表面存在大量粘土矿物

花岗岩(granite)和陆地的形成
外层玄武岩冷却硬化 -> 从地球深层的热没有很快散发而积累热量 -> 部分熔化 -> 比例更多的硅, 钠, 钾 -> 花岗岩
花岗岩比玄武岩轻~10%
火星和水星不够大 -> 没有足够的热量熔化大量玄武岩 -> 不能生成太多花岗岩
金星缺少水 -> 也不能生成很多花岗岩

造山运动
垂直构造 - 花岗岩在玄武岩上, 玄武岩在橄榄石上
早期地球 - 黑色的玄武岩火山口和灰色的花岗岩岛

第二十三课 伟晶岩(pegmatites)

地球的演变
同时也是地球矿物的演变
化学元素选择性集中 -> 才能形成某种矿物

矿物多样性
提炼(refining) - 从复杂的混合体中分离集中某种有用的化学物质
例如原油蒸馏出天然气, 汽油, 煤油等

伟晶岩
在冷却过程(经常指花岗岩的冷却过程)接近结束时形成的, 有较大晶体的火成岩(igneous)
花岗岩形成 -> 熔浆中还有一些不易和花岗岩一起成形的稀有元素(这些元素也不易和橄榄石或玄武岩一起成形) -> 形成伟晶岩
~500种新矿物(共~1000种矿物)
伟晶岩中的稀有元素
(4)铍(Beryllium)
(41)铌niobium and (73)钽tantalum - 不锈钢中的合金成份
(3)锂(lithium) - 唯一+1价金属可以和6个氧原子形成晶体
(15)磷(phosphorus) - 生命形成的重要元素
(5)硼(boron) - 唯一+3价元素可以和3个氧原子形成晶体
(55)铯(cesium) - 铯榴石(pollucite)

第二十四课 移动的大陆架和岩石循环

陆地漂移
欧洲和非洲的西海岸与美洲的东海岸可以对接
大西洋两岸有相近的地质特点 - 例如化石和矿产
德国科学家Alfred Wegener发现七大洲可以拼接成一个超级大陆(Pangaea盘古)

岩石分类
火成岩(igneous rocks) - 热岩浆冷却形成. 玄武岩和花岗岩都是火成岩
玄武岩又分喷出岩(extrusive rocks, 在地表空气或水环境里冷却)和侵入岩(intrusive rocks, 在地下冷却, 一般颗粒更大)
沉积岩(sedimentary rocks)
岩石风化(weathering) -> 颗粒 -> 在河口或海底一层层沉积 -> 高压且有水 -> 新的分层岩石
例如石灰石(CaCO3)
变质岩(metamorphic rocks)
深埋入地下 -> 高温高压 -> 新矿物

岩石循环
化学元素没改变, 但可以在火成岩, 沉积岩, 和变质岩之间循环