第三章 地球的去气作用和地球演化

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/21,*,*,第三章 地球的去气作用和地球演化过程中的化学平衡,第一节 地球的去气作用,第二节 地球演化过程中的pH平衡,2021/9/21,1,第一节 地球的去气作用,1 地球的起源及早期演化,2、岩石圈形成前的去气作用,3、岩石圈形成后的去气作用,2021/9/21,2,1 地球的起源及早期演化,1.1 概述,1.2 吸积作用及其演化,1.3 放射能和重力势能对地球熔融的作用,1.4 宇宙大气的形成及演化,2021/9/21,3,1.1 概述,（1）地球的圆球形状，说明其肯定熔融过。,（2）造成熔融的能量只能是动能、重力势能、放射能三者之一。,（3）通过能量分析，造成地球熔融的能量，只能是动能。,2021/9/21,4,1.2 吸积作用及其演化,由于万有引力的作用，太阳系起源的早期，相互吸积，逐渐形成地球等九大行星和其它星体。由于吸积作用，造成地球等吸积星体的表面的熔融。,2021/9/21,5,1.3 放射能和重力势能对地球熔融的作用,当吸积作用完成后，由于放射能和重力势能的继续作用，地球内部逐渐完成熔融，并在重力势能的作用下，完成地球内部的分层。,2021/9/21,6,1.4 宇宙大气的形成及演化,宇宙大气，是由宇宙物质吸积形成星体时，由宇宙物质带来的以氢、氦等为主的大气。宇宙大气较轻，由于受太阳风的影响而散失。由于大量宇宙大气的太阳风散失，逐渐被地球等星体吸积熔融而生成的原始大气所代替。,2021/9/21,7,2、岩石圈形成前的去气作用,岩石圈形成前，宇宙大气浓度较高，大气压相当大，地球熔融产生的原始大气能否从地球内部排出，决定于熔融地球的熔融深度，原始大气的量，宇宙大气的量。这种宇宙大气和原始大气的混合物质的组成，受以上因素的制约，从而达到一定的平衡。总体来说是，宇宙大气受太阳风的作用，越来越少，而原始大气，因地球熔融深度的增加，越来越多。最终，宇宙大气被原始大气所代替。,2021/9/21,8,3、岩石圈形成后的去气作用,3.1 概述,3.2 后期去气作用的阶段性,3.3 影响后期去气作用的因素,2021/9/21,9,3.2 后期去气作用的阶段性,由于地球的破裂具有阶段性，地球内部气体排出也一定具有阶段性。地球的破裂是由于冰川形成和消融造成的，所以，地球去气的阶段性，是由冰川形成和消融的阶段性决定的。,2021/9/21,10,3.3 影响后期去气作用的因素,由于地球岩石圈形成后，地球的去气作用，主要受冰川的形成和消融的影响，所以，能影响冰川形成的因素，也应是影响地球去气作用的因素。如冰川形成的周期、植物量、植物的进化程度、两极是陆地或是海洋等。,2021/9/21,11,第二节 地球演化过程中的pH平衡,1 地球的去气作用及其对地球的作用,2 碳系统的平衡原理,3 碳平衡系统对地球的作用,4 硅系统的平衡原理,5 硅平衡系统对地球的作用,6 pH值的演化过程,7 有机碳沉积的作用,2021/9/21,12,1 地球的去气作用及其对地球的作用,（1）地球的海洋、大气由地球去气作用形成。,（2）地球的去气气体，除水外，主要是二氧化碳，二氧化碳是温室气体，维持地球不会成为大冰球。,（3）太阳的发光能力是越来越强的。,（4）地球去气作用，解决了地球降温的问题，可同时带来一个不断增温的过程。,2021/9/21,13,2 碳系统的平衡原理,2021/9/21,14,3 碳平衡系统对地球的作用,（1）地球的CO,2,平衡系统，将大气中大量的CO,2,通过转化为碳酸钙或碳酸镁等碳酸盐岩，重新埋入地壳。这样，使大气中的CO,2,浓度不太高，不至于产生水气化点以上的地球表面温度。是碳平衡系统对地球的最大贡献。,（2）每1摩尔CO,2,最后变成1摩尔埋入地壳的碳酸盐，同时产生2摩尔H,+,。所以，要将大量的CO,2,转化为碳酸盐岩埋入地壳，必然会产生大量的H,+,。,（3）地球地去气作用时，不仅排出大量的CO2，还会排出大量的HCl、HF、H,2,S和SO,2,等酸性气体，原始海洋形成时，其pH值应很低，接近于0。,（4）碳平衡系统解决了地球去气作用使大气CO,2,浓度继续增高的问题，但同时又和地球去气造成的其它酸性气体一道，产生了一个H,+,增多，使水圈变酸的问题。,2021/9/21,15,4 硅系统的平衡原理,2021/9/21,16,5 硅平衡系统对地球的作用,（1）1摩尔大气中的CO,2,最终转化为1摩尔埋入地壳的碳酸盐岩，消耗2摩尔H,+,，而1摩尔硅酸盐岩风化水解，最后形成1摩尔SiO,2,沉淀，埋入地壳，将消耗4摩尔H,+,。碳平衡系统，不断产生H,+,，完成CO,2,向碳酸盐岩的转化；硅系统，不断吸收H,+,，完成硅酸盐岩向SiO,2,岩的转化。,（2）在地球演化过程中，海洋里H,+,浓度高时，也即pH值低时主要是硅酸盐岩风化和SiO,2,的沉淀；海洋里H,+,浓度低时，也即pH值较高时主要是CO,2,溶于海洋和碳酸盐的沉淀。当这两者作用相等时，pH值不变，既不会有SiO,2,的沉淀，也不会有碳酸盐的沉淀。,（3）地球上如此大量的碳酸盐岩和SiO,2,岩是怎样形成的呢？也就是最后一个问题，碳酸盐岩和SiO,2,岩形成的动力学问题。,2021/9/21,17,6 pH值的演化过程,（1）海洋刚形成时，pH值应是比较低的，应为0.3左右。,（2）由于地壳形成的早期，pH值较低，硅酸盐岩风化迅速，SiO,2,不断形成，从原始海洋形成至38亿年前，经近2亿年，pH值不断增高，达5.0以上，开始有二价铁的氢氧化物沉积（因这时的大气为强还原环境，不会有三价铁的存在）,（3）由于光合作用，约25亿年前，pH值升至7.2以上，大量的碳酸盐岩开始沉淀。,（4）硅酸盐风化、碳酸盐岩沉淀和光合作用，共同维持现有的海洋pH值。,2021/9/21,18,7 有机碳沉积的作用,（1）(1Gt=10,9,t),沉积碳酸岩为610,7,Gt,有机物沉积为1.510,7,Gt。,（2）光合作用。,（3）n(CH,2,O)=C,64,H,63,O,7,+xH,2,O+yCO,2,2021/9/21,19,