太阳系和地球的形成.ppt

太阳系和地球的形成 姓名 薛瑶琼学号 201211515专业 地质工程 数十亿年前 随着超新星的爆发 在宇宙的一隅 银河系的内部发生了一件在宇宙演变过程中极为平常的事 然而对我们人类来说 这件事情产生的后果及其意义却非同寻常 对我们来说 它们是那样的遥不可及和变幻莫测 接下来我就和大家一起踏上时间的旅程 去看看宇宙过去发生的事情 46亿年前 一颗超新星 也就是说一颗将要死亡的恒星 经历了一次大爆炸 产生的亮度是今天太阳亮度的几百万倍 爆炸的冲击波在银河系中恒星之间的一个气体和灰尘云团 星系星云 中扩散 打破了星云中密度的平衡 星云中一部分密度越来越高 很快难以承受自身的引力 开始收缩凝聚 1 太阳系的形成 云团在万有引力作用下收缩凝聚 在收缩凝聚过程中 自转加快 就使自转不再与公转同步 又由于星云内侧和外侧到银心距离不等 在绕银心做开普勒运动时形成速度梯度 里快外慢 出现较差转动 星云在银心的潮汐力作用下发生湍动 并形成大大小小的涡流 各个涡流之间相互碰撞和兼并 又形成大的涡旋 最后形成一个更大的中心旋涡 由于星云继续缓慢的冷凝收缩 旋涡自转速度逐渐加快 大量物质开始向旋涡中心汇聚 致使中心区物质密度增大 引力增强 形成中心引力区 于是物质又在引力作用下加快向中心旋落 星云的冷凝收缩逐渐被引力收缩所代替 大约经过几十亿年的时间 其间星云体温度下降到几十K 物质损失较大 部分物质散逸到宇宙空间 随着星云中心引力区的增强 加快了物质向中心旋落 形成了星云坍缩 进入快引力收缩过程 在星云内部物质从四面八方沿着涡旋方向迅速向中心下落 形成粗细不同的螺旋线式的物质流 星云也逐渐拉向扁平 形成阔边帽式的园盘 螺线状的物质流逐渐演变成四条旋臂 只要角动量不足就不会形成圆环 只能形成旋臂 凝聚的星云绕着中轴旋转 阔边帽式的园盘 在平行总角动量轴的方向上收缩不受限制 坍缩迅速 增加的引力势能转变为物质的内能 而在赤道平面上收缩受到限制 这是因为受到离心加速度的作用削弱了引力 使收缩缓慢 才形成中央凸起四周扁平的带有旋臂的同心圆 从总体看星云仍在继续收缩 角动量仍然向旋臂和中心区转移 自转产生的离心力和中心区的引力相平衡 旋臂就停留在这一位置而不再收缩 但中心区的物质继续快速收缩 中心区与旋臂发生断裂 中心区继续收缩形成原太阳 继续旋转 盘面形成几个同心的圆环 中心部分质量较大形成恒星 原太阳 圆环部分形成一颗颗行星及卫星 此时原太阳对旋臂仍有很强的引力作用 同样旋臂也对原太阳有牵制作用 原太阳的自转受到滞后作用 转速渐渐减慢下来 把原太阳的角动量又转移到旋臂上 这时旋臂上物质只要角动量不足还会继续向中心旋落 但到达内旋臂处就不能再落下去了 因此内旋臂物质积累越来越多 而外旋臂物质相对减少了 当四条旋臂逐个达到开普勒轨道速度就演变成四道园环 园环位置按提丢斯 彼得定则分布 分别在木 土 天 海轨道位置上 星云形成四道园环后 绝大部分质量都集中在中心区百分之一天文单位范围内 物质密度大增 分子间相互碰撞更加频繁 温度升高 压强增大 当中心区的温度达到80万K时 氢被点燃发生核聚变 首先是氢和氘聚变为一个氦核 产生光子并释放大量核能 突然猛增千百倍能量 必将产生猛烈地喷发 星体亮度也就突然增亮好多倍 这就是耀星或新星爆发 原太阳进入耀变过程 在这期间内发生过多次猛烈地喷发 释放大量能量和抛射物质 并带走一部分角动量 比较大的喷发有四次 因太阳质量不算太大 就没有更大的全面爆发 仅仅是局部喷发而已 第一次喷出物的质量约是太阳质量的百万分之三 温度一万多度 呈熔融半流体状态 高速自旋 在飞离原太阳过程中边降温边减速 当它到达目前金星轨道处速度刚好与开普勒轨道速度同步 便留在轨道上绕原太阳运转 由于原星体是从高温熔融状态凝固而成 所以星体成粘稠状 粘滞系数很大 受惯性离心力和原太阳引力的长期摄动下 形成两颗互相绕着转的一大一小的姊妹星 随时间推移 小星渐渐离开原有轨道而进入一条新的绕太阳轨道 又经过若干周期形成了今天的水星轨道 原来的姊妹星变成了金星和水星 仅过几十年 原太阳又发生第二次喷发 喷出物比前次略多些 仍是高温熔融状态 高速自旋 初速度比前次略大 受快速自转的离心力作用和太阳的摄动 也分离成一大一小的姊妹星 互绕质心共同转动 由于太阳长期摄动 二星距离渐渐拉大 自转也就逐渐变慢 直到今天地球和月球的位置 地球自转周期为24小时 月球自转和绕地球公转同步 总是一面朝向地球 地球 水星 金星 又过数百年 原太阳又发生第三次喷发 这时的星核温度进一步增高 发生氘 锂 铍 硼等核反应 释放能量更大 喷出物质没有前两次多 但初速度却大些 其中最大的一个团块进入到现今的火星轨道上 形成了火星和火星卫星 但是火星的卫星后来遭受一次小行星的猛烈碰撞 将它撞裂 并使轨道向火星方向内移 形成了今天的火卫一 另一碎块成为火卫二 喷出物还有大量碎块进入火星和木星轨道之间 逐渐冷凝形成小行星 还有一些碎块被类木行星俘获形成不规则卫星 当然也有碎块和尘埃进入光环和降落在其它天体上 火星 木星 土星 经过三次喷发 原太阳处于暂时休顿状态 持续几千年 但星体中心温度仍在继续升高 第四次喷发比前三次猛烈得多 喷出物数量与第三次的差不多 初速度较大 喷出的物质遍布整个太阳系空间 其中有一大团块快速自旋 进入到天王星轨道时正从天王星自转轴上方斜冲下来 撞击在天王星边缘上 把它的角动量传递给天王星 使天王星躺在轨道上自转 同时在撞击处溅起两大块物质和若干碎块 在从天王星区飞出时形成一列 速度逐渐减慢下来 进入海王星轨道 还有一些碎块 被海王星俘获为卫星 并从海王星前面绕过来 成为逆行轨道卫星 而前面的一个因为速度略大 当它到达海王星的远星点时恰受太阳引力作用又绕太阳运转 成为太阳的一颗新行星 这就是冥王星 天王星 海王星 冥王星 太阳系 太阳 太阳系的中心 质量占99 86 九大行星 水 金 地 火 类地行星 木 土 巨行星 天 海 冥 远日行星 彗星 彗核 彗发 彗尾 流星体 流星 流星群 陨石等 2 地球的诞生 地球是由原始的太阳星云分馏 坍缩 凝聚而形成的 首先 星子聚集成行星胎 然后再增生而形成原始地球 原始地球所获得的星子是比较冷的 但是每个落到原始地球上的星子都有很高的运动能量 这种能量因冲击转化为热能 另外 由于星子的堆积使地球行星外部重量增加 内部受压缩 消耗在压缩内部的能量转化为热被保存下来 再加上放射性元素铀 钍 钾等的衰变产生的热积累 地球开始变热 并最终导致大部分地区温度超过铁的熔点 原始地球中的金属铁 镍及硫化铁熔化 并因密度大而流向地球的中心部位 从而形成液态铁质地核 随后 地球的平均温度进一步上升 引起地球内部大部分物质熔融 比母质轻的熔融物质向上浮动 把热带到地表 经冷却后又向下沉没 这种对流作用控制下的物质移动 使原始地球产生全球性的分异 演化成分层的地球 地核与地壳之间为地幔 分异作用是地球内部最重要的作用 它导致了地壳及大陆的形成 并导致大气和海洋的形成 氢和氧结合成的水 原先潜藏于一些矿物中 当原始地球变热并部分熔融时 水释放出来并随熔岩运移到地表 大部分以蒸气状态逸散 其余部分在漫长的地质历史进程中逐渐充满大洋早期地球的大气圈成分与现代不同 正是由于紫外辐射的能量促使原始大气成分之间发生反应 从无机物质生成有机小分子 然后发展成有机高分子物质组成的多分子体系 再演变成细胞 生命得以开始和进化 直到人类这样的高级生物出现 构成一个生物圈 经过早期分异阶段 地幔固结 原始地壳和d大陆发育 并形成了大洋和大气圈 地核和地幔的变化对地球磁场的变化起主导作用 地核的两个可测的物理特性是磁场和热量 地核通过两个重要的直接途径对地幔产生影响 一是向地幔底部提供热量 激励地幔深处的热对流 二是对地幔施加一种机械的转矩 这种相互机械作用和包括大气运动等在内的其他地球过程 决定了一天的长短变化和地球转轴在空间的定向 地幔对流是发生在地幔中的一种热方式 也是一种地幔物质的运动过程 很可能就是地球演化的驱动力 地球的最上层是厚约100公里的坚硬岩石层 称为岩石圈 它包括地壳和上地幔的顶部 岩石圈下面是上地幔的低速层 整个低速层便可以发生流动变形 故称为软流圈 岩石圈不是一个整体 而是被构造活动带割裂的 持续不断地相对运动着的若干刚性板块 最早曾将全球岩石圈分为6个大板块 欧亚板块 美洲板块 非洲板块 太平洋板块 印澳板块和南极板块 板块构造对大陆陆块的联结和分离 对生物物种的迁移和进化具有重要意义 美洲 非洲 欧洲和格陵兰在2亿年前的很长时间里都是连在一起的 约在2亿年前才开始分裂 后来扩张形成大西洋 这种过程叫做 离散 而印度板块还只是 到了距今0 7 0 6亿年前才漂移到亚洲附近 随后与欧亚板块产生相互碰撞 这种过程叫做 汇聚 板块会分离和碰撞 还会沿转换断层相互滑动 在板块碰撞过程中 重的大洋岩石圈向较轻的大陆岩石圈之下的地幔中插进去 称为 俯冲 正是因为印度板块的俯冲 使我国青藏高原在新生代隆起成为全球地壳厚度最大的 陆地上海拔高程最高的地区 对全球环境产生重大影响 由于板块的汇聚和离散及其持续不断的运动 给形成矿产造成了许多有利条件 在汇聚区 岩石圈俯冲到大陆或岛弧下发生重熔 含矿溶液上涌 世界上许多硫化物矿床都与板块汇聚有关 在岛弧与大陆之间的边缘海区 沉积物中含有大量的有机物 创造了生油条件 我国东海 黄海和南海就是这类地域 板块的离散边界是新海底产生的地方 海水侵入岩石裂隙 溶解地幔上涌的物质 产生热水矿床 谢谢