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1、地球化学演化课件,1,第九章 地球的化学演化,本章内容,地球的形成和早期分异地壳的形成与演化大气圈和水圈的演化生物圈的演化与生物地球化学循环全球性变化,地球化学演化课件,2,一、地球的形成和早期分异,地球形成的两种观点：1、炽热气态星云物质凝聚而成；2、冷的宇宙尘星云中的固态质点星子通过吸积作用形成。（星子积吸形成假说）,地球化学演化课件,3,康德-拉普拉斯星云说 太阳系的星球的物质，在初时都为大量基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，形成了包括地球在内的太阳系的各天体。,地球化学演化课件,4,康德-拉普
2、拉斯星云说 太阳系的星球的物质，在初时都为大量基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，形成了包括地球在内的太阳系的各天体。,地球化学演化课件,5,康德-拉普拉斯星云说 太阳系的星球的物质，在初时都为大量基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，形成了包括地球在内的太阳系的各天体。,地球化学演化课件,6,斯密特俘获说 原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源的，用外来物质形
3、成包括地球在内的九大行星。,地球化学演化课件,7,布逢碰撞说 银河系中一颗快速运动的恒星撞击原始太阳，溅起大量物质成为行星的物质来源的，积聚形成包括地球在内的九大行星。,地球化学演化课件,8,金斯潮汐说 在另一颗恒星经过太阳旁边时，把太阳物质吸引出来形成一条状星云，后来此条状星云在环绕太阳旋转中，分裂凝聚增大密度而成行星。,地球化学演化课件,9,原始地球化学分异重力能+撞击动能+放射性热能使原始地球熔融 （位能） 40K 26Al Fe的熔化温度在地球形成后 600Ma于几百公里深度即可达到。原始地球金属铁熔融后逐渐汇聚成“巨滴”由于重力原因，向地心沉没，同时产生大量的位能转化的热能，使地球内
4、部温度高达2000。巨滴熔铁沉没时间约需105年。与此同时，较轻的硅酸盐上浮、形成地幔；地幔部分熔融，又分异出玄武质岩浆、岩浆结晶分异，形成中酸性岩以上的地壳岩石，故地壳中岩石最大年龄不超过40亿年。在分异中，元素分配受其密度和原子量的影响较小，主要是受其硅酸盐、硫化物、金属相的影响。,地球化学演化课件,10,尘埃向中心聚集的过程中，由于引力的作用，体积收缩，压力加大，会释放出大量的热量。放射性元素的蜕变和陨石的撞击，也都要放出热能。地球物质处于热的熔融状态。,地球内部圈层的形成,地球化学演化课件,11,重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物
5、质分异和迁移，形成了从里向外，物质密度从大到小的圈层结构。铁和镍比较重，向中心聚集地核。较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳。,地球内部圈层的形成,地球化学演化课件,12,最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、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100C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成广阔的海洋（水圈）。,地球外部圈层的形成,地球化学演化课件,13,最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、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
6、温度逐渐降低（低于100C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成广阔的海洋（水圈）。,地球外部圈层的形成,地球化学演化课件,14,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。到27亿年前生命加速发展，海洋中的生物迅速繁荣起来（化石证据较多）。,地球外部圈层的形成,地球化学演化课件,15,二、地壳的形成和演化,壳幔相互作用的方式主要表现为通过地幔部分熔融形成的岩浆构成新生地壳，再由地壳通过不同方式（俯冲、拆沉等）回返，地幔并且有一部分回返地幔的地壳物质可经部分熔融岩浆再循环进入地壳。地壳内部的物质分异和演化主要涉及下地壳岩石
7、变质脱水形成的溶液和部分熔融产生的岩浆向上地壳的运移，以及上地壳物质（沉积物、火山岩和长英质侵入岩）通过深埋和深构造运动向地壳深部的回返。,地球化学演化课件,16,二、地壳的形成和演化,地壳的成因有三大假说：地球不均匀积吸说、撞击成因说和地球成因说。地球成因说的支持证据：（1）月球表面古老岩石的化学成分和结构构造证明早期的月壳是岩浆作用的产物，原始地壳应有相似的成因；（2）在积吸过程晚阶段或其后，地球上有足够的能量可使上地幔发生部分或整体熔融，当时地壳出现的范围取决于发生熔融的地幔的规模；（3）已发现的最古老地壳的年龄为42亿年，它主要由英云闪长质片麻岩组成，已发现这些片麻岩中含有科马提岩和玄
8、武岩（角闪岩）的碎片，其中一些可能是洋壳的残留体。,1、原始地壳的成因,地球化学演化课件,17,二、地壳的形成和演化,2、原始地壳的成分,至今未发现原始地壳残留体，通过与月球和行星类比，借鉴太古宙早期的地质记录及地球地热梯度，并通过岩石部分熔融实验研究等间接途径来进行推断。长英质岩石模型、钙长石模型、科马提岩玄武岩模型Taylor和Mclennan（1985）提出行星早期成壳的两种模型。一种类型：早期行星内部大规模熔融（全熔）形成岩浆洋，随后岩浆发生分异结晶，橄榄石和斜方辉石晶出并在岩浆中下沉（成为堆积岩）中这些钙长石上浮将形成钙长岩质的原始地壳。另一类型：早期的壳是通过行星幔的部分熔融所派生
9、的岩浆固结形成的。,地球化学演化课件,18,二、地壳的形成和演化,2、原始地壳的成分,Taylor和Mclennan（1985）提出科马提岩玄武岩模型的主要依据：（1）地幔部分熔融形成的岩浆是含水的，在这种岩浆中结晶出的钙长石不肯能上浮形成地壳，同时，在地球条件下斜长石的稳定线约在40Km深度上，因此发生于该深度以下岩浆中的任何对流都会阻止钙长石的形成；（2）地球早期具有的高热量状态可使地幔发生较高程度的部分熔融，产生科马提岩或玄武质岩浆，地球上已发现的最古老的玄武岩的Sm-Nd同位素组成显示岩浆来自亏损地幔源区，表明很早就有亏损地幔存在，并暗示此前已有大量玄武岩浆来自地幔进入地壳。,地球化学
10、演化课件,19,二、地壳的形成和演化,3、洋壳的形成,地球在积吸过程后的第1个50Ma内就发生脱气，则大洋在很早时期就广泛分布地表。早期洋壳必定通过某种方式快速形成或快速再循环返回地幔，是一种合理的和有一定根据的设想。如：中国华北克拉通太古宙玄武岩的Nd（t）值3.52.5Ga长达10亿年的期间一直稳定在3左右。对于太古宙长期稳定的Sm-Nd体系的最可能解释是：由于太古宙地壳及时再循环返回地幔，从而抑制了亏损地幔Nd（t）随时间的增长。,地球化学演化课件,20,二、地壳的形成和演化,4、陆壳的形成与早期发展,富水是地球上能大量产生花岗岩质陆壳的基本原因。板块构造洋壳向地幔回返消减的机制。主要证
11、据：（1）太古宙早期（3.83.9Ga）的陆壳主要由长英质片麻岩组成，属于英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩的变质产物（TTG片麻岩），含科马提岩和玄武岩（角闪岩）等表壳岩的残留体。（2）在地质记录中真正意义的花岗岩在3.0Ga之后才出现，在 2.6Ga之后才广泛分布和具有重要意义；（3）太古宙英云闪长岩和花岗闪长岩在多数不相容元素分配上，尤其在原始地幔标准化微量元素的组成模式图中现实负Ta-Nb异常，这与太古宙形成与板块会聚带的同类岩石十分相似；,地球化学演化课件,21,二、地壳的形成和演化,4、陆壳的形成与早期发展,主要证据：（4）太古宙英云闪长岩是在富水条件下通过沉降板块中角闪岩或榴辉岩
12、的部分熔融形成的，而后太古宙长英质岩是在相对干的条件下玄武岩岩浆经分异结晶的产物；（5）地温梯度在4.0Ga之前是绝热的，地球产热量随时间减少；（6）地幔对流大概在行星吸积过程的晚期阶段就开始了；（7）大陆地壳于2.73.0Ga期间曾发生快速增生，此后克拉通化成为重要地质事件；（8）在2.7Ga前后，大陆可能通过微陆块的碰撞聚集成几个超大陆。,地球化学演化课件,22,二、地壳的形成和演化,4、陆壳的形成与早期发展,科马提岩、玄武岩、英云闪长岩和花岗岩，Condie提出了太古宙陆壳的发展模式,（1）地球最初的50-100Ma期间，地幔发生强烈地熔融，逐渐形成了地核，由于绝热地温梯度的建立，以及地
13、幔大规模脱气，从而产生了大气圈和海洋。,地球化学演化课件,23,二、地壳的形成和演化,4、陆壳的形成与早期发展,（2）大约于4.0Ga前，洋壳和岩石圈由一系列洋脊和沉降消减带构成，并且板块被科马提岩向地幔沉降所驱动，这就是早期的地壳快速与地幔发生的物质再循环。,地球化学演化课件,24,二、地壳的形成和演化,4、陆壳的形成与早期发展,大约于3.0Ga前，沉降带的冷却导致了玄武岩高原根部向榴辉岩转变，并引发灾变性地向地幔拆沉。,大约于2.5Ga前，岩浆弧通过碰撞拼合成几个较大的陆块。2.42.6Ga期间，伴随着这些大陆克拉通化，大陆下地壳（主体为TTG片麻岩）的部分熔融产生了大量花岗岩岩浆，向上侵
14、入形成以英云闪长岩为主体的上地壳。这标志着首批克拉通的形成，克拉通化的实质是：下地壳和岩石圈的脱挥发分作用及壳内的熔融作用。,地球化学演化课件,25,二、地壳的形成和演化,5、地壳的化学演化,（1）上地壳的成分,第一种方法：对出露不同时代的各种陆壳岩石进行广泛取样，估计各时代地壳平均成分。第二种方法：利用克拉通区的泥岩样品代表各时代地壳平均成分。实际只能获得代表上地壳的平均成分。,地球化学演化课件,26,二、地壳的形成和演化,5、地壳的化学演化,（2）全球沉积岩总体成分的变化,太古宙富Ni和Gr，低W（K）/（Na)和W(87Sr)/ W(86Sr）,地球化学演化课件,27,三、大气圈和水圈的
15、演化,1、大气圈和大洋的成因,大气圈成因的三种假说：（1）积吸形成后的地球留住了残留宇宙气体；（2）地球外来气体，如彗星带入；（3）地球脱气形成。,主要证据：40Ar的宇宙丰度相对于39Ar的宇宙丰度是极小的，地球的40Ar全部是地球岩石中40K放射性衰变的产物。39Ar代表了原始宇宙气体的残留部分， 40Ar代表了地球脱气产生的部分。,地球化学演化课件,28,三、大气圈和水圈的演化,1、大气圈和大洋的成因,大气圈成因存在的问题：（1）地球脱气前是否存在一个原始的大气圈？（2）原始大气圈是如何丧失的？,撞击诱发脱气形成原始大气圈模型：星子积吸形成地球的过程中，星子高速撞击使星子和成长着的地球双
16、方温度和压力增高，导致两者的脱气，从而形成一个由撞击诱发的“蒸汽”大气圈。积吸过程结束时，由于温度降低，这种“蒸汽”大气圈凝聚形成原始大洋，其规模接近现代大洋。,地球化学演化课件,29,三、大气圈和水圈的演化,2、早期大气圈的成分,火山作用是最重要的方式。过剩挥发分：通过质量平衡计算，将大气圈、水圈、生物圈和沉积物中挥发分的总和中超过地壳风化作用所能提供的部分称之为“过剩挥发分”。,地球化学演化课件,30,三、大气圈和水圈的演化,2、早期大气圈的成分,金属铁对早期脱气的影响：（1）如果早期地幔存在金属铁，则应有大量H2、CO和CH4及少量CO2、H2O、H2S和N2。（2）如果不存在金属铁，则
17、大量放出CO2、H2O和N2及少量H2、HCl和SO2。 有证据表明地核形成于积吸过程的晚期阶段，最初的大气圈很可能主要由CO2、H2O和N2组成。,撞击诱发成因者认为：最初大气圈主要由H2、CO、N2组成，与金星现代大气成分相似。,可以肯定的是：地球早期大气富CO2和H2O。证据：当时存在流动的水和导致温室效应的CO2，以及金星和火星大气圈主要由CO2组成等等。,地球化学演化课件,31,三、大气圈和水圈的演化,3、早期的大洋,水蒸汽凝聚而成早期含有酸性物质，pH7，由于Na、Mg、Ca、Fe等离子加入，变为近中性（pH为89）。,早期大洋演化历史的证据（1）太古宙早期绿岩系主要由镁铁质火山岩
18、和火山碎屑岩组成；（2）太古宙化学沉积岩和矿石在类型和组合上可同现代海底热液成岩成矿相对比；（3）太古宙海相碳酸盐（方解石）与新生代海相方解石相比，显示出富Mn2和Fe2，贫w（18O）w（16O），以及低的w（87Sr）w（86Sr）比值（接近地幔）的特征。受到幔源的影响,地球化学演化课件,32,三、大气圈和水圈的演化,4、大气圈海洋系统的演化,4.1 年轻昏暗太阳的难题,4.5Ga前太阳亮度较弱，只相当于现今的2530，按照这样的太阳亮度变化，如果地球历史中的大气圈与现今大气圈的特征相似，则地表的平均温度应该一直保持在冰点之下，直到2Ga前为止。实际上，3.8Ga前形成了沉积岩证实当时地表
19、已有大洋和流动水存在。,一种可能的解释：早期大气圈中含有浓度比现今高很多的CO2和其它温室气。,地球化学演化课件,33,三、大气圈和水圈的演化,4、大气圈海洋系统的演化,4.2 碳酸盐硅酸岩循环,地球化学演化课件,34,三、大气圈和水圈的演化,5、大气圈CO2的演化历史,地球化学演化课件,35,三、大气圈和水圈的演化,6、大气圈自由氧（O2）的演化历史,2.0Ga前地球大气圈缺少自由氧的证据：,（1）新太古代、古元古代曾有大量化学沉积成因的条带状铁建造，w（Fe3）w（Fe3）w（Fe2）比值介于0.30.6。（2）新太古代古元古代形成的碎屑沉积成因的晶质铀矿和黄铁矿矿床在世界各地多处发现，而
20、中元古代以后未见此类矿床。（3）红层是三价铁氧化物胶结的碎屑岩，2.4Ga前才出现。（4）蒸发成因硫酸盐（石膏和硬石膏）大约自2.0Ga前才大量出现。（5）2.0Ga前古风化壳中的古土壤研究表明，花岗岩中的铁完全被氧化，而镁铁质岩中的铁淋滤流失（不完全氧化，二价铁流失）。,地球化学演化课件,36,三、大气圈和水圈的演化,6、大气圈自由氧（O2）的演化历史,地球化学演化课件,37,三、大气圈和水圈的演化,6、大气圈自由氧（O2）的演化历史,早期大气缺少自由氧，O2与还原性气体反应和矿物风化消耗掉。当光合作用产生的氧气超过还原作用消耗的氧气，大气中的氧气逐渐积累。最早大约在志留纪（430Ma）达到
21、21的水平，此后在1535之间波动。Walker（1980）研究认为：氧的质量平衡取决于O2与沉积岩中有机物长期净掩埋量之间的消长关系。光合作用产生的O2只有大约2留在大气圈中，其余均在沉积物中。人类活动破坏了O2与CO2之间的循环平衡。,地球化学演化课件,38,四、生物圈的演化与生物地球化学循环,1、生命的起源,来自于地球还是地外？,3.53.8Ga前可能开始出现生命。生命出现的第一步：非生物方式产生生命系统基础的含碳有机化合物。20世纪50年代，Miller实验表明，CH4、NH3、H2经放电产生氨基酸和一些简单有机分子。,（1）一种反应机制（2）一个能留住RNA的分离部分的场所（容器）（
22、3）一种能使RNA免受其它种群混合的机制（4）存在包围原始细胞壁的模。,具有分裂和产生一种复制作用酶,地球化学演化课件,39,四、生物圈的演化与生物地球化学循环,1、生命的起源,生命复制的下一个阶段可能是氨基酸形成蛋白质，然后形成DNA（脱氧核糖核酸），作为原始基因库。再下一个阶段：出现能够提供能量供应和新陈代谢作用的细胞膜。,至今还难以通过实验手段将简单有机分子聚合成能进行自我复制和新陈代谢、并被膜所包围的生命体。,地球化学演化课件,40,四、生物圈的演化与生物地球化学循环,2、生物地球化学作用的演化,2.1 早期的光合作用,（1）产生甲烷的光合作用,一般反分两步进行：真菌将有机物质转变为醋
23、酸盐、H2和CO2，然后原始细菌再将它们转化为甲烷。CH3COOHCO2CH4CO24H CH42H2O,（2）使硫氧化的光合作用,紫硫细菌和绿硫细菌在缺氧条件下将还原态硫氧化：2H2SCO2（CH2O）2S0H2O2S0 3CO2 5H2O （CH2O）2SO424H,地球化学演化课件,41,四、生物圈的演化与生物地球化学循环,2、生物地球化学作用的演化,2.2 产生氧的光合作用,最早的证据：,太古宙和古元古代全球性条带状铁建造的大量沉积一般均被视为存在产氧光合作用的证据。,CO2+H2O （CH2O）O2,2.3 氧对生命演化的效应,地球化学演化课件,42,四、生物圈的演化与生物地球化学循
24、环,2、生物地球化学作用的演化,2.4 生物登陆后的地球化学作用,前提条件：臭氧层的出现,对全球生物地球化学循环有影响的几个关键新陈代谢方式：（1）有氧化学自养作用影响硫地球化学循环；2S2H2O3O22SO424H（2）有氧化学自养作用影响氮地球化学循环（硝化作用）；2NH43O22NO22H2O4H和2NO2O2 2NO3（3）缺氧异养作用影响氮地球化学循环（脱销细菌引发脱硝反应）5CH2O4H4NO32N25CO27H2O（4）大陆吸附地球化学障的出现,地球化学演化课件,43,五、全球性变化,1、海相碳酸盐岩锶同位素组成变化,影响因素：（1）陆源物质（2）火山活动（3）海底扩张速率（4）
25、大陆面积（5）气候,地球化学演化课件,44,五、全球性变化,2、海相沉积硫化物和硫酸盐的硫同位素组成变化,地球化学演化课件,45,自3.8Ga前至今，硫酸盐的增大，而硫化物的相应减小。,影响因素：（1）陆源物质；（2）硫沉积物的比例；（3）海水温度。,地球化学演化课件,46,五、全球性变化,3、古气候的变化,地球化学演化课件,47,五、全球性变化,4、矿床类型随地质时代的变化,Berley和Groves（1992）提出三个成矿高峰期，分别相当距今20001800Ma、1000800Ma、400300Ma。成矿作用主要控制因素：,（1）地球热量减少；（2）全球构造体制的变化；（3）大气圈、水圈、
26、地壳和生物圈的发展演化；（4）大陆的聚散、抬升、剥蚀等因素。,地球化学演化课件,48,五、全球性变化,4、矿床类型随地质时代的变化,科马提岩型镍（铜）矿、Algoan型铁矿（海相镁铁质火山岩系中夹有的化学沉积）和绿岩型金矿为古太古宇所特有，后太古宇未见。成因：地幔高程度熔融、海底玄武岩浆喷发、伴生热液活动强烈。,海底火山喷气成层控型块状贱金属硫化物矿床随地质时代变化：太古宙贫铅、古元古代较富铅和银、中元古代富铅锌银、新元古代开始出现密西西比型成因碳酸盐岩中的铅锌矿。原因：从早到晚，随地球热流降低，海底火山热液提供给海洋的物质（贫铅）由多变少；自新太古代开始大陆发生快速增生，大陆向海洋输入物质（
27、富铅）的比例不断增大；同时新元古代到三叠纪正是海相碳酸盐岩的主要沉积时期，这与地球表层圈层相互作用对CO2循环的影响有关。,地球化学演化课件,49,五、全球性变化,4、矿床类型随地质时代的变化,铁矿分布特征：2.0Ga前，海相条带状铁建造；新元古代滨海相鲕状赤铁矿鲕绿泥石菱铁矿；此后的沉积铁矿中，可见鲕状褐铁矿（侏罗纪）、水针铁矿鲕绿泥石矿和水针铁矿鳞绿泥石矿。,斑岩铜矿钼矿床在前寒武纪少见，因为其成因与俯冲消减作用。,显生宙矿床类型丰富多样，特别是一些稀有金属矿的出现，成因复杂。,地球化学演化课件,50,地球的起源与演化一、地球的起源二、地球圈层的形成三、地壳的演变四、古生物的演化五、古气候
28、的演变,地球化学演化课件,51,地球的起源与太阳系的起源应该有密切的关系。一、太阳系的主要特征太阳银河系中的一颗中等大小的恒星。太阳系以太阳为中心，受太阳引力支配并围绕它作旋转运动的天体组成的天体系统。,地球化学演化课件,52,太阳系（solar system）是由太阳、9颗大行星、66颗卫星以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。 行星由太阳起往外的顺序是：水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星（jupiter）、土星（saturn）、天王星（uranus）、海王星（neptune）和冥王星（pluto）。在火星与木星之间有100000个以上的小行
29、星（asteroid）,地球化学演化课件,53,类地行星（terrestrial planets）水星、金星、地球、火星；质量、体积较小，密度较大，表面温度较高，卫星较少。类木行星（jovian planets）木星、土星、天王星、海王星；质量、体积较大，密度较小，表面温度较低，卫星较多。,现今太阳系的主要特点： （1）公转的同向性： （2）公转轨道面的共面性： （3）公转轨道的近圆性； （4）自转与公转方向的同一性； （5）可分为类地和类木两类行星； （6）太阳与行星组成上存在差别； （7）太阳系角动量分布特殊。,地球化学演化课件,54,二、太阳系和地球的起源两类假说： 渐变说地球是由星云渐
30、变形成的； 灾变说地球是由某种巨大的变动而产生的。1、康德的“星云假说”1755年，提出的，他认为：太阳系是从一团星云物质在万有引力作用下，逐渐聚集形成的。该假说又称为“微粒假说”。,地球化学演化课件,55,2、拉普拉斯的“星云假说”1796年，提出的，他认为；太阳系由同一个原始星云形成的。,地球化学演化课件,56,3、金斯的“潮汐假说”1916年提出，认为：一颗行星掠过太阳时，从中吸拉出部分物质而形成太阳系。,地球化学演化课件,57,4、施密特的“俘获假说”1944年提出，他认为：太阳俘获了另一个星云的部分物质而形成太阳系。,地球化学演化课件,58,5、霍伊尔的“超新星假说”1944年提出，
31、1972年再次提出，其实质上是一个修正了的星云假说。,地球化学演化课件,59,地球的起源 科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、火星在内的石质行星是一块尘埃云快速引力坍缩而形成的。这种坍缩产生了致密的球体，但在20世纪60年代，阿波罗太空计划的有关研究成果改变了这种观点。对月坑的研究揭示出这些坑是由于在距今约45亿年时大量天体的撞击而形成的。此后，撞击的次数看来很快减少。这一研究结果使斯米特（Otto Shmidt）提出的吸积理论恢复了活力。这位苏联地球物理学家于1944年提出：行星是一步一步地逐渐增大其体积的。根据斯米特的见解，宇宙尘团聚在一起成为颗粒，颗粒变成砾石。砾石变成小球，然后变成
32、大球，再变成微行星（即星子），最后，尘埃终于变成了月球那样的大小。随着星体越来越大，它们的数目就减少。结果，星体（即陨石）之间碰撞的机会就减少，能够用于吸积的东西越来越少，这意味着为了集结成大行星这一作用要进行很长的时问。由华盛顿卡内基研究所的韦瑟里尔（George .W. Wetherill）进行的计算表明，一个直径10千米大小的天体变成地球这样的天体需要经过大约一亿年的时间。,地球化学演化课件,60,二、地球圈层的形成 导致地球变热的方式。分别凝聚说地球形成于热的太阳气体，在地球积聚过程中，金属铁、镍首先凝聚构成地核，其次硅酸盐才凝聚构成地幔和岩石圈，这个过程进行的很快。逐渐分异说地球最初
33、为一个冷的星云尘埃团，整个地球圈层是地球发展演化至一定阶段，地球物质发生显著圈层分化的结果 。,地球化学演化课件,61,1、地幔和地核的形成地球最初的10亿年内，400-650千米之间，铁、镍熔化，然后硅酸盐软化，在重力作用下发生分异作用而形成地核，并不断增大。2、岩石圈地壳的形成大规模的熔岩喷发和岩浆侵入是岩石圈地壳形成的直接方式。3、软流圈的形成推测：从流体表面原始岩石圈地壳的形成，至少需要几亿年到十几亿年的时间。,地球化学演化课件,62,4、大气圈的形成天文大气圈地质大气圈原始地质大气圈现代大气圈的演化。原始地质大气圈以CO2为主，其次CO,CH4 NH3以及一些惰性气体等。现代大气圈以
34、N2 ,O2为主， CO2的含量仅占0.03%。5、水圈和生物圈的形成水圈的形成与火山活动有密切的关系。生物圈是在其它圈层形成以后才逐步形成的，大约在距今30多亿年前，地球上才出现生命。,地球化学演化课件,63,地球系统中的碳循环,地球化学演化课件,64,显生宙大气圈的演化,地球化学演化课件,65,从还原到氧化,还原,还原并含 硫化氢,氧化,Anbar and Knoll, 2002,地球化学演化课件,66,三、地壳的演变两种观点：槽台学说认为：地壳发展初期，存在若干块原始大陆（稳定地块或克拉通），在其周围的地槽中堆积来自大陆的风化剥蚀的产物，此后地槽回返形成山系，并镶嵌与大陆边缘，大陆面积不
35、断扩大。板块构造学说认为：岩石圈的演化历史是岩石圈增生、运动和消亡的历史。,地球化学演化课件,67,1、太古宙地壳处于早期发展阶段。早期出现岛弧到晚期大约距今27-25亿年大陆已占40-50%。2、元古宙元古宙早期之处，全球可能出现断裂系统，裂谷中堆积厚的沉积物，早期末发生褶皱回返，陆地扩大，此时陆地约占60-80%，并形成一整块大陆（大加亚）；元古宙中、晚期，大加亚解体，至末期形成了古北美、古欧洲、古西伯利亚古中国板块及冈瓦纳超级古陆。,地球化学演化课件,68,3、古生代早先的大陆分裂到了志留纪末开始发生变化，由分裂转变为聚合。到了晚古生代晚期各大陆终于发生碰撞形成联合古陆。北方一块叫劳亚古
36、陆，南方一块叫冈瓦纳古陆，之间为古地中海。,地球化学演化课件,69,地球化学演化课件,70,地球化学演化课件,71,地球化学演化课件,72,地球化学演化课件,73,4、中生代联合古陆终于在晚三叠世又开始了解体。5、新生代大陆解体在新生代仍以很快的速度进行。直至形成现今海陆分布的格局。,地球化学演化课件,74,地球化学演化课件,75,地球化学演化课件,76,地球化学演化课件,77,四、古生物的演化生命主要由核酸和蛋白质组成的具有不断自我更新能力的多分子体系。原始生命原始细胞前原核细胞真核细胞动植物分化。,地球化学演化课件,78,植物进化的主要阶段1、藻类植物阶段藻类，无根、茎、叶之分。 从前寒武
37、纪到志留纪，以海生藻类为主。叠层石2、蕨类植物阶段志留纪到泥盆纪，半陆生植物。石炭纪到二叠纪，陆生植物。3、裸子植物阶段中生代4、被子植物阶段新生代,地球化学演化课件,79,动物进化的主要阶段1、无脊椎动物阶段：寒武纪的三叶虫，奥陶纪的头足类，志留纪的笔石。古生代末，陆生无脊椎动物兴起，如昆虫。2、脊椎动物阶段（1）鱼类泥盆纪。（2）两栖类石炭-二叠纪。（3）爬行类中生代。（4）哺乳类新生代。（5）人类第四纪,地球化学演化课件,80,地质年代简表,前寒武纪 古生代（寒武纪奥陶纪志留纪泥盆纪石炭纪二叠纪） 中生代（三叠纪侏罗纪白垩纪） 新生代（第三纪第四纪）,三叶虫,笔石,鱼类,蜓,哺乳动物和被子植物,菊石、恐龙、裸子植物,造煤期,地球化学演化课件,81,研究古生物的意义确定地层层序确定相对地质年代划分和对比地层判断古气候分析古地理环境推断大地构造活动特征帮助确定包括油、气等沉积矿产的成因和分布。,生物演化的特点低级高级简单复杂植物动物微观宏观演化不可逆,地球化学演化课件,82,五、古气候的演变古气候演变的初步认识。总的说来，古气候呈冷暖、干湿交替变化的规律。三次大冰期：震旦纪、石炭-二叠纪、第四纪。,地球化学演化课件,83,第四纪大冰期可进一步划分出若干个亚冰期和亚间冰期,地球化学演化课件,84,