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第4章 地球漫步(1)

地质年代

在宇宙当中,地球位于金星与火星之间,是太阳系中距离太阳第三近的行星,也有一颗卫星。同时,地球也是目前发现的唯一一个具有生命个体的行星。

自从地壳形成之后,地球就开始了地壳的演化过程。表示地壳演化的时间和顺序的概念,被称为地质年代。

太古代:太古代距今46×108到25×108年,是地质年代中最古老、历时最长的一个代,它自从地壳形成之日起一直到距今25×108年,大约历经了20亿年的时间。

地质学家研究分析后认为,原始地壳的部分可能更接近于上地幔。在这里,硅铝质和硅镁质尚未进行比较完全的分异,所以,太古代时期的地壳是相当薄的,也没有现在这样的坚固复杂。

其次,太古代的地壳富有二氧化碳,但缺少氧气的水体和大气圈。而太古代的地层都是一些经过变质的岩石,例如片麻岩、变粒岩、混合岩等深变质的岩石。

在太古界地层中,缺乏生命的遗迹,但太古代末期在浅海环境中,无机物质经过复杂的化学变化已形成了蛋白质和核酸,并出现了无真正细胞核的菌类。所以,太古代是原始生命的萌芽阶段。

元古代:元古代距今为25×108到6×108年。在太古代末期,发生了一次全球范围的地壳运动,在我国称为五台运动。在五台运动之后,地壳的发展就进入了一个崭新的发展时期,即元古代。

元古代地层特征为:

(1)主要岩性为碎屑岩、白云岩、紫红色白云岩、紫红色砂岩等,有些地方还出现了冰碛层(冰川刨蚀作用学所形成的沉积物,其特点是大小不等,磨圆度很差)。

(2)岩石的变质程度较轻。

(3)地层中出现大量的藻类化石及某些原始动物化石。

元古代是藻类大发展时期,在元古时代晚期出现了原始动物;而大气二氧化碳浓度下降,氧气浓度上升,海洋中钙离子、镁离子增多。开始出现碳酸型化学沉积--白云岩(碳酸镁)。

地球出现了第一次冰期,使各古陆高山之上广泛分布水川,并形成了冰碛物。

古生代:古生代距今6×108到2.3×108年,开始于同位素年龄542±0.3百万年(Ma),结束于251±0.4Ma。古生代属于显生宙,上一个代是新元古代,下一个代是中生代包括了寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪。其中,泥盆纪、石炭纪、二叠纪又合称晚古生代。

古生代具有的地层特征:

(1)从全球角度来说,古生代地层是一个大的沉积旋回。所以在古代界地层的岩性比较复杂,种类很多。

(2)古生界地层中普遍含有丰富的古生物化石,下部地层的化石是海生无脊椎动物化石和海生藻类化石,中部为鱼类化石的半陆生孢子植物化石,上部为两栖动物化石。可见古生界地层中的化石自下而上代表着生物由简单到复杂,由低级到高级的演化方向。

古生代世界大地构造轮廊出现了很大的变化。寒武纪时,地壳下降,海水侵入泛大陆,泛大陆开分裂,在南部形成冈瓦纳大陆,北部分为北美洲、欧洲和亚洲三个分离的大陆;奥陶纪,在全球范围内发生了地壳运动,欧洲与北美洲合拼在一起形成一块大陆;泥盆纪到二叠纪末,亚洲大陆与欧美大陆合拼在一起,形成了一个新的泛大陆。

古生代时期,生物圈也发生了变化。早古生代动物界第一次得到大发展,被称为海生无脊椎动物时代。所谓海生无脊椎动物,也就是指生活在海洋中没有脊椎的动物,其中最主要的是三叶虫(节肢动物),所以此时也称为三叶虫时代。

晚古生代植物界也得到了第一次大发展,被称为蕨类时代;动物界出现两次大飞跃,即从无脊椎到脊椎和从水生到陆生。

中生代:中生代大约经历了1.6亿年的时间,距今2.3×108至0.7×108年。按照地层特点和古生物化石,可划分为三个纪,即三叠纪、侏罗纪和白垩纪。

中生代地层的主要特征包括:不同地区岩性组合不同,有海相沉积岩,有陆相沉积岩和过渡沉积岩;岩层断裂和岩浆侵入比较强烈,金属矿床多见;地层中普遍含有裸子植物化石和爬行动物化石;有煤、石油和天然气。

进入中生代以后,由于强烈的地壳运动,泛大陆开始分离,这次构造运动在欧洲称为旧阿尔卑斯运动,在中国称为印支运动。大约在三迭纪时,北美洲与欧洲分离,产生了北大西洋,并逐渐扩张。在侏罗纪时,南美洲与非洲也开始分裂,产生了南大西洋,同时印度板块也脱离泛大陆,产生了印度洋。在白垩纪时,中国发生了燕山运动,同时世界各地均发生了地壳运动,使大西洋和印度洋逐渐形成,古地中海面积逐渐缩小。此时,各大洲的分布形式已初具规模。

新生代:新生代距今约0.7×108,是距今最近的一个地质阶段。现在的海陆分布形式,大地轮廓、生物种类以及气候状况都是在这个阶段中逐渐形成的。新生代包括第三纪和第四纪,其中第三纪又分为老第三纪和新第三纪。

新生代地层特征为主要包括:以陆相沉积岩为主,海相沉积岩为辅;地层中有冰川堆积层和火山喷出堆积层;出现了被子植物化石、哺乳动物化石以及古人类化石。

地壳演化进入新生代以后,全球普遍发生了一次地壳运动,在欧洲叫新阿尔卑斯运动,在中国叫喜马拉雅运动。世界大地构造轮廊受这次运动的影响,又发生了显著变化。澳洲与南极洲分离,印度板块向东北漂移并和欧亚大陆碰撞在一起,目前的海陆分布大势已基本形成。

通过对第四系地层和非洲地貌的分析,证明在新生代后期即第四纪时,全球范围内曾出现冰川广布、气候干冷的气候特征,这称为第四纪大冰期。

新生代时地球上的自然地理环境和生物界总面貌已经和现代基本相似。植物界以被子植物的大发展为特征,动物界以哺乳动物空前繁盛为标志,所以新生代又称为被子植物和哺乳动物时代。

在第四系地层的上部,除含有大量哺乳动物化石外,还含有古人类化石,这说明人类出现的时间是在第四纪。人类的出现是新生代的一件大事,也是地壳发展历史上的一件最重大的事件,从此开始了人类改造和利用自然的崭新时代,所以第四纪又称“灵生代”。

小知识

中生代生物圈的变化

在中生代,裸子植物得到了迅速发展,并逐渐取代了蕨类植物,成为当时植物界的主宰。裸子植物在一定的地质环境下被埋藏在地下,经过特定的物理、化学变化形成了煤层。因此中生代特别是侏罗纪,是继石炭纪之后又一个重要造煤时期。

在目前的生物圈中,仍存在着许多裸子植物,如松柏类、苏铁、银杏等。其中苏铁和银杏是中生代数量最多的裸子植物,但目前存在的数目已非常少,它们被称为活化石。

爬行动物此时也得到了迅速发展,并逐渐取代了两栖动物成为当时动物界的主宰。当时的爬行动物主要就是恐龙。它们一般形体巨大,外貌丑陋惊人,因此被称为恐龙。整个中生代是恐龙统治的时代,所以又称为恐龙时代。

地球的形状与大小

地球是太阳系中的一名蔚蓝色美丽行星,目前所知唯一有生命生存的星球。作为太阳系行星一员的地球--我们人类的家园到底是什么形状的?地球,顾名思义,当然是球状天体。不仅太空照片给人的视觉如此,浑圆蔚蓝,连椭球状凭肉眼也难以分辨,而且精密的科学观测研究所得到的结论也证明此说不谬。

古代认识:公元前五六世纪,古希腊哲学家认为地球是球形的。到了公元前350年左右,古希腊学者亚里士多德通过观察月食,根据月球上地影是一个圆形,第一次科学地论证了地球是个球体的概念。

其实,我国在战国时期的哲学家惠施早已提出了地球呈球形的看法。1519年,葡萄牙航海家麦哲伦率领的五艘海船,用三年的时间,完成了第一次环绕地球的航行,从而也直接证实了地球是球形的。从此,人们便一致将我们所居住的世界称为“地球”。

17世纪末,英国科学家牛顿研究了地球的自转对地球形态的影响,从理论上推测出地球不是一个很圆的球形,而是一个赤道处略为隆起、两极略为扁平的椭球体,并推测出赤道半径比极半径长20多千米。1735~1744年,法国巴黎科学院派出两个测量队分别赴北欧和南美进行弧度测量,测量结果证实地球确实为椭球体。

现代认知:地球看上去就像一只梨子:赤道的部分鼓起,是它的“梨身”;北极有点尖,像个“梨蒂”;南极有点凹进去,像个“梨脐”。这样,整个地球就像是个梨形的旋转体,因此人们称它为“梨形地球”。其实确切地说,地球应该是一个三轴的椭球体。

地球曲率:测定地球表面曲率最早的是我国唐朝高僧张遂(名一行,生于公元683年卒于727年)。他曾和南宫记率领测量队在河南省黄河南北平原地带进行了弧度测量。算出了地球表面的曲率为每度351里80步(这里的里为唐里、步为里的1/300,度为唐度)约等于现在的132.3千米。这一测定与现代测定比较接近,现代测量的地表曲率为111千米。

经纬度:经纬度是经度与纬度的合称,又称地理坐标系统。它是一种利用三度空间的球面来定义地球上的空间的球面坐标系统,可以标示出地球上的任何一个位置。

经度是地球上一个地点离一根被称为本初子午线的南北方向走线以东或以西的度数。本初子午线的经度是0°,地球上其他地点的经度是向东到180°或向西到180°。不像纬度有赤道作为自然的起点,经度没有自然的起点而使用经过伦敦格林尼治天文台旧址的子午线作为起点。东经180°即西经180°,约等同于国际日期变更线,国际日期变更线的两边,日期相差一日。

纬度是指某点与地球球心的连线和地球赤道面所成的线面角,其数值在0°~90?之间。位于赤道以北的点的纬度叫北纬,记为N;位于赤道以南的点的纬度称南纬,记为S。

地球的大小:最早算出地球大小的,应该是公元前3世纪的希腊地理学家埃拉托斯特尼。他运用三角测量法,测出了阿斯旺和严历山大城之间的子午线长,并算出了地球的周长约为25万希腊里(3.96万千米),与地球的实际长度仅差340千米。

事实上,地球的大小可以用多项指标去描述:

地球的平均半径为6371.004千米;

地球的赤道半径为6378.140千米;

地球的极地半径为6356.755千米;

地球的平均密度为5.518×103千克/立方米;

地球的质量为5.974×1024千克;

地球的体积为1.083×1012立方千米;

地球的表面积为5.11×108平方千米;

地球的体积为1.083×1021立方米。

举例来说,倘若一个人日行50千米,那么从地心走到地表需要走127天,绕地球一圈需要走801天。2300多万人手拉手站成一圈,才能将地球围住。按照全世界人口50亿来计算的话,人均占有地表面积仅0.1平方千米。如果只计算陆地面积,那么人均占有不足0.03平方千米。

与太阳系的其他行星比,地球的体积要比最小的冥王星大110倍,是最大的木星的1/1316。地球的体积比月球要大48倍,是太阳的130万分之一。

地球大小具有非常重要的作用,因为地球的巨大质量对地表物质包括人类具有巨大的吸引力,不至于导致大气逸散和人类坠落。如果地球没有现在这样大和这样重,大气就会脱离地球进入太空,形不成目前具有一定质量和厚度的大气圈,人就不可能安然地站立在地球上,而像太空人那样步履轻浮,一不小就会会腾空而起,这样就不可能自由地从事各种日常活动。

如果没有大气圈,就不会产生天气现象,如风、云、雾、雨、雪等,也就不会出现海洋和湖泊,生命就不能生存,那么整个地球将象月球那样一片寂静。

小知识

太阳高度角

太阳高度角,也称太阳高度,是某地的太阳高度是太阳光线与当地地平面所交的线面角。所谓地平面,就是指垂直于地球发线的平面。

在夜间,太阳高度为负值,子夜时太阳高度最小,此时称为太阳下中天。日出、日落时,太阳高度为0,上午太阳高度逐渐增大,最大时为太阳上中天,即是正午,午后太阳高度又逐渐缩小。

太阳高度角不同,单位面积的地平面所得到的太阳辐射能不同。其规律是,随着太阳高度角的增大,单位面积地平面所得到的太阳辐射能也增多,气温增加。

地球的自转

地球的自转,是指地球沿着一根地心的轴(自转轴,也叫地轴)所做的圆周运动。地球自转的方向是自西向东。从北极点上空看,地球呈逆时针方向旋转,从南极点上空看则呈是呈顺时针方向旋转。

自转的速度:地球自转的角速度大约是每小时15?;而表面每点的线速度随纬度而变化,是赤道的线速度乘以纬度的余弦。因此,赤道的线速度是最大的,两极的线速度最小。

影响地球自转速度的因素很多,比如日月对海洋的引潮力,就会使地球自转速度变慢,令地球一日的长度每100年增加1.6毫秒,导致一年的日数减少。有证据表明,泥盆纪中期的一年有400日。

其次,季节变化也会影响地球自转的速度,有周年变化和半年变化。周年变化是风的季节变化引起的,其振幅为20~25毫秒;半年变化是由日月引潮力对大气的潮汐作用引起,其振幅约为9毫秒。

此外,地外和地内的物质或能量交换,如陨星体对地球的撞击等,也会使地球加速或变慢。

自转的周期:地球自转的周期是一个行星日,目前其值为23时56分4秒。但是,近年来地球自转周期在缓慢增加(即转速缓慢减小),导致需要对全球计时器进行调整。例如,2005年12月31日全球钟表统一加了1秒。这样的调整称为闰秒。

时区和区时:以本初经线为标准,每隔15°所划分的经度区域叫时区。

以本初经线为标准,东西各7.5°为一个时区,称为中时区,从7.5°E-22.5°E为东一区,22.5°-37.5°E为东二区……东十一区。从7.5°W-22.5°W为西一区,22.5°W-37.5°W为西二区……西十一区。172.5°E-172.5°W为十二区,这样就将全球分成了24个时区,每个时区都有一条标准曲线(中央经线),如中时区的中央经线为本初经线,东一区为15°经线……,每个时区的时间都以中央径线上的地方时间为准。相临时区的时间正好,相差1小时。

小知识

国际日期变更线(日界线)

1884年,美国华盛顿举行的国际经度会议决定180°经线为国际日期变更线。自西向东穿过这条线应把日期减去一日,自东向西穿过这条线,就把日期加上一日。理论上的国际日期变更线应该是正南正北的180°经线,但是,现实的日界线有三处偏离了这条经线:

在苏联西伯利亚的东端向东偏离;在美国阿留申群岛向西偏离;在5°s~51°30′s之间向东偏离。

地球的公转

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