地球的起源和演變：從宇宙大爆炸到人類的將來(19-24)

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雖然這是一個關於自然科學的課程, 但討論範圍到從宇宙大爆炸到太陽係形成到地球上生命演變, 解答了“人類從哪裏來”的(哲學)問題

非專業人士的學習筆記, 難免有誤, 請指教

地球的起源和演變：從宇宙大爆炸到人類的將來

第十九課 海洋的起源

熱(heat)是早期地球演變的動力
熔化 - 形成鐵核
火山運動 - 釋放易揮發物質, 形成海洋和大氣層

地球的海洋
水和二氧化碳隨著岩漿上升 -> 壓力減小變成氣體 -> 火山噴發
各種不易生成矽酸鹽的稀有元素也被帶到地表
地表水加快岩石侵蝕

水的特性
有正負極
很好的溶劑
相對其它小分子較高的熔點
相對強的表麵張力 - 形成雨滴, 從植物根部到頂部
液態水比固態水(冰)比重大
酸堿度和鹽溶液
水在宇宙中廣泛存在

第二十課 藍色地球和水循環

火星上的水
曾經有過地表水 - 但已經失去了絕大部分
地下凍土層
粘土礦物和蒸發岩礦物(evaporite minerals)
地表有明顯的水流衝積遺址

月亮上的水
阿波羅登月計劃時認為月亮很少水
彗星掃過月亮時可能在月亮兩極留下一些冰
地下深處應該有一些水

地球的水循環
俯衝(Subduction) - 一塊地球板塊俯衝到另一板塊下的地幔
火山爆發 - 地幔物質噴發成為地殼一部分

主要水庫
地表水 - 海洋(96%), 冰川(3%), 河流湖泊
許多岩石中含相當水份
估計地幔地殼中有約80倍海洋的水
估計地球上的水循環需要約3億年

第二十一課 地球和火星不同於水星和月亮

地球失去了相當多的水
以球粒隕石的含水量估算, 地球應該還有很多水
地幔和地殼可能有數十倍地表水的水
早期地球
火山爆發釋放大量水到地表 - 海洋和大氣
小行星撞擊可以使相當多的小分子物質, 例如水, 離開地球重力影響
地球快速自轉 -> 極端天氣 -> 水和岩石接觸 -> 地殼降溫 -> 水塘湖泊海洋出現
地球形成後一億到兩億年, 成為水世界

地球的早期海洋
可能水溫相當高
大氣中CO2多 -> 海洋中H2CO3多 -> 鹽份多
化石顯示35億年前生命已經存在

太陽在100億年的恒星過程中逐漸變亮
44億年前隻有大約70%的亮度
如果太陽隻有70%亮度, 地球應在冰川時代而沒有大量液態水
也許CO2更多
也許地球表麵更多黑色藍色 - 更吸熱
也許CH4更多 - 溫室效應氣體

地球上礦物演變的第三次重要階段
第一次是隕石球粒裏~60種原礦物
第二次是所有隕石裏~250種礦物
第三次礦物演變
行星 -> 橄欖石 -> 玄武岩
火成岩(Igneous)形成出現~100種新礦物(共~350種礦物)

地球和火星有條件經曆了礦物演變的第三次階段
水星和月亮沒能經曆

水對礦物演變的作用
溶解和運輸 - 稀有元素得以聚集
降低熔點
是許多礦物的組成部分

第二十二課 灰色地球 - 粘土和花崗岩

地球礦物演變的第四次重要階段
~150種含水多的新礦物(共~500種礦物)

粘土(clay)礦物
極小的顆粒；分層的四麵體矽酸鹽結構
火星表麵存在大量粘土礦物

花崗岩(granite)和陸地的形成
外層玄武岩冷卻硬化 -> 從地球深層的熱沒有很快散發而積累熱量 -> 部分熔化 -> 比例更多的矽, 鈉, 鉀 -> 花崗岩
花崗岩比玄武岩輕~10%
火星和水星不夠大 -> 沒有足夠的熱量熔化大量玄武岩 -> 不能生成太多花崗岩
金星缺少水 -> 也不能生成很多花崗岩

造山運動
垂直構造 - 花崗岩在玄武岩上, 玄武岩在橄欖石上
早期地球 - 黑色的玄武岩火山口和灰色的花崗岩島

第二十三課 偉晶岩(pegmatites)

地球的演變
同時也是地球礦物的演變
化學元素選擇性集中 -> 才能形成某種礦物

礦物多樣性
提煉(refining) - 從複雜的混合體中分離集中某種有用的化學物質
例如原油蒸餾出天然氣, 汽油, 煤油等

偉晶岩
在冷卻過程(經常指花崗岩的冷卻過程)接近結束時形成的, 有較大晶體的火成岩(igneous)
花崗岩形成 -> 熔漿中還有一些不易和花崗岩一起成形的稀有元素(這些元素也不易和橄欖石或玄武岩一起成形) -> 形成偉晶岩
~500種新礦物(共~1000種礦物)
偉晶岩中的稀有元素
(4)鈹(Beryllium)
(41)铌niobium and (73)鉭tantalum - 不鏽鋼中的合金成份
(3)鋰(lithium) - 唯一+1價金屬可以和6個氧原子形成晶體
(15)磷(phosphorus) - 生命形成的重要元素
(5)硼(boron) - 唯一+3價元素可以和3個氧原子形成晶體
(55)銫(cesium) - 銫榴石(pollucite)

第二十四課 移動的大陸架和岩石循環

陸地漂移
歐洲和非洲的西海岸與美洲的東海岸可以對接
大西洋兩岸有相近的地質特點 - 例如化石和礦產
德國科學家Alfred Wegener發現七大洲可以拚接成一個超級大陸(Pangaea盤古)

岩石分類
火成岩(igneous rocks) - 熱岩漿冷卻形成. 玄武岩和花崗岩都是火成岩
玄武岩又分噴出岩(extrusive rocks, 在地表空氣或水環境裏冷卻)和侵入岩(intrusive rocks, 在地下冷卻, 一般顆粒更大)
沉積岩(sedimentary rocks)
岩石風化(weathering) -> 顆粒 -> 在河口或海底一層層沉積 -> 高壓且有水 -> 新的分層岩石
例如石灰石(CaCO3)
變質岩(metamorphic rocks)
深埋入地下 -> 高溫高壓 -> 新礦物

岩石循環
化學元素沒改變, 但可以在火成岩, 沉積岩, 和變質岩之間循環