地球的起源和演變：從宇宙大爆炸到人類的將來(01-06)

此課程來自“ The Great Courses”

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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

 

第一課 礦物學(mineralogy)和研究地球的新角度

 

礦物定義 - 自然形成的有可定義的化學成分的晶體

  

礦物學研究

  曆史上礦物學主要研究各種礦物的靜態的物理特征（例如硬度）和化學特征（例如晶體結構）

    十分嚴謹的科學研究, 各種試驗都可以重複驗證

  當前礦物學還研究各種礦物的形成條件和地球演變

    從宇宙大爆炸開始, 怎麽演化到現在地球上四千多種礦物的

    需要和其它學科（例如天文, 地質, 生物）合作研究

 

地球表麵的演變

  岩漿熱海洋 -> 固體岩漿 -> 水世界 -> 原始大陸 -> 第一次氧化 -> 雪球 -> 盤古(Pangea)超大陸 -> 現在的七大洲四大洋

 

第二課 宇宙的開始和早期演變

 

宇宙大爆炸 (約137億前)理論的三個證據

  來自其它星係的電磁波紅移 -> 它們在遠離地球 -> 宇宙還在膨脹

  宇宙背景微波(microwave)的發現 - 理論上早期的高頻電磁波現在應該弱化成微波

  宇宙中氫, 氦, 鋰和它們的同位素的比例與理論估算相符

 

第三課 元素的起始-核合成

 

早期核合成(nucleosynthesis)

  宇宙大爆炸 -> 重力, 強作用力, 弱作用力, 電磁力 -> 輕子和誇克 -> 輕元素氫, 氦, 鋰

 

超新星(supernova)

  氫為主要成分的星雲 -> 重力集中壓縮 -> 高溫高壓氫核聚變為氦 -> 氦核聚變為碳, 氧 -> 繼續聚變成一其它元素到鐵 -> 鐵核坍塌 -> 超新星爆發

  超新星爆發時中子可以和一些元素聚變, 然後放出電子時中子數減一質子數加一, 成為新元素

  多輪超新星爆發, 生成各種輕重元素, 成為岩石行星的基礎

  

第四課 原礦物(ur-mineral)-宇宙最早的晶體

 

能產生原礦物的元素

  已經生成了足夠多的元素

  化學反應活躍的元素-惰性元素不會參與

  能在高溫下生成的晶體

 

  隻有9種元素參與-碳氮氧鎂鋁矽鈣鈦鐵

 

原礦物

  鑽石 -> 石墨 -> 某些碳化物, 氮化物, 氧化物, 矽化物

  證據 - 可以用退役的U2高空飛機采集到微小的空間塵埃

 

第五課 太陽係生成前的空間塵埃 - 化學反應開始

 

化學反應

  化學反應定義 - 兩個或多個原子近距離相遇, 它們的電子的軌道重新安裝

  超新星爆發後可能產生的化合物 - H2O, N2, NH3, CH4, CO, CO2

 

同位素的現代研究

  不同空間塵埃裏同位素的相對比例可以和地球十分不一樣 

 

第六課 理解深度時間

 

判斷時間的證據

  樹的年輪和沉積物質的年層

  地質

變遷的速度 - 例如大西洋變寬的速度, 夏威夷山形成的速度

  放射性同位素的半衰期 - 碳14, 鈾238, 鉀40

 

<<<未完待續>>>