南京大學(xué)普通地質(zhì)學(xué)18普地宇宙

1、第十八章 行星地質(zhì)概述 普通地質(zhì)學(xué)1 Chapter 18 Geoplanetology survey地球在宇宙中的大小如同太平洋中的一滴水。 “上天”,自古以來就是人類的夢想,如古代神話“嫦 娥奔月”;人類從未間斷過對太空奧秘的探索。近五十年來的成果最為顯著。前蘇1957年第一顆衛(wèi)星上天、首次載人飛行、首次建立空間站;美國1969年首次實現(xiàn)人類登月、首次航天飛機飛行、航天器首次在火星、金星著陸。 美俄競爭激烈：和平目的與軍事霸權(quán)并舉。 空間技術(shù)研究范圍：釋放衛(wèi)星, 與外星人聯(lián)系,空間行走,研究晶體生長,生物發(fā)育,農(nóng)業(yè)育種,軍事用途,地球資源技術(shù)衛(wèi)星ERTS。 ERTS :Earth Reso

2、urce Technology Satellite2太空地質(zhì) The outer space geology: 用光、電、遙 感、遙測技術(shù);采集太空隕石、月巖樣、彗星塵埃 等；研究宇宙的成分與構(gòu)成。 Section 1 Solar system & its origin一.太陽系 Solar system 1.構(gòu)成Constitution:為一個大家族。 由太陽恒星Fixed star 、八大行星Planet、61顆衛(wèi)星Secondary planet(月球)、10萬個彗星Comet(如哈雷慧星)、星際物質(zhì)(隕石Meteotolite、塵埃、氣體)組成。還有非常強大功率的電磁輻射、宇宙射線等。

3、水金地火(類地）木土天海（類木）；木星最大，土星次之 2.大小:太陽系以冥王星的軌道為邊界，直徑118億公里（79天文單位）；太陽光需5.5小時方可穿出太陽系，但8分鐘即可到達地球。 天文單位A.U.=太陽-地球距離(1.496億km)3 2006年8月24日將冥王星排除出太陽系的理由 1 冥王星的發(fā)現(xiàn)基于一個錯誤的理論，且質(zhì)量算錯， 2 冥王星軌道和海冥王星軌道相交， 3 2005年7月美國布朗發(fā)現(xiàn)一顆比冥王星更大、更遠的天體“2003UB313”,昵稱“齊娜”。 IAU關(guān)于三類太陽系天體定義的決議 行星定義：位于環(huán)繞太陽的軌道上、有足夠大的質(zhì)量來克服固體應(yīng)力以達到流體靜力平衡的狀態(tài)（近于球

4、形）、已經(jīng)清空了其軌道附近其他物體的天體。 矮行星定義：位于環(huán)繞太陽的軌道上、有足夠大的質(zhì)量來克服固體應(yīng)力以達到流體靜力平衡的狀態(tài)（近于球形）、還沒有清空其軌道附近其他物體、不屬于衛(wèi)星的天體。 太陽系小天體：其它所有環(huán)繞太陽運動的天體。453.太陽系的3大特征 Three features of solar systm 軌道近圓性:全部行星軌道近圓形，且?guī)缀?在同一軌道面上運動（偏心率不大的橢圓), 即近圓的軌道。 轉(zhuǎn)動同向性:除金星外,大多數(shù)行星逆時針 繞太陽公轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)也都逆時針,大多數(shù)衛(wèi)星亦 逆時針繞行星轉(zhuǎn)動。 物質(zhì)一致性:其它星球上發(fā)現(xiàn)的元素,地球 上均存在。隕星撞擊作用也是普遍現(xiàn)象。4

5、.類地行星(水、金、地、火)特點: 體積小、 密度大、質(zhì)量小、旋轉(zhuǎn)慢、衛(wèi)星少。類木 行星（木、土、天、海、冥），則反之。6 5.太陽的基本特征 (表18-1） 太陽形成已有46億年。直徑139萬千米。 是太陽系中唯一的恒星,也是個高溫巨球體。 表面溫度5540度,內(nèi)部溫度1500萬度;平均密度1.43。 通過H-He聚變放出熱；總輻射3.81033爾格/秒,到 達地球1.61023爾格/秒,即只有總輻射能量的22億 分之一; 幅射波長為0.48。 人體的幅射波長9.6-紅外線，溫度3100K （即360C）。 紅外線技術(shù)的應(yīng)用:目前測量誤差小于1/1000。醫(yī)院用來測 體溫;能透過假象,使部隊

6、偽裝失效；適于夜晚前線偵測等。 除能量之外,從太陽擴散出來到達地球的物 質(zhì)還有氣體離子。 氣體離子會組成日冕，擴散出來的粒子流叫太陽 風(fēng)，到達地球速度大到450km/sec。7太陽結(jié)構(gòu)8二撞擊作用 ImpactingDefinition:天外物質(zhì)對地球的超高速猛烈沖擊作用。天外星體(隕星Bolide)的殘骸稱隕石。 即流星Shooting star,Meteor超高速沖入地球大氣層后未被燒盡,到達地表的殘骸。為宇宙地質(zhì)學(xué)研究對象。隕石一般沿雙曲線軌道運動，進入大氣層后速度為 14.2km/sec?？煞?石隕石、鐵隕石、石-鐵隕石等。1.1 石隕石 Stone Meteotolite 占所有隕石

7、的94%。 密度3-3.5g/cm3。 多為硅酸鹽礦物：橄欖石、輝石、斜長石；金屬Fe Ni含量只占20%。 球粒隕石Chondrite：由1-2mm直徑的玻璃質(zhì)小球粒 所組成。地球巖石中無此結(jié)構(gòu)。91.2 鐵隕石 Iron meteorite 占所有隕石的4.5%。 密度8-8.5g/cm3。 成分：金屬鐵80-95%;鎳5-20%。1.3 石-鐵隕石Stone-iron meteorite 成分介于兩者之間,密度5.5-6g/cm3。 通古斯爆炸仍為世紀之謎 1908年6月30日，格林威治時間零時，一個巨大的天體拖著長長的煙火尾巴,伴隨著排炮似的轟鳴,飛過東起勒拿河、西至葉塞尼河的1500

8、公里天空。隨后, 人們感到3次強烈的爆炸，當量相當于 1000至1500萬噸TNT炸藥。爆炸地區(qū)發(fā)現(xiàn)3個像月球火山口似的環(huán)形爆炸坑和一片面積約2000平方公里的被沖擊波擊倒的原始森林。 此后，爆炸區(qū)土壤被磁化，樹木年輪中出現(xiàn)放射性異常，某些動物出現(xiàn)遺傳變異。102. 確定沖擊坑Impact crater的依據(jù)1). 擊變礦物：超高壓柯石英 Coesite。2)擊變玻璃: 礦物從有序無序轉(zhuǎn)變。3)擊變角礫巖: 猛烈撞擊的噴射物；邊緣遭 受強烈熔化。4)擊變構(gòu)造: 放射狀石英裂紋、沖擊碎裂錐。 shatter cone5)地球物理: 具明顯的重力負異常。6)撞擊坑: 大小不一，有簡單也有復(fù)雜的形

9、態(tài)。7)有隕石分布: 隕石表面有氣孔，其內(nèi)部具 特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。11 世界著名的隕石坑1. 梅蒂爾坑 Meteor crater (美國亞利桑 那Arizona)研究最詳細。 坑直徑1220米；深180米。 見Fe-Ni隕石，總重約20萬噸。 發(fā)現(xiàn)柯石英；C14測年該隕石為2-4萬年2.薩德伯理坑 Sudbury (加拿大安大略） 1883年發(fā)現(xiàn) 直徑50公里 是加拿大已知20個隕石坑中最大的一個 已產(chǎn)出數(shù)十億美元的Fe、Ni、Cu。3.戈塞思布魯夫坑 Gosses Bluff (澳，北 方行政區(qū)）:直徑20km,年齡130Ma。12 三太陽系起源（至少已有46億年）1.Kant(德哲學(xué)家)微

10、粒假說:行星和太陽同 時形成，都是由星際物質(zhì)所組成。 原始物質(zhì)（宇宙中散布的微粒）在萬有引力作 用下，較大的微粒吸引較小的微粒形成團塊 繼續(xù)聚集形成原始太陽。 原始太陽周圍的那些微粒向太陽這一引力中心 豎直下落時，由于斥力作用部分微粒發(fā)生方向 偏轉(zhuǎn)而繞太陽旋轉(zhuǎn)稍后產(chǎn)生一個主導(dǎo)的偏轉(zhuǎn) 方向形成旋轉(zhuǎn)云狀物而后又聚集成小的團 塊即行星。 Kant星云說解釋了：密度大的離太陽近（受 到較大引力）；密度小的受斥力作用而遠離太 陽的自然現(xiàn)象。13問題是:(1)角動量(=角速度質(zhì)量半徑平 方)的由來難能解釋。因系統(tǒng)封閉,不可能自 己轉(zhuǎn)起來。(2)角動量分配有問題。太陽系 中太陽質(zhì)量占99.85%,而角動量只

11、占太陽系 總角動量的1%。2.Laplace(法)星云假說:行星是從原始太陽分 化出來的。一靠自身，二靠外力。原始太陽為熾熱的球狀星云，直徑有太陽系那么 大，且自轉(zhuǎn)緩慢由于散熱收縮,其自轉(zhuǎn)速度加快 結(jié)果，由于赤道離心力增大，使星云偏轉(zhuǎn)當離 心力超過向心力時，分離出一個個星云環(huán)，并吸聚 成行星?？傆嫆伋鼍艂€星云環(huán)。14他解釋了：角動量的來歷；元素一致性；土 星環(huán)和天王星環(huán)的成因。問題是:(1)角動量分配;(2)星云的溫度并不 高,收縮會使溫度升高；(3)照太陽目前的轉(zhuǎn) 速拋不出環(huán)來。3.J.H.Jeans(英天文家)氣體潮生說 (外力說）當另一恒星朝原始太陽接近或碰撞時，因互 相吸引而產(chǎn)生巨大的

12、潮汐力使原始太陽拋 出一部分物質(zhì)，而后形成行星。問題是：恒星間距遙遠,各有自身運動規(guī)律， 不可能碰撞。即使發(fā)生引潮，也不可能波及 到冥王星那么遠。4.戴文賽教授星云收縮說 P247.15 第二節(jié) 類地行星 Similar-Earth planets一.水星Mercury(直徑4880km,平均密度5.4g/cm3) 美“水手一號”在距離水星23萬4千公里時拍了一張 它的全身照（見照片）。 “水手10號”與它相遇三次,拍攝到許多照片?；緹o大氣；具有與月球相似的沖擊坑;溫度變化 大(-1830C到+4270C);內(nèi)核為液態(tài)鐵質(zhì);有微弱磁場。二.金星Venus(啟明星,黃昏星)“水手10號”拍攝了

13、遠距離圖象;前蘇聯(lián)大氣探測器 和表面著陸器提供了金星大氣資料和表面資料。金星有許多特征與地球相似:稠密的大氣圈, 主要 是CO2；存在溫室效應(yīng)，表面溫度5000C;對金星作天 然射線測量,其U/Th比值與地球相似;計算密度為 5.16;推測有巖漿分異作用(含K),可能有花崗巖。16三.月球 Moon地球唯一的衛(wèi)星,已46億年。月球上無大氣月球的公轉(zhuǎn)周期=自轉(zhuǎn)周期 1.月球表面地貌特征月海：月面上巨大的低洼平原;肉眼看上去 較暗的部分,無水。最大的月海為風(fēng)暴洋， 有500萬平方公里！月陸：月海邊上明亮的部分;月陸上有月山。環(huán)形山：火山口、隕石沖擊坑。分布廣泛。月球正面：主要為月海、月陸、環(huán)形山。

14、 月球反面:為布滿環(huán)形山的月陸；月海少。 此外月球上還有月谷、月溪。172.物質(zhì)組成：月球表面溫度為-1800C到+1500C；覆蓋 著一層月壤(月海處約2-10米，月陸處約20米)。月 壤之下是基巖；包括玄武巖、蘇長巖、角礫巖等。月海玄武巖：斜長石25.3%、輝石-橄欖石74.7%； 與地球上的玄武巖相比,K Na少。蘇長巖:斜長石94.4%、輝石5.6%。月球角礫巖 (由Apollo 16號采得，樣號60215-13)3.月球最老的巖石為46.5億年；月海玄武巖的年齡為 31-39億年；環(huán)形山39萬年-25億年。4.月球內(nèi)部構(gòu)造 月球具層圈構(gòu)造:月殼(0-65km) 月幔（巖石圈65-10

15、00km)月核(1000-1738 km)。1000km處有部分熔融。5.月球起源：地球的一部分(分裂說);捕獲說;雙行星 說（太陽系同一個部位同時吸收而成的二個行星)。18月 球 的 結(jié) 構(gòu)19四.火星 Mars 有一層薄薄的大氣；”水手4、6、7號”時間、地點不理想，拍攝不佳?！彼?號”1971年5月發(fā)射，同年10月14日進入軌道。塵暴結(jié)束后，在距火星3000多公里處拍攝了大量的火星照片，分辨率為100米；據(jù)此編制出版了火星地質(zhì)圖。1.物理數(shù)據(jù)：直徑6787km;質(zhì)量為地球1/10;有 大氣,主要為CO2;有季節(jié)性變化,使CO2干冰帽 發(fā)生周期性擴大與縮小。 2.環(huán)形構(gòu)造：由Olympus Mons盾形玄武巖火山 等所組成（底部直徑600km，高27km；破火 口直徑80km)。203.大峽谷：與運河水系極為相似。有些大的峽 谷可能是被早期水流切割而成的。4.極地冰蓋：極地碟形凹坑