1、1太陽系之旅地球製 作 人：504 楊沄森、504 程采心、504 鄭乃華、504 林立倫、504 沈庭萱、504 侯心培製作日期：2005/10/2完成日期：2005/10/6目錄 p1. 新生代的生物和環境 p12.地球的概況 p2. 構成地殼的岩石 p13.地球的構造 p3p5. 地殼的主要組成元素 p14.地球的衛星 P6. 由岩漿凝固而成的岩石 p15.地球如何移動 P7. 構成火山岩的礦物 p16.地球的形狀與大小 P8. 參考資料 p17.海洋的起源 P9. 前寒武記的生物和環境 P10.古生代的生物和環境 P11.2地球的概況太陽系的 9大行星中，我們居住的地球是離太陽第三近的
2、星球，軌道半徑為 14,960萬公里 (1.00AU) ，距離太陽約 5,000萬公里的地方，經 年累月繞著太陽運轉；直徑為 12,756.3公里，質量是 5.9736x1024公斤；比排名最末的水星直徑大 4倍以上，在九大行星中體積大小排行是第五， 卻也只是最大行星土星直徑的十一分之一左右。阿波羅 17 號, 1972 拍攝.大約 50億年前，充滿氣體與塵埃的大雲團，一面緩慢的自轉，一面在宇宙中移動。其中有些氣體與塵埃聚集在中間核心的外圍，使雲團的運轉速度加快。後來，雲團溫度上升，核心開始閃閃發光，太陽就誕生了。剛誕生的太陽周圍，有一部分雲團中的物質，行成平臺行的圓盤。這些物質，一邊迴轉一邊
3、結合，行成小的塊狀物體，這就是原始行星。原始行星吸取周圍的物質，不久行成 9大行星，其中之一，就是地球。地球距日 1億 5千萬公里只有比水星及金星遠而已，但地球表面平均氣溫是攝氏14度，而水星及金星表面，科學家估計在攝氏 316427 度之間。其他的行星除了火星以外都非常寒冷大約是自零下 112184度之間。火星上溫差很大，當火星轉動時，正對太陽近赤道處約可至攝氏 27度，而背對太陽面則可降溫至零下 101 度。若火星大氣層中有氧氣的話，科學家也許期望能在火星上發現與地球生物相類似的生命型態存在。火星的大氣圈中只含有二氧化碳；木星、土星、天王星及海王星的大氣層中，3則含有和地球天然氣中成份一樣
4、的 CH4氣體。而最遠的冥王星和最近的水星，則尚未發現有大氣圈存在。直到十六世紀的哥白尼時代之後，人類才瞭解到地球只不過是太陽系的另一顆行星而已。地球當然不需太空探測船才可認識，但是直到二十世紀我們才真正勾勒出整個地球的全貌。當然能自太空中取得它的影像是其中相當重要的因素，地球的太空影像對天氣預測，尤其是颱風 (颶風) 的預報來說有很大的幫助，而且從太空看到的地球真是非常美麗。地球的構造由化學組成成分及地震震測特性來看，地球本體可以分成一些層圈，以下就標示出它們的名稱與範圍 (深度，單位為公里)： 0-40 地殼40-2,890 地函2,890-5,150 外地核5,150-6,378 內地核
5、固態的地殼厚度變化頗大，海洋地區的地殼較薄，平均約 7公里厚；而大陸地殼就厚得多，平均約 40公里厚；地函也是固態，不過在它上部有一層極小部分熔融的區域，稱為軟流圈，其上的地函最頂部及整個地殼則稱為岩石圈；至於外地核是液態而內地核是固態。這些不同的層圈都是以不連續面為界，最有名的就是在地殼與地函之間的莫氏不連續面 ( Mohorovicic discontinuity)。 地函佔有地球的主要質量，地核反而位居其次，至於我們生存的空間則只是整個地球極小的一部分而已 (質量，單位為 1024公斤)： 大氣層= 0.0000051 海洋= 0.0014 地殼= 0.026地函= 4.043 外地核=
6、 1.835 內地核= 0.096754地核主要的主要成分是鐵 (或鐵鎳質)，不過也可能有一些較輕的物質存在，地心的溫度約有 7,500K，比太陽表面溫度還來得高；下部地函的主要成分可能是矽、鎂、氧，再加上一些鐵、鈣及鋁；上部地函主要成分則是橄欖石及輝石 (鐵鎂矽酸鹽岩石)，也有鈣和鋁。以上這些瞭解都是來自於地震震測資料，雖然上部地函的物質有時會因著火山噴出熔岩而被帶到地表來，但是我們仍無法到達固體地球的主要部分，目前的海底鑽探行動連地殼都尚未挖穿。地殼的成分則主要是石英 (二氧化矽) 及矽酸鹽類如長石。整體估算，地球化學組成的重量百分比為： 34.6% 鐵29.5% 氧15.2% 矽12.7
7、% 鎂2.4% 鎳1.9% 硫0.05% 鈦地球是平均密度最大的主要星體。 其他類地行星也都具有和地球類似的結構與組成，但其中也有一些差異：月球核所佔比例最小；水星核的比例最大；而火星及月球的函相對較厚；月球和水星沒有化學組成明顯不同的函與殼之分；地球可能是唯一可再分成內外核的。不過請留意，我們對行星內部的認識主要是來自於理論推導，就算是對地球的也是如此。 有別於其他類地行星，地球的最外層 (包含地殼及上部地函的頂端) 被切分為數塊，飄浮於其下的熾熱地函之上，這就是著名的板塊構造運動學說。 這個學說主要描述兩種運動：拉張與隱沒，前者發生在二個板塊互相遠離，其下的岩漿湧出而生成新地殼之處；後者則
8、發生在二個板塊互相碰撞，其中一方潛入另一 方之下，終至消滅於地函中之處。此外，也有一些板塊邊界是橫向錯開式的相對運動或兩個大陸板塊硬碰硬地撞在一起。目前全球有八個主要板塊： 5 歐亞板塊北大西洋東半部、歐洲及亞洲 (印度除外)； 非洲板塊非洲、南大西洋東半部及印度洋西側； 印澳板塊印度、澳洲、紐西蘭及大部分的印度洋； 太平洋板塊大部分的太平洋 (包含美國南加州海岸地區)； 北美板塊北美洲、北大西洋西半部及格陵蘭； 納斯卡板塊緊臨南美洲的太平洋東側； 南美板塊南美洲與南大西洋西半部； 南極板塊南極洲與南大洋。此外還有至少二十個小板塊，如阿拉伯板塊、科克斯板塊及菲律賓海板塊等。在板塊邊界的地震發生
9、異常頻繁，將震央一一點出即可明顯看出板塊的邊界何在(右上圖)。地球的表面很年輕，只有 5億年左右，以天文的角度來看確實很短。侵蝕作用及構造地質運動不斷地破壞又重建大部分的地表，因而幾乎完全消滅了地表早期的地質記錄，例如撞擊坑，所以早期地球歷史大部分都已不見蹤跡。地球約有 45至 46億年老，然而目前已知最老的岩石只有大約 40億年前，而且老於 30億年的岩石非常罕見。最老的生物化石不老於 39億年前，有關生命起源的關鍵時期則毫無記錄。 地球表面積 71%為水所覆蓋，地球是太陽系唯一在表面可以擁有液態水的行星(土衛六的表面有液態乙烷或甲烷，而藏於木衛二的表面之下則可能有液態水，不過地球表面有液態
10、水仍是獨一無二的)。液態水是我們已知的生命型式所不可或缺的要素；而緣於水具有的大比熱性質，海洋的熱容積成為保持地球溫度恆定的一大功臣；液態水還是陸地上侵蝕與風化作用的主要營力，這是太陽系中唯一有此作用的地方(也許火星早期也曾有過這些作用，但現在已無)。 地球大氣組成中，77%是氮氣而 21%是氧氣，再來就是微量的氬、二氧化碳及水氣。地球初形成時的大氣很可能大部分都是二氧化碳，不過它們大多已被6碳酸鹽類岩石給結合，其餘的則是溶入海洋及被綠色植物耗盡；如今板塊構造運動及生物作用是大氣中二氧化碳消長的地球的大氣層 持續主控者。大氣中存在的水氣及微量二氧化碳所造成的溫室效應是維持地表溫度極重要的作用，
11、溫室效應使地表溫度提高了大約 35，否則地表的平均溫度將是酷寒的-21！若沒有水氣及二氧化碳，海水會凍結，而我們已知的生命型式將無從開展。此外，水氣更是地球水循環及天氣變化中不可或缺的要角。 自由氧的存在也是地球化學組成的一大特徵，因為氧是活性很強的氣體，照理說應該很容易就和大氣中其他元素相化合，地球上的氧氣完全是由生物作用產生及維持，若沒有生命就不會有自由氧。 地球與月球之間的引潮力會使地球的自轉週期每一世紀增加約 2毫秒，最新研究顯示在 9億年前一天只有 18小時，而一年則有 481天。 地球擁有適度的磁場，推測磁場是起因於液態外地核中的電流。由於太陽風與地球磁場及外層大氣的交互作用，極光
12、於焉產生；而上述因素的不均衡造成磁極會在地表移動，目前磁北極位於加拿大北境。 地球磁場及其與太陽風的交互作用也造成了範愛倫輻射帶 (Van Allen radiation belts)，它是環繞著地球的成對環狀帶，外型就像是甜甜圈，由氣體離子 (電漿) 組成，其外圈由海拔 19,000公里延伸到 41,000公里；內圈則介於海拔 13,000至 7,600公里之間。 地球的衛星地球有一個衛星，就是月球，它距地球 384,000公里遠，半徑 1,738公里，質量是 7.35x1022公斤。地球只有一個衛星；水星、金星和冥王星，連一個衛星也沒有，而其餘的五個行星，則各有兩個或更多個衛星。月球直徑約
13、 3476公里，約為地球直徑的7四分之一。太陽的萬有引力把地球和月球視為一體帶動，因此使地球和月球的共同質心，出現地月質心連線上約地球地表下的 1600公里深之處。共同質心點繞日的軌跡是平滑的，但地球因為還要繞共同質心運動故其軌跡變成了晃動的波狀。然而此外： 數千個小型人造衛星也在繞地軌道運轉； 小行星 3753 (1986 TO) 的複雜軌道與地球相關，它不能算是地球的衛星，一般是視之為伴星(companion)，比較像是土星的土衛十與土衛十一的地位； 1846年間曾有人宣稱找到了第二個月亮 Lilith，後來證實它並不存在。 地球如何移動地球的運動可包含三種觀察角度分別如下：【1】 自轉【
14、2】繞日轉【3】在銀河中移動。天上的星辰每日東出西沒，次日又在原地出現，此即為地球自轉造成的現象，地球以一貫穿球心的南北向假想軸為自轉軸，由西向東轉動一個恆星日為 23小時 56分4.09秒。地球每經過 365 天 6時 9分 9.54秒，就算是一恆星年，也就是以 107200公里繞行太陽一周總計要走過 958000000公里。在公轉進行的過程，中我們將發現季節與天上出現的星座，也同樣的在漸漸替遞變轉移著。地球繞行的路徑稱為地球軌跡，這種軌跡可設出一假想的軌跡平面，此平面和地球自轉假想軸交角 23.5度，因而造成四季的變換，例如當北半球正對太陽時則為北半球的夏天，及南半球的冬天。相對的當太陽直
15、射南半球時，也就是北半球的冬天，南半球的夏天，這種陽光直射位置的轉換乃是因地軸傾斜所造成的。外形看來像巨輪似的銀河系若要自轉一周，大約要花 2億年時間，所居住的太陽系位置約在離輪心約五分之三半徑之處， 正以時速 69200公里的高速在運行。8地球的形狀和大小地球可以被當作一個北極在上，南極在下，而兩極中間有一個假想的赤道面通過的球體。這個球實際上有一點扁，因為兩極間距離 12713.54公里，而赤道直徑則為12756.32公里，二者大約相差了 42.78公里。同理在赤道上的周長大約 40075.16公里，也比通過南北兩極的大圓 40008.00公里，長數十公里。若我們乘坐噴射機，則要花費接近兩
16、天的時間，才能繞地球一周，但若是乘太空船的話，則只花九十分鐘就足夠了。地球最扁的位置並不在赤道，而是在赤道的稍南方，這種情形就好像一個梨，它的最寬處是在中間線稍下處，這個隆起的部分並不顯著，因此地球外形仍是呈現一個完美的球體。地球的質量接近 5.9755 1024公斤，其平均密度為每立方公分 5.52克。經由天文測量測得地球的慣性矩為 0.33MR2，其中 M為地球質重而 R為地球半徑。對一標準球體而言，其慣性矩值應為 0.4MR2；此一差異表示愈接近地球中心其密度愈高。由地表岩石測得的平均密度為每立方公分 2.67克，也可證實此一觀點。大氣的起源大量的氣體包圍地球形成大氣層，最初，這些氣體由
17、氮氣和二氧化碳組成，但是當構造簡單的生物形成之後，它們就把二氧化碳轉變成供我們呼吸用的氧氣，而人類和動物呼氣的時候，又會把二氧化碳排入空氣中。在原始的大氣中，氧的含量很少，二氧化碳則非常多。因為氧的含量極少，所以地球表面，風化侵蝕作用中的氧化作用並不太多。後來氧含量之所以大量增加，必是因為綠色植物出現於陸地上的緣故。由於藻類的光合作用，造成空氣中二氧化碳分解，而使氧含量增加。相反地，大量的二氧化碳，除了因光合作用被分解外，並沉澱成為碳酸化合物，形成石灰岩或白雲石。9至於目前包圍著地球的空氣，是由一些固定氣體、變動氣體及固態或液態微粒混合而成，最主要的成份是氮和氧，幾乎占全部空氣的百分之九十九，
18、其餘是少量的氬及含量變化較大的二氧化碳、臭氧和水氣。現在的大氣層可以保護我們避免受到陽光中紫外線的直射，以及流星墜地時所造成的傷害流星大部分都在外層的大氣中燒燬。 海洋的起源地球形成早期還不穩定，地殼還很薄，且時常會有岩漿活動或火山活動發生，原本在岩石中的結晶水和吸附水因受熱而離開礦物，經由岩漿活動或火山活動變成溫泉湧出至地面或成為火山氣體中的水汽湧出地表，然後再經由凝結降水到地面並匯聚成海。海水有鹹味是因為含有大量的鹽分，有一種說法是原始的海中已含有鹽分，然而另一種說法則認為，開始時海水並沒有鹽分，但是，河流溶解了陸地上的鹽分，並將之帶入海水中經年累月下來，海水才有了鹹味。部分人認為，原始海
19、的海水量和現在的海水量差不多，然而有人則以為遠在古生代或自中生代之後，海水才突然增加。若由生活在海裡的古生物生理及身體構造來推測，則海水鹽分的濃度及海水量，在原始海時即已大致決定。其後，隨著歲月的流逝，鹽分及海水量自然慢慢地增加。海水中所含各種鹽類的總量，稱為鹽度。目前一般海水的鹽度為 35 0/00 ，也就是每千克海水中約含 35克的鹽類。各地海水的鹽度雖然各有不同，但其中所含各種主要鹽類對總鹽量的比例卻大致相同。 地球的年代不計時間的長短而僅注重事件發生年代的早晚，也就是決定新舊的基準，所測得的年代稱為相對年代；另一個推斷基準，則是計算某事物或某現象的發生年代及持續時間的長短，由此法測得的年代稱為絕對年代。相對年代可藉地層疊積原理和化石得知，而決對年代則是利用含有放射性元素的岩石得知。我們可以從地層條紋的狀態推測沉積地的天然環境，並進而編製詳細的地質年代表，這種推測的基本原理稱為地層疊積原理。地層疊積原理指示疊積的地層中，上部地層較在下者新。
