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1、南京大学地球科学系 舒良树,第十八章 行星地质概述,普通地质学,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”,自古以来就是人类的梦想,如古代神话“嫦 娥奔月”;人类从未间断过对太空奥秘的探索。近五十年来的成果最为显著。前苏1957年第一颗卫星上天、首次载人飞行、首次建立空间站;美国1969年首次实现人类登月、首次航天飞机飞行、航天器首次在火星、金星着陆。 美俄竞争激烈：和平目的与军事霸权并举。 空间技术研究范围：释放卫星, 与外星人联系,空间行走,研究晶体生长,生物发育,农业育种,军事用途,地球资源技术卫星ERTS。 ERT
2、S :Earth Resource Technology Satellite,太空地质 The outer space geology: 用光、电、遥 感、遥测技术;采集太空陨石、月岩样、彗星尘埃 等；研究宇宙的成分与构成。 Section 1 Solar system 平均密度1.43。 通过H-He聚变放出热；总辐射3.81033尔格/秒,到 达地球1.61023尔格/秒,即只有总辐射能量的22亿 分之一; 幅射波长为0.48。 人体的幅射波长9.6-红外线，温度3100K （即360C）。 红外线技术的应用:目前测量误差小于1/1000。医院用来测 体温;能透过假象,使部队伪装失效；适于
3、夜晚前线侦测等。 除能量之外,从太阳扩散出来到达地球的物 质还有气体离子。 气体离子会组成日冕，扩散出来的粒子流叫太阳 风，到达地球速度大到450km/sec。,太阳结构,二撞击作用 ImpactingDefinition:天外物质对地球的超高速猛烈冲击作用。天外星体(陨星Bolide)的残骸称陨石。 即流星Shooting star,Meteor超高速冲入地球大气层后未被烧尽,到达地表的残骸。为宇宙地质学研究对象。陨石一般沿双曲线轨道运动，进入大气层后速度为 14.2km/sec。可分 石陨石、铁陨石、石-铁陨石等。1.1 石陨石 Stone Meteotolite 占所有陨石的94%。 密
4、度3-3.5g/cm3。 多为硅酸盐矿物：橄榄石、辉石、斜长石；金属Fe Ni含量只占20%。 球粒陨石Chondrite：由1-2mm直径的玻璃质小球粒 所组成。地球岩石中无此结构。,1.2 铁陨石 Iron meteorite 占所有陨石的4.5%。 密度8-8.5g/cm3。 成分：金属铁80-95%;镍5-20%。1.3 石-铁陨石Stone-iron meteorite 成分介于两者之间,密度5.5-6g/cm3。 通古斯爆炸仍为世纪之谜 1908年6月30日，格林威治时间零时，一个巨大的天体拖着长长的烟火尾巴,伴随着排炮似的轰鸣,飞过东起勒拿河、西至叶塞尼河的1500公里天空。随后
5、, 人们感到3次强烈的爆炸，当量相当于 1000至1500万吨TNT炸药。爆炸地区发现3个像月球火山口似的环形爆炸坑和一片面积约2000平方公里的被冲击波击倒的原始森林。 此后，爆炸区土壤被磁化，树木年轮中出现放射性异常，某些动物出现遗传变异。,2. 确定冲击坑Impact crater的依据1). 击变矿物：超高压柯石英 Coesite。2)击变玻璃: 矿物从有序无序转变。3)击变角砾岩: 猛烈撞击的喷射物；边缘遭 受强烈熔化。4)击变构造: 放射状石英裂纹、冲击碎裂锥。 shatter cone5)地球物理: 具明显的重力负异常。6)撞击坑: 大小不一，有简单也有复杂的形 态。7)有陨石分
6、布: 陨石表面有气孔，其内部具 特殊的结构构造。,世界著名的陨石坑1. 梅蒂尔坑 Meteor crater (美国亚利桑 那Arizona)研究最详细。 坑直径1220米；深180米。 见Fe-Ni陨石，总重约20万吨。 发现柯石英；C14测年该陨石为2-4万年2.萨德伯理坑 Sudbury (加拿大安大略） 1883年发现 直径50公里 是加拿大已知20个陨石坑中最大的一个 已产出数十亿美元的Fe、Ni、Cu。3.戈塞思布鲁夫坑 Gosses Bluff (澳，北 方行政区）:直径20km,年龄130Ma。,三太阳系起源（至少已有46亿年）1.Kant(德哲学家)微粒假说:行星和太阳同 时
7、形成，都是由星际物质所组成。 原始物质（宇宙中散布的微粒）在万有引力作 用下，较大的微粒吸引较小的微粒形成团块 继续聚集形成原始太阳。 原始太阳周围的那些微粒向太阳这一引力中心 竖直下落时，由于斥力作用部分微粒发生方向 偏转而绕太阳旋转稍后产生一个主导的偏转 方向形成旋转云状物而后又聚集成小的团 块即行星。 Kant星云说解释了：密度大的离太阳近（受 到较大引力）；密度小的受斥力作用而远离太 阳的自然现象。,问题是:(1)角动量(=角速度质量半径平 方)的由来难能解释。因系统封闭,不可能自 己转起来。(2)角动量分配有问题。太阳系 中太阳质量占99.85%,而角动量只占太阳系 总角动量的1%。
8、2.Laplace(法)星云假说:行星是从原始太阳分 化出来的。一靠自身，二靠外力。原始太阳为炽热的球状星云，直径有太阳系那么 大，且自转缓慢由于散热收缩,其自转速度加快 结果，由于赤道离心力增大，使星云偏转当离 心力超过向心力时，分离出一个个星云环，并吸聚 成行星。总计抛出九个星云环。,他解释了：角动量的来历；元素一致性；土 星环和天王星环的成因。问题是:(1)角动量分配;(2)星云的温度并不 高,收缩会使温度升高；(3)照太阳目前的转 速抛不出环来。3.J.H.Jeans(英天文家)气体潮生说 (外力说）当另一恒星朝原始太阳接近或碰撞时，因互 相吸引而产生巨大的潮汐力使原始太阳抛 出一部分
9、物质，而后形成行星。问题是：恒星间距遥远,各有自身运动规律， 不可能碰撞。即使发生引潮，也不可能波及 到冥王星那么远。4.戴文赛教授星云收缩说 P247.,第二节 类地行星 Similar-Earth planets一.水星Mercury(直径4880km,平均密度5.4g/cm3) 美“水手一号”在距离水星23万4千公里时拍了一张 它的全身照（见照片）。 “水手10号”与它相遇三次,拍摄到许多照片。基本无大气；具有与月球相似的冲击坑;温度变化 大(-1830C到+4270C);内核为液态铁质;有微弱磁场。二.金星Venus(启明星,黄昏星)“水手10号”拍摄了远距离图象;前苏联大气探测器 和
10、表面着陆器提供了金星大气资料和表面资料。金星有许多特征与地球相似:稠密的大气圈, 主要 是CO2；存在温室效应，表面温度5000C;对金星作天 然射线测量,其U/Th比值与地球相似;计算密度为 5.16;推测有岩浆分异作用(含K),可能有花岗岩。,三.月球 Moon地球唯一的卫星,已46亿年。月球上无大气月球的公转周期=自转周期 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 较暗的部分,无水。最大的月海为风暴洋， 有500万平方公里！月陆：月海边上明亮的部分;月陆上有月山。环形山：火山口、陨石冲击坑。分布广泛。月球正面：主要为月海、月陆、环形山。 月球反面:为布满环形山的月陆；月
11、海少。 此外月球上还有月谷、月溪。,2.物质组成：月球表面温度为-1800C到+1500C；覆盖 着一层月壤(月海处约2-10米，月陆处约20米)。月 壤之下是基岩；包括玄武岩、苏长岩、角砾岩等。月海玄武岩：斜长石25.3%、辉石-橄榄石74.7%； 与地球上的玄武岩相比,K Na少。苏长岩:斜长石94.4%、辉石5.6%。月球角砾岩 (由Apollo 16号采得，样号60215-13)3.月球最老的岩石为46.5亿年；月海玄武岩的年龄为 31-39亿年；环形山39万年-25亿年。4.月球内部构造 月球具层圈构造:月壳(0-65km) 月幔（岩石圈65-1000km)月核(1000-1738
12、km)。1000km处有部分熔融。5.月球起源：地球的一部分(分裂说);捕获说;双行星 说（太阳系同一个部位同时吸收而成的二个行星)。,月 球 的 结 构,四.火星 Mars 有一层薄薄的大气；”水手4、6、7号”时间、地点不理想，拍摄不佳。”水手9号”1971年5月发射，同年10月14日进入轨道。尘暴结束后，在距火星3000多公里处拍摄了大量的火星照片，分辨率为100米；据此编制出版了火星地质图。1.物理数据：直径6787km;质量为地球1/10;有 大气,主要为CO2;有季节性变化,使CO2干冰帽 发生周期性扩大与缩小。 2.环形构造：由Olympus Mons盾形玄武岩火山 等所组成（底
13、部直径600km，高27km；破火 口直径80km)。,3.大峡谷：与运河水系极为相似。有些大的峡 谷可能是被早期水流切割而成的。4.极地冰盖：极地碟形凹坑中的CO2干冰，称极 冠。早期认为是水冰。5.风的作用：火星上风很猛烈（尘暴），常常 席卷全火星。根据火星大气运动速度和尘暴 前进速度，估算出风速70m/sec。五.类地行星比较 (自学) 第三节 类木行星及其卫星（自学） Section 3 Similar- Jupiter planets,本章重点 一、Terms 冲击构造, 陨石, 类地行星 二、Basic features 1 冲击构造及其识别标志 2 陨石的成分分类 3 月球的层圈构造及其特征 4 太阳系的构成、大小、三大特征,
