地球科学导论课件

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1、,行星地球,宇宙中的沧海一粟 迄今已知惟一存在智能生命的星球,第一章 宇宙中的行星地球,1 地球人类在宇宙中的惟一家园 1.1 太阳系的结构 1.2 太阳的能量 1.3 行星地球基本参数 2 地球在太阳系中的运动 2.1 地球自转 2.2 地月关系 2.3 地球轨道参数 2.4 星体影响和撞击事件,太阳系的结构,类地行星、巨行星、远日行星 类地行星、类木行星,类地行星与类木行星,固体地球内部结构,液态木星内部结构,高压、导电性,太阳的能量,地球外部能量的主要来源 太阳能量变化对地球的影响,地球的内外动力,太阳内部结构,太阳内部的核聚变,太阳直径：1.4106 km 太阳质量：地球质量（ 610

2、21t）的33.3万倍， 占太阳系总质量的99.87% 太阳平均密度：地球密度的1/4左右，水的1.41倍 太阳表面温度：6000K(=5726) 太阳核心温度/密度：1.5107K /水的160倍 在这种高温高压条件下，发生了核聚变（4个H原子核聚变为1 个He原子核）作用。 1克H核聚变为He核所亏损的质量（按E=mc2公式），可产生： 6281x108J(或1500 x108cal)的热能（相当于燃烧15t石油或2700t煤）,一千克氢原子核聚变 转化的能量,太阳辐射与太阳常数,子 黑 阳 太,光球,色球层 色球层（chromosphere）是太阳大气中间的一层，位于光球之上。平时，由于

3、地球大气中的分子以及尘埃粒子散射了强烈的太阳辐射形成蓝天，色球和日冕完全淹没在蓝天之中。只有在日全食时，观测者才能用肉眼看到太阳圆面周围的这一层非常美丽的玫瑰红色的辉光。它是由早期的日全食观测者发现的，于1869年 同治8年 由洛基尔和弗兰克兰命名。红色是由于色球光谱中波长为6562. 8埃的氢线Ha在亮度上占绝对优势的缘故。,日冕,太阳活动与黑子周期,黑子与黑子周期 名为黑子其实不黑，仅温度比 周围光球低1000C, 在明亮 光球反衬下呈暗黑色。 黑子是太阳表面剧烈活动所激 起的气旋涡。 黑子数量和分布范围出现较规律的周期性变化，称为黑子周期。,蝴蝶图 周期开始：少量黑子首先出现 在南、北纬

4、30附近。 高峰期：大量分布在15 周期结束：最后出现在赤道 附近的黑子又都消失。 绘出的黑子时空分布图其形状很像一群蝴蝶，称为蝴蝶图。 黑子周期平均长度为11.1年。,蝴蝶图,太阳活动极大、极小年的日冕,太阳黑子与人类日常生活,黑子周期高峰期容易发生磁暴： 1989-3-13魁北克全城停电事件； 短波无线电通讯中断； 指南针失灵、候鸟迷失方向； 户外活动注意事项。,耀斑太阳色球层中局部小区域的突然发亮，并迅速增强的现象，又叫色球爆发，它是各种太阳活动中最为剧烈的现象。位置在谱斑或光斑附近，且常在黑子群周围。耀斑在几分钟内形成，可持续存在几个小时。能量大多是紫外辐射，也发出强X射线，还有宇宙线

5、和非高能粒子。所释放的能量极大，最大可达到10的25次幂焦耳，相当于百万吨级氢弹威力的100亿倍。粒子的运动速度比耀斑的光速慢得多，因而1、2天后才能到达地球附近。耀斑发出的辐射和粒子同地球磁场和电离层相互作用，会使地球上的短波无线电通讯中断并出现极光。耀斑是太阳活动最主要的标志。耀斑和黑子有密切关系，它多出现在黑子区的上空，并有同一兴衰过程，活动周期为11年。,太阳黑子数与 北半球不同纬度带 降水量相关性,太阳黑子周期与灾害频发周期,行星地球基本参数,地球惟一性的物质基础： 行星质量、日地距,“九”大行星基本参数比较,地球与金星比较,惟独地球有磁场,太阳风与磁暴,地球的惟一性迫使科学家们去认

6、真思考地球这颗行星能适宜于生命繁衍特殊环境的原因： 行星的质量（最大的类地行星，决定了地球的重力、结构、 磁场等基本物理性质）和 行星到太阳的距离（直接影响行星表面的温度和太阳风 对行星表面气体的驱赶能力） 是决定行星内部结构、表面特征及演化历史的 主要因素。,地球自转,地球自转的速度变化 及其地学意义,第一个主题,有关该主题的详细内容 支持信息和示例 该主题与听众的联系,科里奥利力（地转偏向力）,假定地球没有自转，那么要保持在同一经线上绕各自所在纬线一周，则这5个物体的相互位置要如左图的排列才能完成。 即要保持同一角速度，经线上各质点的线速度就要由两极向赤道越来越快。,现实生活,讲述现实生活

7、中的一则示例或轶事 如有必要，对听众的处境表示有同感,大气环流,地球表面的温度（1988年6月）,厄尔尼诺现象与地球旋转速度变化关系,地月关系,月球基本参数 地月系,观察者位置月球,地球轨道参数,星体间的相互影响 偏心率、黄赤交角、岁差 米兰科维奇学说,米兰科维奇轨道参数,天文学研究早已证明： 相邻大行星（木星、金星）对地球公转和自转轨道 的微弱摄动，可以使地球轨道三个基本参数 (偏心率、斜度、岁差)发生周期性变化。 前南斯拉夫学者M. Milankovich (1920)最早指出： 第四纪冰川时期的成因和地球轨道要素变化有关。 经过长期争论，现在已公认为 米兰科维奇学说或米兰科维奇轨道参数。

8、,斜度与地球气候变化,1.每个行星在椭圆轨道上环绕太阳运动，而太阳在一个焦点上。 2.太阳和行星的矢径在相等的时间间隔中扫过相等的面积。,岁差,地球自转轴的进动引起春分点位移的现象。在日、月的引力作用下，地球自转轴的空间指向并不固定，呈现为绕一条通过地心并与黄道面垂直的轴线缓慢而连续地运动，大约25800年顺时针向（从北半球看）旋转一周 ， 描绘出一个圆锥面 。此圆锥面的顶角等于黄赤交角 23.5 。 于是天极在天球上绕黄极描绘出一个半径为 23.5 的小圆 ， 也使春分点沿黄道以与太阳周年视运动相反的方向每 25800年旋转一周 ，每年西移约 50.3 。 这种由太阳和月球引起的地轴的长期进

9、动（或称旋进）称为日月岁差。,阳光对地球不同纬度的入射角,光线入射角度的地表效应,偏心率、黄赤交角、 岁差,偏心率（ eccentricity, e）地球椭圆形轨道的最长直径（长轴）与最短直 径（短轴）之差与赤道半径之比。目前地球轨道的偏心率为0.017或1/60， 地质历史上存在 10万年、40万年两种变化周期, 其值在0.0050.0607之间。 冰期均发育于e 的最小值，相当于日地距离增加而日照量减少。 黄赤交角或斜度 （obliquity of ecliptic, ）黄道面与天赤道面的交角 ，即 地轴与地球轨道面夹角的余角。 现在是23 26 21.42 , 地质历史上存 在4万年左右

10、的周期，其值变化于22 02 24 30之间。 值增大使冬、夏温差增强，对极区冰盖发育影响较大，对赤道影响小。 岁差（precession, P）天球上的春分点沿黄道逐年自西往东缓慢后退 50.2786 的现象（“岁岁有差 ”） 。原因是地球不是理想球形，日、月对地 球引力产生的力矩使地轴绕黄道面法线作圆周状进动。最近一次岁差周期约 2.5万 年，地质历史上一般在 1.92.3万年之间(平均 2万年左右）。 P 值变化对赤道带气候影响较大，对极区影响较小。,地质记录中的轨道旋回证据,沉积纹层组合的时间匹配关系 野外成层岩石内，有时可以识别出不同级别的沉积纹层组合： 由小到大可分别称为 纹层、

11、层束、 层束组、超层束组， 它们的周期值大体为2万年、4万年、10万年、40万年。 因此推论分别相当于 岁差、 斜度、偏心率、长偏心率旋回 长偏心率：偏心率=1:4、 偏心率：岁差 =1:5。,一比五的时间匹配超层束组：层束组：层束：纹层 偏心率：岁差 十万年：二万年,成层岩石中规律性 一：五 旋回组合,南阿尔卑斯山脉灰岩峭壁,米兰科维奇周期 偏心率 斜度 岁差的沉积记录,太阳系内的星体撞击,彗木撞击事件引起的反思,苏梅克-利维彗星列车的发现过程,成功经验: 1. 三结合科研集体 2. 迅速的国际学术联系,万古奇观 长达十六万千米的 彗星列车撞击木星,连珠炮式彗木撞击,碎块 A 撞击后 升起的

12、火球,彗木撞击的破坏能量1994年7月19日4时15分22日 16时（北京时间）,人类第一次科学预报并进行实时的定量化科学测算。 在130小时内共计22次较大的“连珠炮式”撞击（编号A- V），相当于20亿颗广岛原子弹爆炸总能量！平均每秒钟爆炸4200颗！ 美国9.11恐怖事件1/20广岛原子弹破坏能量。 木星上的撞击点相当于地球的80%面积，瞬间温度30000 50000。,公元前5万年形成的陨击坑 位于美国亚利桑那州，直径2km ，坑底白色处是建筑物,地球上已知的陨击坑（1993年前）,恐龙绝灭与星体撞击,地球既有幸，又要提高警惕！,太阳系中的大行星（特别是木星）吸引了大部分小行星和彗星，

13、使地球免遭撞击。 直径 10km小星体撞击地球并摧毁全球生态系统（大灾变）的几率，大约每100百万年只有一次（上一次发生于65百万年前）。 太阳正常供应地球能量的寿命至少还有40亿年，人类有足够的准备时间。 现有对近地小行星的监测网存在两大漏洞（南北不匀、存在死角）。 2000年9月仅在5天前预报一颗小行星（2000QW7）将“擦”过地球，如撞上地球则可能 毁灭15亿人！同年12 月23日凌晨，又有一颗事先未能预报的小行星（2000YA, 直径 50m）掠地而过，时速11.5万km, 相距地球仅80万km。 迄今已知最危险的小行星（2000SG344，直径约30-70米），可能于2071年接近地球。发生相撞的可能性为1/1000，由于两者“转向”一致，可能不会与地球“迎头相撞”。 国际上准备在南半球布置一批大望远镜，我国紫金山天文台决定投资2000万元建设国内最大的小行星望远镜站。,课外科普电影 宇宙与人,ENDTHANKS!,