地球的起源和演变：从宇宙大爆炸到人类的将来(13-18)

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虽然这是一个关于自然科学的课程, 但讨论范围到从宇宙大爆炸到太阳系形成到地球上生命演变, 解答了“人类从哪里来”的(哲学)问题

非专业人士的学习笔记, 难免有误, 请指教

地球的起源和演变：从宇宙大爆炸到人类的将来

第十三课 无粒陨石和元素地球化学分类

矿物演变的动力

热 - 太阳风, 重力势能, 放射性物质裂变

水 - 提供化学活性和流动性

冲击 - 可以短时间内达到高温高压

矿物演变

球粒陨石中~60种矿物质 -> 所有陨石中~250种矿物质

地球上4,700已知矿物质才出现约5%

有些化学元素没有在陨石中找到

矿物质中的其它元素的替代品/杂质

矿物质之间的边缘物质

极小的颗粒

化学物质的戈德施密特(Goldschmidt)分类 - 元素地球化学分类

不同化学元素有不同地球化学亲和性(geochemical affinities)

亲石元素

亲铁元素

亲硫元素

亲大气元素

第十四课 地球的吸积(accretion)和分化(differentiation)

吸积过程

太阳早期金牛T星状态(T Tauri Sun)-> 生成陨石球粒和富钙铝包体(~60种矿物质) -> 电磁力和其它作用力 -> 篮球大小 -> 重力作用逐渐增加 -> 直径约1公里大小 -> 重力起主要作用 -> 直径50~100公里的微行星 -> 剧烈碰撞 -> 岩浆释放水和气体

分化过程

微行星 -> 重力势能和放射性元素 -> 液态熔浆 -> 物理分化和化学分化 -> ~250种矿物质

探测地球内核

转动惯量 - 潮汐影响

地震学 - 地震产生的声波的传播

不同介质里不同速度；边界反射；横波和纵波不同传输特性

第十五课 月亮的起源

月亮

火星也有自己的月亮 - 相对小很多, 可能是重力捕获的小行星

地球的月亮 - 直径有地球的?

早期月亮起源的假设

地球的熔岩被高速自转甩出去了 - 出现了太平洋

被地球重力捕获的小行星

和地球同时生成

阿波罗登月计划

六次登月在不同地点收集岩石样本

有时是尘埃, 不是石头

第十六课 一次剧烈的侧撞

阿波罗登月计划

月亮只有一个相对很小的铁核 -
很少的易挥发元素 - 如氢, 氮, 碳

氧元素的同位素比例和地球几乎一样

侧撞假设

约45亿年前, 地球已经很大, 一个小一点的行星提亚(“Theia”)和地球来了一次侧撞 -> 提亚消失成为地球一部分, 但地球和提亚的大量表层物质也被撞离地球 -> 在地球外15,000英里处形成新月亮

地球和提亚的角动量成为一个系统 -> 月亮总是同一侧面向地球

侧撞也使地球自转有了~23度倾斜

提亚的绝大部分铁核成为地球的一部分 -> 月亮的铁核很小

早期月亮

距离地球只15,000英里 -> 从地球上看很大的月亮, 潮汐现象巨大

地球自转只用~5小时 -> 地球自转逐渐缓慢, 同时月亮也逐渐离开地球(现在~238,900英里)

第十七课 早期地球的六元素

化学过程

生成新的元素

生成新的矿物

地球的六大元素

氧 - 占地球总重量的约30%, 原子数目的近50%；99.99%的氧在各种矿石/岩石中

镁 - 地球总重量的约15%；多在硅酸盐里

铝 - 地球总重量的
硅 - 地球总重量的约15%；硅酸盐

钙 - 地球总重量的
铁 - 地球总重量的约30%；地核；可以是2+或3+

第十八课 早期地球：从橄榄石(peridotite)到玄武岩(basalt)

早期试验岩石学家

高温 - 强电流通过铂电线

高压 - 巨大的液压机

早期岩石：橄榄石(Peridotite)

矿物晶体镁橄榄石(Mg2SiO4)形成 -> 相对密度大 -> 逐渐下沉 -> 纯橄榄岩(dunite)

月亮：镁和硅下沉 -> 较多钙, 铝, 铁 -> 生成钙长岩(anorthite) -> 月亮的银灰色部分

地球：顽辉石(MgSiO3)和橄榄岩(olivine)混合 -> 逐渐冷却 -> 橄榄石(Peridotite, (Mg,Fe)2SiO4) -> 下沉到地幔 -> 橄榄石辉石(olivine-pyroxene)在地幔上层 -> 地底400公里, 压力把橄榄石变成瓦兹利石(wadsleyite)

早期岩石：玄武岩(Basalt)

橄榄石是最早形成的岩石 -> 沉入地幔

橄榄石在不同水和二氧化碳的环境中熔点不同 -> 熔化了的橄榄石较轻 -> 上升为岩浆(magma) -> 火山喷发 -> 凝固 -> 玄武岩

玄武岩是一大类岩石

斜长石(Plagioclase)

辉石(Pyroxene)

类地行星：地壳的主要成分

月亮：较深颜色部分