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更新地质形成
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handsondad authored Jan 22, 2025
1 parent 04262ae commit 6aaab42
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- **原子形成**:当宇宙继续膨胀和冷却,大约38万年后,宇宙的温度降低到了大约3000摄氏度,此时自由电子和原子核结合,形成了中性原子。氢是最先形成的原子,氦紧随其后。这一过程称为再结合,标志着光子停止与电子频繁散射,成为自由旅行的光子,这就是宇宙微波背景辐射的来源。
- **恒星与星际物质**:氢和氦组成的气体在引力的作用下开始聚集,形成了巨大的分子云,即星际云。这些云的引力塌缩进一步促进恒星的形成。恒星内部的高温和高压条件支持核聚变反应,其中氢(质子)通过质子-质子链反应或碳-氮-氧循环转化为氦,释放出能量。
- **元素的诞生**:在更重的恒星内部,更高级的核聚变过程可以发生,通过氦核聚变产生碳和氧。在更高温度和压力条件下,恒星核聚变可以生成更重的元素,如钠、镁、铝、硅、磷、硫等,直到铁。铁是核聚变过程中能量释放的上限,达到铁核后,核反应会吸收能量而非释放,导致恒星演化路径的决定性时刻,最终可能以超新星爆发的形式结束。
- **超新星和元素合成**:当恒星耗尽可核聚变的燃料后,核心会发生坍缩,外部物质会向内塌缩,产生超新星爆发。在超新星爆发的极端条件下,可以合成宇宙中绝大多数的重元素,直至铀等。超新星爆发不仅释放出巨大能量,还将这些新合成的元素抛洒到宇宙中,丰富了星际物质,为新恒星和行星的形成提供了物质基础。
- **超新星和元素合成**:当恒星耗尽可核聚变的燃料后,核心会发生坍缩,外部物质会向内塌缩,产生超新星爆发【恒星主要通过内部核聚变产生的能量来对抗引力,从而维持自身的稳定】。在超新星爆发的极端条件下,可以合成宇宙中绝大多数的重元素,直至铀等。超新星爆发不仅释放出巨大能量,还将这些新合成的元素抛洒到宇宙中,丰富了星际物质,为新恒星和行星的形成提供了物质基础。
- **元素的循环与传播**:这些重元素,经过一系列复杂的过程,被吸收到新形成的恒星和行星中,成为构造更多复杂结构的基石。恒星生命周期的循环导致了元素的不断合成、抛射和再吸收,这一过程持续至今,形成了我们所见的丰富多彩的宇宙。

> 💡 注意
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有关地球的故事要从大约137亿年以前的大爆炸说起。大爆炸发生之前,宇宙中所有的物质都集中在一个极其致密的点上,这个点又被称作奇点。大爆炸相当于无数次核爆同时发生,其规模难以想象。大爆炸之初产生了氢、氦和其他元素。氢和氦是两种质量最轻的元素,它们在大爆炸中先于其他元素出现,组成了90%以上的可见物质,它们也是构成宇宙、地球乃至生命的基本元素。

从大爆炸到月球形成如下图:

![从大爆炸到月球形成](/assets/images/solar_system/从大爆炸到月球形成.jpg)

① 大爆炸与宇宙诞生
② 太阳星云开始收缩
③ 星云开始旋转和扁化
④ 大部分物质向中心汇聚形成太阳
⑤ 行星在围绕太阳的轨道上吸积形成
⑥ 地球和其他类地行星
⑦ 一颗微行星撞击地球
⑧ 溅射到空间中的撞击碎片散布在绕地轨道上
⑨ 碎片聚集形成月球

#### 地球起源

地球是一颗行星,伴随着太阳系的诞生而形成。太阳系诞生之初,是以一个巨大且不断旋转的尘埃与气体云团的形态存在。它主要由大爆炸产生的氢与氦构成,同时也含有早期星球内部合成的其他元素。在地球诞生前的“15至30分钟”(相当于约46亿年前)【是一个比喻性的说法,意在形象地描述地球形成的时间尺度相对于宇宙历史的极端快速,实际上,地球的形成过程跨越了几百万到几千万年的时间】,一个邻近的恒星可能经历了超新星爆炸,向太阳星云传递了一个冲击波,导致其开始收缩。在收缩过程中,云团的温度升高、自转加速并逐渐变得扁平。由于云团旋转,引力和惯性作用将其压缩为一个扁平的圆盘,圆盘与旋转轴垂直。大部分质量集中在圆盘中心,开始升温。同时,由于引力作用,使得物质围绕尘埃颗粒紧缩,导致圆盘的剩余部分分裂成环状结构。微小的碎片相互碰撞并逐渐聚集形成较大的块体。而构成地球的物质集中在距离中心约1亿5000万公里的区域。当太阳收缩并被加热,核聚变反应开始,由此产生的太阳风清除了圆盘中大部分未聚合形成较大物体的物质,只留下少量元素。随后,较重的元素在太阳附近聚集,形成了体积小、密度高的行星(类地行星);而较轻的元素则在离太阳较远的地方聚集,形成了体积大、密度低的行星(类木行星)。地球作为一颗类地行星,是距离太阳第三近的行星【太阳->水星->金星->地球】。
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这里详细说下地球自转倾斜角。赤道是垂直地球自转轴的平面,与轨道平面(黄道)的夹角是轨道倾角,也就是黄赤交角。

![地球自转轴倾角](/assets/images/solar_system/地球自转轴倾角.png)
![地球自转轴倾角](/assets/images/solar_system/地球自转轴倾角.jpg)

这里再详细说下地球公转。地球围绕太阳的运动称为地球的公转。由于包括地球在内的所有太阳系天体都围绕太阳这一共同的中心天体运转,因此这种运动被称为公转。公转的方向是从西向东,如果从北极星(北天极)的角度观察,这种运动呈现出逆时针方向;而从南极星(南天极)的角度看,则是顺时针方向。公转的周期为一个恒星年,大约需要365天6小时9分10秒。地球的公转轨道是一个近似圆形的椭圆形轨道,而太阳位于这一椭圆轨道的一个焦点上。

![地球公转动图](/assets/images/solar_system/地球公转动图.gif)

平均角速度为每年360度,即每日59分。平均线速度每年约为940,000,000公里,即大约每秒29.79公里。即时角速度和即时线速度会发生变化,但在能量守恒的原则下,地球离太阳越近,其势能越小,动能则越大,因此即时线速度和即时角速度也会相应增大。在角动量守恒的前提下,即在相等的时间长度内,地球与太阳连线扫过的面积保持不变。

因为月球轨道与黄道的倾斜角度仅约为5.145°,而太阳总是位于接近黄道的位置,因此日食和月食总是发生在黄道上或其附近。由于月球轨道的这种倾斜,日食并不会在每次太阳和月球的合(即太阳和月球在天空中看起来位置接近,称为“朔”)或冲(即太阳和月球分别位于地球的两侧,月球处于满月状态,称为“望”)时发生,而是只有当月球在合或冲的同时,接近轨道的升交点(月球从南向北穿越黄道的点)或降交点(月球从北向南穿越黄道的点)时,才可能发生日食或月食。这些现象之所以被称为“食”,是因为古代人们发现它们只在月球穿越黄道时出现。

![食的成因](/assets/images/solar_system/食的成因.jpg)

> ❔ 月球如何受太阳引力影响
>
> 月球确实受到太阳的引力影响,但其运动状态主要由地球的引力决定。在太阳系中,所有物体都相互之间存在引力作用,这是因为牛顿的万有引力定律指出,宇宙中任意两个物体都会相互吸引,吸引力的大小与它们的质量成正比,与它们之间的距离的平方成反比【引力公式: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$】。月球是地球的天然卫星,其围绕地球的运行主要受到地球引力的支配。但同时,太阳对月球也施加了相当强大的引力,太阳的质量远远大于地球,因此太阳对月球的引力理论上应该大于地球对月球的引力。然而,由于月球距离地球比距离太阳近得多,地球对月球的引力效应在实际的运动中更为显著,这是因为在万有引力定律中,距离的平方是分母,与月球距离更近的地球在引力计算中占有更大优势。具体而言,太阳对月球的引力对地球和月球组成的系统而言,主要表现为潮汐力和微小的扰动效应,这包括对月球轨道的轻微影响,以及地球上的潮汐现象。月球的轨道保持相对稳定,主要是因为地球和月球作为一个系统,与太阳之间形成了一个动态的平衡。
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#### 地质形成

地球历史通常用地质年代进行分段衡量,从大到小分为宙(eon)、代(era)、纪(period)、世(epoch)、期(age)、时(chron)六个分级,学术上以百万年(Myr或Ma)或十亿年(Ga)为时间单位衡量其时期跨度。目前为止地球总共经历了冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙四大时期。

![地质年代](/assets/images/solar_system/地质年代.png)

地球地质形成的大致过程:

- **星云凝聚阶段**:太阳系的形成始于一个巨大的分子云(星云)的塌缩,这个过程由引力驱动,导致尘埃和气体凝聚成团,形成行星胚胎。地球最早的形成是通过数百万年的时间里这样的凝聚和堆积开始的。

- **分层形成**:随着地球的形成,重力作用下,物质开始根据密度分层。较重的金属(如铁和镍)向地心沉降,形成了地球的内核和外核;较轻的岩石和硅酸盐则留在地壳和地幔中。这就是我们今天了解的地壳【表面逐渐冷却形成地壳】、地幔、外核和内核的分层结构。

- **板块构造**:地球表面由许多大型的板块构成,这些板块漂浮在流动的软流圈上,形成了我们所谓的板块构造系统。板块之间的运动导致了地震、火山活动、山脉的形成和各种地质现象。

- **板块运动的启动**:关于板块运动的启动,有两种主要的观点。一种是“重力不稳定性”模型,认为是地幔在冷却过程中的密度差异引起的重力效应启动了板块运动。另一种观点是“地幔对流”模型,认为地幔内部的热对流导致了板块的运动。

- **生命的出现**:大约在35亿到40亿年前,地球上出现了最早的生命形式,这可能是在海底热液喷口附近,这些地区为生命提供了所需的热能和化学能量。

- **大氧化事件**:约25亿年前,地球上的大气从基本无氧状态转变为含有大量氧气的状态,这标志着大氧化事件的发生,它极大地改变了地球环境,促进了复杂生命的演化。

地球的地质形成是一个复杂而长期的过程,涉及到太阳系的形成、物质的分层、板块构造的运作以及生命的出现和发展。这一过程至今仍在持续,虽然速度已经慢了很多,但地球的地质结构和表面景观仍在持续变化之中。

这里说下海洋形成过程:

在大约38亿年前,地球开始冷却,大气层的温度随之下降,这导致了一场持续数百万年的巨大降雨。所有的水分汇聚起来,形成了最初的海洋。最新的一些证据甚至提出,海洋的形成可能更早,大约在42亿年前就开始,这个时间点标志着地球上长期存在的海洋环境的开端,对地球生命起源和地质历史产生了深远的影响。

海洋的形成不仅为生命的出现提供了必要的条件,也对地球的气候、岩石圈的形成、板块构造运动以及长期的地球化学循环产生了重要影响。海洋是地球系统的重要组成部分,对调节全球气候、维持生物多样性和地球的物质循环具有至关重要的作用。

#### 气候形成

地球的气候形成是一个复杂而动态的过程,涉及到多个相互作用的系统。以下是地球气候形成的主要因素:

- **太阳辐射**:太阳是地球能量的主要来源。太阳辐射的分布不均(由于地球的形状、轨道和地轴倾斜)是驱动全球气候系统的主要动力。这些差异导致了温度的差异,从而产生了风和海洋流,影响全球气候模式。

- **大气组成**:大气中的温室气体,如二氧化碳、甲烷、水蒸气等,对地球气候有重要影响。这些气体能吸收和重新辐射红外辐射,导致温室效应,从而保持了地球的温暖,使得生命在地球表面成为可能。

- **海洋和水循环**:海洋和水循环在调节全球气候中扮演着关键角色。海洋是巨大的热量和二氧化碳的储存库,它能调节气候,因为水体的热容量远大于大气。水循环通过蒸发、凝结和降水,分布地球上的水分,并影响温度和气候。

- **地球自转和倾斜**:地球自转产生了[科氏力](https://zh.wikipedia.org/wiki/科里奥利力),影响风向。地球倾斜则导致季节变化,影响不同地区的太阳辐射接收量,进而影响温度和降水模式。

- **地形和板块构造**:地形(山脉、高原、峡谷等)影响风向和降水。例如,山脉可以阻挡和引导气流,影响风雨区。板块构造活动通过形成和破坏山脉、影响海洋流等长期影响气候系统。

6. **生物作用**:生物过程,如植物的光合作用,能影响大气中氧气和二氧化碳的浓度,进而影响气候。生物也通过影响地表反射率(例如,森林和雪地的反射率差异)和通过生物地化循环参与气候调节。

地球的气候是这些因素共同作用的结果,而这些因素之间的相互作用又增加了气候的复杂性。现代气候变化主要是由温室气体浓度升高引起的,这是由于人类活动,如燃烧化石燃料、森林砍伐等释放了大量的温室气体到大气中。这导致全球变暖,影响全球气候系统,造成了各种极端天气事件的增加和生态系统的压力。

#### 生态形成

### 生命演化
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2. [地球历史](https://zh.wikipedia.org/wiki/地球歷史). Wikipedia.
2. [潮汐](https://zh.wikipedia.org/wiki/潮汐). Wikipedia.
3. [转轴倾角](https://zh.wikipedia.org/wiki/轉軸傾角). Wikipedia.
4. [黄道](https://zh.wikipedia.org/wiki/黄道). Wikipedia.



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