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地球圈层形成及发展演变-自然科学基础

【摘要】:从原始地球诞生之时起,也就开始了地球圈层的形成和发展演变的过程。在地球重力作用下,构成原始地球的各种物质发生分异,重物质下沉,轻物质上升,发生了圈层的分化。地球表层物质由于放热冷却固结成岩,出现一层硬壳而形成地壳,地球内部物质则进一步分化,出现不同层次。而原先以结晶水形式存在于地球内部的大量水随着地内温度的升高成为水蒸气,通过火山活动进入大气层,最终以降雨的形式到达地面形成原始的水圈。

约46亿年前,原始地球诞生了。从原始地球诞生之时起,也就开始了地球圈层的形成和发展演变的过程。

(一)地球内部圈层的形成和演变

太阳星云分化出来的最初阶段,原始地球上各种物质混杂,并没有明显的分层现象。此时温度很低,物质以固态存在。随着地球内部放射性物质衰变产生能量的大量积聚,地球温度逐渐升高,地球内部的物质逐渐具有可塑性甚至呈融熔状态。在地球重力作用下,构成原始地球的各种物质发生分异,重物质下沉,轻物质上升,发生了圈层的分化。地球表层物质由于放热冷却固结成岩,出现一层硬壳而形成地壳,地球内部物质则进一步分化,出现不同层次。

(二)大气圈和水圈的形成和演变

在地球分化过程中原先在地球内部的各种气体上升到地表,受地球引力作用集聚在地壳外围而成为原始大气圈,其主要成分是CO2、CO、CH4、NH3等。而原先以结晶水形式存在于地球内部的大量水随着地内温度的升高成为水蒸气,通过火山活动进入大气层,最终以降雨的形式到达地面形成原始的水圈。

(三)生物圈的形成和演变

约35亿年前,原始生命产生于原始海洋之中。从无生命物质到生命的转化是一个极为缓慢的过程,在太阳的紫外线、大气的电击雷鸣、地下的火山熔岩等作用下,原始大气中存在的CH4、NH3、H2O蒸气和H2合成简单的有机物,最终在海洋中产生了生命。最初是异养细菌,靠水中有机物进行无氧呼吸。而后发展到自养生物,能进行光合作用,利用太阳能吸收矿物质营养和二氧化碳,放出氧气时,生物对地球自然环境的发展就产生了重大影响:改变了原始大气的成分,使大气中氧的含量增加;原始生物从厌氧生物发展成好氧生物,逐渐形成生物圈;有机体的发展增加了太阳能在地球表层的存储,改变了地球表层的组成和结构。到4亿年前出现了生物的大发展,生物从海洋登上陆地,生物的数量和种类开始了大幅度的增长,在陆地和海洋都出现了动植物的大繁荣,进而发展成为完善的地球生物圈,使地球的自然环境出现了明显的变化。

生物圈形成以后,整个地球仍然在发展变化着。特别是大约300万年前,作为高等动物的人类的出现,开始了地球发展演化的新阶段,这是影响地球自然环境的重大飞跃。