《地球科学导论》学习指导（第一章）

《地球科学导论》学习指导 学习方法： 本课程基本上是阐述性、叙述性的讲授，内容也不像中学、数理化一类有严格的数学推导，许多问题是定性讲叙。方法上，学生应调节自己，适应课程特点———阅读。 学习特点： 大量阅读，认真理解、总结归纳、 要求： 课前要预习，课堂认真听讲，课后阅读参考书，消化当天内容。因同学们第一次接触相对陌生的课程内容，同时课程特点与中学差别较大，应在学习中注意培养自己专业课学习的良好的习惯和方法。 宇宙中的行星地球――起源和演化 地球是属于太阳系中的一颗行星，在了解地球起源及演化前先了解太阳系的起源。 §1.地球――人类在宇宙中惟一家园 1.1太阳系的结构 太阳系：是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。 太阳是太阳系的中心天体。太阳的质量占太阳系总质量的99.865%，太阳的引力控制了整个太阳系，使其他天体绕太阳公转。整个太阳系中，只有太阳是一颗有热核能源辐射的发光恒星，其他天体主要被太阳光照射后反射光线才能发亮。 小行星：除九大行星外，还有大量小行星分布在火星与木星之间绕日公转。估计小行星总数多达几十万颗，已正式编号的有7 625颗（截止1997年4月22日）。有的轨道离地球很近，但总质量只有地球的万分之四。小行星除质量、体积微小外，相互之间物质成分的差异也很明显。 彗星：以其特殊的明亮长尾和周期性地出现在夜空而引人注意。迄今已知的彗星约1600多颗，每年能观测到的彗星约10个，其中新发现的约占50%。彗星的轨道有抛物线、双曲线和椭圆三种类型，只有后一种椭圆轨道的彗星才能绕太阳公转，前二种一旦出现后不再回到太阳系。彗星的质量、密度很小，当远离太阳时只是一个由水、氨、甲烷等冻结的冰块和夹杂许多固体尘埃粒子的“脏雪球”。当接近太阳时，彗星在太阳辐射作用下分解成彗头和彗尾，状如扫帚。 行星际物质：太阳系内密度分布不匀，在地球轨道附近的平均密度为5个正离子加5个电子每立方厘米。 1.2 太阳的能量 （1） 太阳的热核反应 作为太阳系中心天体的太阳，是距地球最近的一颗能够向空间辐射光和热的恒星，也是地球外部能量的主要来源。对地球上的人类来说，太阳是地球以外最重要的天体。 太阳表面的温度约为6000k（=5726°C），所以看起来呈橙黄色。中心部分温度推测可高达1.5×107K, 密度达到水的160倍。在这种高温、高压条件下，组成3/4太阳物质的氢元素会失去外层电子，仅剩的内部原子核中的质子以极大速度运动时可以克服彼此间的静电斥力，发生猛烈的碰撞，由4个氢原子核聚变成为1个氦原子核。这种不断进行的热核反应，使太阳成为一所巨大的天然原子能工厂。 （2） 太阳辐射和质量损耗 由于太阳体积的巨大和热核反应频频发生，就能源源不断地以电磁波（含可见光、紫外线、红外线、无线电波、X射线和γ射线）的形式向四周放射能量，是整个太阳系光和热的主要源泉。 太阳辐射输出可以作如下计算：在日地平均距离（1.4961×108km）处的地球大气顶界，垂直于太阳光线的1cm2面积上，每分钟接受的太阳辐射能量称为太阳常数，以热量单位表示为8.25J。 根据太阳常数乘以假设被太阳光垂直照射的半个地球圆面积，就可获得一分钟内太阳向地球辐射输送的能量，一年中太阳给地球的热量是目前全世界发电量的几十万倍。从太阳系整体角度看，地球吸收到的热量仅是太阳辐射总量中的很小一部分。太阳在大量释放能量的过程中（假定能量辐射率基本不变），50亿年累计损耗的质量只不过是太阳全部质量的0.03%。根据银河系内部不同演化阶段的恒星演化史推算，太阳现在仍处于壮年期，它的寿命估计可达到100亿年。所以从人类历史的时间尺度来看，太阳的热核反应和能量辐射是取之不尽的能量来源。 （3） 太阳活动与黑子周 ... ...