许昌学院选修课地球科学概论知识点Word下载.docx
《许昌学院选修课地球科学概论知识点Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《许昌学院选修课地球科学概论知识点Word下载.docx（44页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
包括以下学科领域：
天文学的一部分
地质学
地理学中的自然地理部分
大气科学中的一部分
海洋科学中的一部分
环境科学中有关地球生态环境的部分
地球科学的研究对象、内容及特点
研究对象
地球
研究内容
地球的物质组成、运动规律和形成机制。
研究对象的特点
宏观与微观
整体与差异
漫长与瞬间
复杂与规律
重现性差
地球科学的研究方法
野外地质调查
仪器观测
3S技术
GIS、GPS、RS
实验室分析测试
历史比较法----将今论古
地球科学的发展历史
一、萌芽（17世纪以前）
国内
《禹贡》、《山海经》、《管子》……
东汉张衡：
地动仪
南北朝郦道元：
《水经注》
宋朝沈括：
《梦溪笔谈》
明朝徐宏祖：
《徐霞客游记》；
宋应星：
《天工开物》
国外
古希腊毕达哥拉斯（公元前571-497）；
亚里士多德（公元前384-42）
古罗马斯特拉波（公元前63-公元20年）；
15—16世纪哥伦布、麦哲伦
意大利达·
芬奇（1452—1519）
法国阿格里柯拉（1494—1555）有7部地质专著
二、创立与初步发展（17—19世纪）
意大利物理学家和天文学家伽利略（1593）
物理学家和数学家托里折利（1643）
地质学界的“水火之争”、“均变与灾变之争”
水火之争：
德国魏尔纳-美国赫顿
均变与灾变之争：
法国居维叶-法国拉马克和英国莱伊尔
岩石成因的“水火之争”
早在17世纪的时候，一位牧师就曾经认为，上帝震怒的时候曾经把地壳撕裂，使地球的“地心水”喷发出来形成大洪水，淹没了当时那些堕落了的人类。
18世纪初期，一位名叫伍德沃德的牛津大学自然史教授就认为，他在英格兰采集到的化石就是造就了挪亚方舟的那场大洪水的真正遗迹。
1726年，伍德沃德的一位瑞士籍朋友和信徒甚至给伦敦皇家学会写信，宣称他发现了“导致这场洪灾的无名罪魁祸首之一”的遗骨后来，居维叶鉴定出这个“洪水证人”不过是一只巨大的蜥蜴而已。
与居维叶同时代的德国矿物学家魏尔纳就以截然不同的说法诠释水成论。
魏尔纳认为，地球上的岩石都是过去在全球性的海洋里沉积下来的。
最先形成的沉积物包括花岗岩和其它结晶岩，他将之命名为“原始系”；
随后沉积的是硬砂岩、泥灰岩和板岩，他将之命名为“过渡系”；
再上面沉积的是由灰岩、砂岩、页岩、白垩、石膏和煤层组成的水平地层；
最后，砾石、砂石和粘土组成的“冲积系”覆盖在地层的最顶部。
这样的岩石序列在魏尔纳居住的萨克森州弗莱堡地区是非常典型的，而他却又偏偏从未离家远行，因而魏尔纳就主观地认为，整个地球的陆地上覆盖的岩石都是这样的层序。
导致魏尔纳体系崩溃的是一种叫做玄武岩的黑色岩石。
弗莱堡的许多小山上，玄武岩像汉堡包中的肉片一样夹在沉积岩之间，因此魏尔纳认为玄武岩无疑是一种水成岩。
可是，法国奥弗涅附近的玄武岩却不同，其中到处可见大大小小的气泡。
同时，奥弗涅的玄武岩下面的地层有经历烘烤的迹象。
一位名叫德斯马雷特的业余博物学家沿玄武岩流溯源追寻，甚至发现了一个死活山。
魏尔纳一直固执己见地拒不承认火成论，但是他的学生却并不都像他那样固执。
抱着水成论的观点，魏尔纳的学生弗朗西斯在1803年应邀赴法国的奥弗涅进行实地考察，在事实面前他动摇了过去的信念，在一年后勇敢而又谦恭地在法兰西学院宣读了放弃过去的观点的声明。
与魏尔纳观点大相径庭的一个代表人物是赫顿。
这位苏格兰天才的主要调查区是加里东造山带的典型露头区苏格兰高地，那里有花岗岩和矿脉。
他认为地层的固化和海洋上升为陆地是地热的作用，火山活动是释放地下能量的出口。
他的地质理论长期被说成火成论，其实他本人并不认为所有的岩石都是火成的。
他对不整合面的发现和解释为18世纪的地质学增添了光彩的一笔。
三、革命与全面发展（20世纪至今）
新理论不断涌现
固定论与活动论之争
槽台说-大陆漂移、海底扩张、板块构造
张伯声“波浪状镶嵌说”，李四光“地质力学”，黄汲清“多旋迴说”，陈国达“地洼说”，张文佑“断块说”
（二）海底扩张说
新技术、新方法不断涌现
高温高压实验；
同位素地质学；
电子计算机；
电子显微镜（TEM、SEM、EPA）等。
环境地质不断发展
地理学、气象学快速发展
四、地球科学的发展展望
资源型拓宽到社会型
地球科学的世纪
上天、入地、下海、入微
从定性到定量
地球科学的发展
地球科学的发展，取决于三个制约条件
社会需要才能有经费投入，使科学发展；
新技术的采用：
航天、遥感、显微、超显微、超深钻、人工地震等；
新思维的产生
早期：
达尔文进化论，莱伊尔现实主义原理；
现代：
地球系统科学（从整体认识地球，从圈层的观点来研究地球，用运动学、动力学观点预测未来）。
学习要求
课堂与课外阅读
公开视频课程
教材与参考
教材：
《地球科学概论》，缪启龙，林文实编，气象出版社，2007年（第三版）。
参考书：
刘本培，蔡运龙主编，地球科学导论，高等教育出版社，2000年。
陈效逑编著，自然地理学，北京大学出版社，2001年。
潘树荣等，自然地理学，高等教育出版社，1985（第二版）。
宋青春等，地质学基础，高教出版社，2005年。
课程考核
平时分：
30（考勤、作业）结果考试：
70授课方式讲授视频讨论
从下次起，本课程上课地点改在C座307，请相互转告。
“有两样东西，只要我们常常思索它们，就会在我们的心灵里充满历久弥新、越来越多的景仰和敬畏，一是我们头上的灿烂星空，一是我们内心的道德法则。
”
——康德
“四方上下曰宇，古往今来曰宙。
”
——尸佼
大众心中的宇宙是什么样子的？
民歌的宇宙：
天似穹庐，笼盖四野
尸佼的宇宙：
四方上下曰宇，古往今来曰宙
马克思的宇宙：
时空无限
霍金的宇宙：
无边界有限宇宙
宇宙
哲学宇宙——无限的宇宙
空间无限：
无边无际（无边界，形状和中心）；
时间无尽：
无始无终（无起源，年龄和寿命）。
科学宇宙——总星系
时间上有起源、空间上有边界；
大爆炸宇宙学：
在宇宙膨胀理论的基础上发展起来。
第一章探索宇宙
第一节宇宙探索之“关键词”
1.“天圆地方”----盖天说
“天圆如张盖，地方如棋局”，到战国时期，盖天说将天地之形改为“天像盖笠，地法复盘，天离地八万里”。
解释不了日月星辰的东升西落等常见现象。
“天圆地方”的思想对古代中国人的影响是十分显著的。
它背后隐含着一种”以我为中心”的思想。
2.“浑天”----浑天说
最早提出者不详，系统论述的主要为西汉时期的张衡。
在《浑天仪注》中描述天地为“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。
”。
在这一模式中，地为宇宙中心，日月星辰附着于“蛋壳”上绕地运动。
有人从“浑天说”中解读出“大地是浮在空中的球体”、“天地人合而为一”这些思想。
3.“宣夜”----宣夜说
相传罗素在作过一次关于宇宙的演讲后，听众中的一位老年妇女站起来，
老夫人说：
“你说的这些全是废话，这个世界是驮在乌龟背上的一块平板！
罗素问道：
“那么这只乌龟站在什么地方呢？
“年轻人，你很聪明！
不过，这是一只驮着一只一直驮下去的乌龟塔啊！
有人问奥古斯丁：
“上帝在创造宇宙之前做什么？
奥古斯丁回答：
“他正在为问这个问题的人准备地狱！
4.“以太”
5.“星云”
6.“无限”与“有限”
7.“哈勃红移”
8.“大爆炸”
伽莫夫预言：
现今宇宙背景中应当留有当初大爆炸残留下来的热辐射。
1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺•彭齐亚斯和罗伯特•威尔逊架设了一台喇叭形状的天线，他们将天线对准天空方向进行测量。
他们发现，在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在，这个信号既没有周日的变化，也没有季节的变化，因而可以判定与地球的公转和自转无关。
宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义，它给了大爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。
彭齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖。
10.“黑洞”
1981年梵蒂冈宇宙学会议，教皇保罗二世的大会演讲：
在大爆炸之后的宇宙演化是可以研究的，但是人们不要去过问大爆炸本身，因为那是创生的时刻，是上帝的事务。
11.“地心说”
公元前三到四世纪，希腊人对天体的运动有以欧多克斯和阿利斯塔克为代表的两种不同看法。
欧多克斯：
把天上复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动；
每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道；
天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动。
阿利斯塔克：
地球每天在自己的轴上自转，每年沿圆周轨道饶日一周；
太阳和恒星都是不动的，而行星则以太阳为中心沿圆周运动。
由于不符合当时人们肉眼所见的表观，因而无法被人接受。
托勒密全面继承了亚里士多德的地心说，并利用前人积累和他自己长期观测得到的数据，系统提出“地心说”。
地心说的宇宙模型：
各行星都绕着一个较小的圆周（本轮）上运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周（均轮）上运动。
地球并不恰好在均轮的中心，而偏开一定的距离。
托勒密的天体模型流行的优点和历史原因
1.绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被接受。
2.用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置，与实际相差很小，相比以前的体系有所改进，还能解释行星的亮度变化。
3.地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的假设，也符合基督教信仰。
4.亚里士多德－托勒密的地心说在长达十几个世纪里一直被人们奉为真理，因为这太符合一般人的感觉了。
（据美国1997年的社会调查，当年仍有27％的人不知道地球是围绕太阳转的。
）
12.“日心说”
随着观察技术的进步，地心说不得不靠不断增加的本轮数量来解决计算与观察结果的差异，但随着本轮数量的无限止地增加，地心说开始受到越来越多的怀疑。
16世纪，哥白尼临终前出版《天体运行论》，正式提出日心说。
日心说的主要观点：
1.太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动，地球只是一颗普通的行星。
2.水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着太阳公转。
3.月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。
4.地球每天自转一周，天穹实际上不转动，只是由于地球的自转才是我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。
5.恒星和太阳间的距离十分遥远，比日地间的距离要大得多。
日心说的主要意义：
16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。
这不仅直接为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，而且从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。
它作为自然科学的“独立宣言”，第一次让宇宙的阐述从神学的桎梏下解放出来，在人类的思想发展史以至社会发展史上做出了不可磨灭的贡献。
“日心说”的提出到最终胜利是科学史上的伟大进步，但我们还是应该客观地看待“地心说”的科学意义。
路漫漫其修远兮
为什么我们的宇宙空间是三维的？
为什么时间是一维单向流逝的？
为什么宇宙中有多种对称性？
为什么物质的运动速度不能超过光速？
自然界的基本常数会不会变化？
我们的宇宙会不会有终结？
第3章矿物与岩石
第一节概述
一、矿物与岩石的概念
（一）矿物
（二）岩石
岩石是在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，它是构成地壳及地幔的主要物质。
第二节矿物
一、矿物的基本特性
（一）矿物的内部结构和晶体形态
1.晶质体和非晶质体
晶体与晶粒
2.晶形
（2）聚形（combinations）
两个或两个以上单形的聚合称为聚形。
由两个相同的晶体，以一个简单平面相接触而成。
（3）双晶（Twin）
两个以上的同种晶体，按照一定的对称规律形成的规则连生。
B穿插双晶（interpenetratetwin）
由两个相同的晶体，按一定角度互相穿插而成。
C聚片双晶（polysynthetictwin）
由多个相同的晶体，彼此平行排列而成。
3.结晶习性（crystalhabit）
（1）定义：
相同条件下形成的同种晶体经常所具有的形态。
一向延伸:
针状、柱状、纤维状
二向延伸:
片状、板状
三向延伸:
粒状
一向延伸型
二向延伸型
三向延伸
4.晶面条纹
（二）矿物的化学成分
1.矿物的化学组成类型
（1）单质矿物：
由一种自然元素组成。
金、石墨、金刚石等。
（2）化合物
成分相对固定的化合物：
成分可变的化合物：
类质同像:
结晶格架中，性质相近的离子可以互相顶替的现象。
（3）含水化合物
2.矿物的同质多像：
相同化学成分的物质在不同地质条件下，可以形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物。
3.胶体矿物
三、矿物的集合体形态和物理性质
1.矿物的集合体形态
（1）显晶质集合体
显晶质集合体
（2）隐晶质和胶态矿物集合体
2.矿物的物理性质
矿物的颜色是鉴定矿物的重要依据，但相同的矿物在自然界中经常呈现出多种不同的颜色。
B矿物的解理（cleavage）
定义:
当矿物受到外力作用后，沿一定方向裂开，并形成光滑平面的性质。
因解理而裂成的平面叫做解理面。
对矿物解理的观察描述，不但要注意解理的方向、组数及夹角，还应着重确定解理的等级。
根据解理产生的难易程度及其完好性，通常将其分为5级：
（1）极完全解理：
矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑，如云母、石墨、透石膏的解理。
（2）完全解理：
矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见平行解理面的阶梯。
如方铅矿、方解石的解理。
（3）中等解理：
矿物受力后，常沿解理面破裂，解理面较小而不很平滑，且不太连续，常呈阶梯状，却仍闪闪发亮，清晰可见。
如蓝晶石的解理。
（4）不完全解理：
矿物受力后，不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。
如磷灰石、橄榄石的解理。
（5）极不完全解理：
矿物受力后，很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝，通常称为无解理。
如石英、石榴子石、黄铁矿的解理。
对于不完全解理和极不完全解理，在肉眼上都很难看到解理面，常以“解理不发育”或“无解理”来描述。
C矿物的断口（fracture）
矿物受外力打击后，不沿一定的结晶方向裂开，只形成断面，此种现象谓之断口。
常见的断口:
贝壳状断口呈圆形的光滑曲面，面上常出现不规则的
同心条纹，形似贝壳状。
如石英和玻璃质体
锯齿状断口呈尖锐的锯齿状。
延展性很强的矿物具有
此种断口，如自然铜
参差状断口参差不齐、粗糙不平。
大多数矿物具有此
种断口。
如磷灰石；
土状断口土状矿物显此断口，如高岭石
作业：
1.什么叫矿物？
2.晶质体和非晶质体有何不同？
3.比较三组概念：
单形和单体、聚形和集合体、类质同像和同质多像。
4.举例说明什么是矿物的结晶习性。
5.集合体有哪些类型？
它们是如何形成的？
6.简述矿物颜色的成因。
7.什么是矿物的条痕？
观察时应注意什么问题？
8.简述摩氏硬度计表。
9.什么叫解理？
产生的原因是什么？
如何进行观察？
10.论述矿物单体的形态特征。
第3节火成岩
IgneousRock
一、岩浆作用和火成岩
岩浆：
在地壳深处或上地幔天然形成的、富含挥发组分的高温粘稠的硅酸盐熔浆流体，它是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。
岩浆作用：
岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程。
岩浆岩：
由岩浆作用所形成的岩石。
二、喷出作用（火山活动）
岩浆作用：
产生、运动、变化火成岩
喷出作用喷出岩
侵入作用侵入岩
（一）火山构造（火山机构）
火山通道
火山锥
火山口
（二）火山喷发物
1.火山气体（气态喷发物）：
水汽、二氧化碳、硫化物等
2.火山碎屑（固态喷发物）：
火山灰、火山砾、火山渣、火山弹、
3.熔浆：
火山气体
主要成分是H2O（气）、H2O、SO2、CO2、HF、H2S、HCl、NaCl、NH4Cl等。
火山气体中含有大量水汽，加上温度的变化，在火山爆发时往往形成强对流天气，如狂风暴雨、雷鸣电闪等。
此外，火山气体中的许多成分是有毒的，因此，对人和动物会形成致命的伤害。
火山碎屑
火山灰<
2mm单独成岩凝灰岩
火山砾2-50m，火山灰胶结火山角砾岩
火山渣数十厘米快速冷凝的岩浆块浮岩
火山弹>
50mm喷出炸碎后冷凝固结的岩浆块
火山碎屑数量巨大，会造成人和动物迅速窒息。
细粒碎屑在高空传播很远，能有效减少太阳对地表的辐射。
另外，火山碎屑沉积也可以形成肥沃的土壤,甚至具有奇特的治疗皮肤病的效果。
熔浆和熔岩
熔浆是失去挥发组分的岩浆。
熔浆冷却后形成溶岩。
熔浆的流动性与其化学成分有关。
不同成分的熔浆冷却后会形成不同规模的岩体。
（三）火山喷发类型
裂隙式喷发
岩浆通过地壳中狭长线状深断裂溢出地表的喷发方式。
成分多为基性玄武岩岩浆，流动性强，形成大的熔岩被。
大多没有爆炸现象。
地史早期较为常见，与早期较薄的地壳有关。
现代仅见于冰岛。
中心式喷发
岩浆沿一定管状通道喷出地表的喷发方式。
现代火山主要的喷发方式。
多具有爆炸性。
熔岩覆盖面积较小。
常形成火山锥。
依据喷发的猛烈程度，可以分为宁静式、斯特龙博利式和爆烈式三种。
中心式喷发----宁静式
中心式喷发----斯特龙博利式
中心式喷发----爆烈式
（四）近代火山的地理分布
环太平洋火山带
阿尔卑斯-喜马拉雅火山带
大西洋海岒火山带
三、侵入作用
侵入作用：
岩浆由地下深处向上运移，未到达地表而在地下占据一定空间并冷凝成岩的作用。
侵入岩（体）：
侵入作用所形成的岩浆岩。
侵入岩体的产状：
岩体的形状、大小、与围岩的接触关系，以及形成时所处的深度与环境。
深成侵入和浅成侵入：
是依据岩浆侵入的空间距地表的深度来分的。
它们所形成的岩浆岩分别称为深成岩和浅成岩。
岩体产状
深成岩：
岩基、岩株
浅成岩：
岩盘、岩床、岩墙、岩脉
四、火成岩的成分
（一）火成岩的化学成分
地壳的主要元素组成：
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti
火成岩的主要元素组成：
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti
用氧化物表示火成岩的主要化学成分：
SiO2、Al2O3、FeO、CaO、Na2O、K2O、MgO、TiO2
火成岩化学成分的特征
（二）火成岩的矿物成分
1.造岩矿物
长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石含量占火成岩矿物总量的99％，这几种矿物称为火成岩的造岩矿物。
2.深色矿物和浅色矿物
在造岩矿物中长石、石英常呈白色或肉红色，颜色较浅称为浅色矿物，化学成分以硅铝为主，又称为硅铝矿物。
而黑云母、角闪石、辉石、橄榄石呈暗绿色、暗褐色，颜色较深，称为深色矿物，其化学成分以铁镁为主，所以又称为铁镁矿物。
3.主要矿物、次要矿物和副矿物
主要矿物：
含量较多，可以作为区分火成岩大类的矿物。
次要矿物：
含量相对较少，对分大类不起作用，但可以进一步
确定火成岩种属的矿物。
副矿物：
含量很少，对火成岩的分类不起作用的矿物。
矿物成分与火成岩的名字
花岗岩——黑云母花岗岩——角闪石花岗岩
4.指示矿物
（1）石英→游离的SiO2结晶产物→岩浆中SiO2过饱和指示矿物
（2）镁橄榄石→岩浆中SiO2不足（不饱和）指示矿物
（3）岩浆中石英与镁橄榄石不共生
Mg2SiO4+SiO2MgSiO3（1557℃）
镁橄榄石+液相顽火辉石
5.鲍温反应系列
玄武岩岩浆造岩矿物的结晶顺序以及它们的共生组合关系。
是美国的鲍温1922年在实验室观察相当玄武岩熔浆的冷却结晶过程，并结合野外观察的基础上总结出的。
攀枝花矾钛磁铁矿的多重嵌套与鲍文反应系列
五、火成岩的结构和构造
火成岩的结构（texture）:
指组成岩石的矿物颗粒的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、自形程度和矿物间相互关系。
火成岩的构造（structure）:
指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其它组成部分之间的排列、充填方式等。
（一）火成岩的结构
1.火成岩的结晶程度
（1）全晶质结构：
岩石全部由结晶的矿物组成。
多见于深成侵入岩中，结晶条件好，缓慢结晶的产物。
（2）半晶质结构：
岩石由部分晶体和部分玻璃质组成。
多见于浅成岩和火山岩中。
（3）玻璃质结构
升级会员 