地球的起源与形成

(一)地球的化学组成

形成太阳系的原始太阳星云的化学组成，应当与目前借助光谱分析所得知的星际物质和太阳外部的化学组成相类似。取硅原子数目的相对含量为单位，太阳原始星云组成的主要元素如表1-1所示。原始太阳星云主要是由氢、氦和氖等气体物质组成，约占总质量的98.5%。此外也包含一些尘粒，它们是由铁、硅、铝、镁、硫及其氧化物所组成的土物质，如Si O2、Mg O、Mg Si O2、Fe3O4和石墨等。此外还有一些氮、氧以及它们的氢化物组成冻结形式的小冰块，称“冰物质”，如H2O、NH3·H2O(水化氨)、CH4·7H2O(水化甲烷)。土物质和冰物质共占星云物质的1.5%。

表1-1 原始星云的化学组成

根据太阳系形成的新星云说，原始星云不断收缩，中心部分的物质形成太阳，外围物质由于惯性离心力作用，未曾向中心集中而演化成星云盘。当太阳成为一颗恒星之后，在光热辐射及太阳风作用之下，靠近太阳处星云盘中的气物质和冰物质逐渐跑掉，剩下土物质，它们只占原始星云含量的0.4%。在演化过程中，这些土组成的尘粒向星云盘的赤道平面降落，密度增大，彼此碰撞，大的合并小的，逐渐增大成为星子。当星子的半径大到1千米左右时，其质量产生足够的吸引力，在引力吸积作用下，半径越来越大，大约经1亿年左右，在靠近太阳的区域，形成了由土物质组成的密度大、质量小的4个行星，地球就是其中之一。

(二)地球的历史演化

1. 地球年龄的科学测定

地球从原始太阳星云盘中的物质集聚成一个行星，到现在已经过了多少岁月? 科学工作者根据岩石中放射性元素和它们蜕变生成的同位素含量，测定岩石的年龄。放射性元素蜕变很稳定，不受外界条件，如温压、化学变化的影响，在一定时间内，一定数量的放射性元素，分裂多少分量，生成多少新的物质，都有确切的数字。例如1g铀在一年中有1.74×10－11g裂变为铅和氦，238U、235U和232Th会蜕变为206Pb、207Pb和208Pb。

铅有4种同位素，其中206Pb、207Pb、208Pb都是铀蜕变的产物，它们随时间增加。而204Pb不是放射性产物，因此把岩石中的204Pb除开，再测出铀和铅的含量，就可算出岩石形成的年龄了。

又例如铷(Rb)每年有1.6×10－11g蜕变为锶的同位素87Sr，锶还有同位素88Sr不是蜕变产物，把88Sr除开，计算87Sr和Rb的含量也可得知岩石的年龄。此外还可利用钾、镭、铍、氯、铁等放射性元素及其生成的同位素测定岩石的年龄。

地球上目前根据铷-锶法测出最老的岩石年龄是格陵兰岛戈达布区古老片麻岩，为39.8±1亿年。我国河北省迁西、遵化一带变质岩为34.19±2.42亿年。地球开始形成的年代，应当比岩石年龄要早。现在一般估计地球的年龄大约是46亿年。此外用铀-铅法测定吉林陨石年龄为45.5亿年。阿波罗从月球上取回的月岩测定年龄为45～46亿年。据此可以认为整个太阳系的产生和演化大约经历了50亿年的历史。

地球从诞生到现在的46亿年间，经过了翻天覆地的变化。由于地球内部物质不断地运动，地壳在内、外力的作用下，也在不断地运动变化，大规模地上升、下降，地表大陆和海洋的面积与相对位置有过几度的变迁。地球上的气候有过炎热→寒冷→湿润→干旱的交替。生物的出现和不断演化表现在由海生生物发展到陆生生物，由简单到复杂，由低级到高级。而人类的出现，标志着地球演化到了一个新的阶段。自然界总是不断发展的，不会永远停止在一个水平上，我们的地球还要继续演化下去。

2. 地球历史的阶段划分

地球形成至今约有4600Ma，大致可分为3个阶段。

天文时期，大致距今4600～3500Ma。地球上基本未保留这一时期的地质体。当时的地质状况，主要是从现有的地质认识出发，结合对月球及其他行星的考察，得出的推论。

太古宙—元古宙时期，距今3500～542Ma。这一时期的地质体主要残留在地球上若干很古老的大陆上，而且有最古老的化石被发现。此时已有原始生命发育，并开始出现向多种生物门类演化和发展的迹象。

显生宙时期，542Ma至今。这一时期的地质体遍布全球各地，而且比较完整。生物趋向繁荣，并几度出现兴衰交替的发展。可以说，目前地质学的基本理论和基本知识，在很大程度上得益于对这一时期的地质学研究(Protheroetal， 2004)。

由于天文时期距今时代久远，期间经历复杂而剧烈的地质作用，因此世界上的珠宝玉石矿床主要形成于太古宙—元古宙时期和显生宙时期。例如巴西前寒武纪的祖母绿矿床产于一种有太古宙基底和上地壳岩、超镁铁质岩和花岗岩类岩石的典型地质环境中。而富含钻石矿床的金伯利岩在地质历史中的形成时期跨度较大，主要形成于太古宙—元古宙时期和显生宙时期的几个主要地质年代。

地球系统包括由地壳、地幔和地核组成的内部圈层系统，由大气圈、水圈和生物圈组成的外部圈层系统，以及对地球演化产生影响的外界系统(月球、太阳等)。