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1、第三章第三章 地球的去气作用地球的去气作用和地球演化和地球演化第1页，共19页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 地球的去气作用地球的去气作用 1 地球的起源及早期演化地球的起源及早期演化 2、岩石圈形成前的去气作用、岩石圈形成前的去气作用3、岩石圈形成后的去气作用、岩石圈形成后的去气作用第2页，共19页，编辑于2022年，星期二1 地球的起源及早期演化地球的起源及早期演化1.1 概述概述1.2 吸积作用及其演化吸积作用及其演化1.3 放射能和重力势能对地球熔融的作放射能和重力势能对地球熔融的作用用1.4 宇宙大气的形成及演化宇宙大气的形成及演化 第3页，共19页，编辑于2022年，星期二
2、1.1 概述概述（1）地球的圆球形状，说明其肯定熔融）地球的圆球形状，说明其肯定熔融过。过。（2）造成熔融的能量只能是动能、重力）造成熔融的能量只能是动能、重力势能、放射能三者之一。势能、放射能三者之一。（3）通过能量分析，造成地球熔融的能）通过能量分析，造成地球熔融的能量，只能是动能。量，只能是动能。第4页，共19页，编辑于2022年，星期二1.2 吸积作用及其演化吸积作用及其演化由于万有引力的作用，太阳系起源的早由于万有引力的作用，太阳系起源的早期，相互吸积，逐渐形成地球等九大行期，相互吸积，逐渐形成地球等九大行星和其它星体。由于吸积作用，造成地星和其它星体。由于吸积作用，造成地球等吸积星
3、体的表面的熔融。球等吸积星体的表面的熔融。第5页，共19页，编辑于2022年，星期二1.3 放射能和重力势能对放射能和重力势能对地球熔融的作用地球熔融的作用当吸积作用完成后，由于放射能和重力当吸积作用完成后，由于放射能和重力势能的继续作用，地球内部逐渐完成熔势能的继续作用，地球内部逐渐完成熔融，并在重力势能的作用下，完成地球融，并在重力势能的作用下，完成地球内部的分层。内部的分层。第6页，共19页，编辑于2022年，星期二1.4 宇宙大气的形成及演化宇宙大气的形成及演化宇宙大气，是由宇宙物质吸积形成星体宇宙大气，是由宇宙物质吸积形成星体时，由宇宙物质带来的以氢、氦等为主时，由宇宙物质带来的以氢
4、、氦等为主的大气。宇宙大气较轻，由于受太阳风的大气。宇宙大气较轻，由于受太阳风的影响而散失。由于大量宇宙大气的太的影响而散失。由于大量宇宙大气的太阳风散失，逐渐被地球等星体吸积熔融阳风散失，逐渐被地球等星体吸积熔融而生成的原始大气所代替。而生成的原始大气所代替。第7页，共19页，编辑于2022年，星期二2、岩石圈形成前的去气作用、岩石圈形成前的去气作用岩石圈形成前，宇宙大气浓度较高，大气压相当岩石圈形成前，宇宙大气浓度较高，大气压相当大，地球熔融产生的原始大气能否从地球内部排大，地球熔融产生的原始大气能否从地球内部排出，决定于熔融地球的熔融深度，原始大气的量，出，决定于熔融地球的熔融深度，原始
5、大气的量，宇宙大气的量。这种宇宙大气和原始大气的混合宇宙大气的量。这种宇宙大气和原始大气的混合物质的组成，受以上因素的制约，从而达到一定物质的组成，受以上因素的制约，从而达到一定的平衡。总体来说是，宇宙大气受太阳风的作用，的平衡。总体来说是，宇宙大气受太阳风的作用，越来越少，而原始大气，因地球熔融深度的增加，越来越少，而原始大气，因地球熔融深度的增加，越来越多。最终，宇宙大气被原始大气所代替。越来越多。最终，宇宙大气被原始大气所代替。第8页，共19页，编辑于2022年，星期二3、岩石圈形成后的去气作、岩石圈形成后的去气作用用3.1 概述概述3.2 后期去气作用的阶段性后期去气作用的阶段性 3.
6、3 影响后期去气作用的因素影响后期去气作用的因素第9页，共19页，编辑于2022年，星期二3.2 后期去气作用的阶段后期去气作用的阶段性性由于地球的破裂具有阶段性，地球内部由于地球的破裂具有阶段性，地球内部气体排出也一定具有阶段性。地球的破气体排出也一定具有阶段性。地球的破裂是由于冰川形成和消融造成的，所以，裂是由于冰川形成和消融造成的，所以，地球去气的阶段性，是由冰川形成和消地球去气的阶段性，是由冰川形成和消融的阶段性决定的。融的阶段性决定的。第10页，共19页，编辑于2022年，星期二3.3 影响后期去气作用的影响后期去气作用的因素因素由于地球岩石圈形成后，地球的去气作由于地球岩石圈形成后
7、，地球的去气作用，主要受冰川的形成和消融的影响，用，主要受冰川的形成和消融的影响，所以，能影响冰川形成的因素，也应是所以，能影响冰川形成的因素，也应是影响地球去气作用的因素。如冰川形成影响地球去气作用的因素。如冰川形成的周期、植物量、植物的进化程度、两的周期、植物量、植物的进化程度、两极是陆地或是海洋等。极是陆地或是海洋等。第11页，共19页，编辑于2022年，星期二第二节 地球演化过程中的pH平衡 1 地球的去气作用及其对地球的作用地球的去气作用及其对地球的作用2 碳系统的平衡原理碳系统的平衡原理3 碳平衡系统对地球的作用碳平衡系统对地球的作用4 硅系统的平衡原理硅系统的平衡原理5 硅平衡系
8、统对地球的作用硅平衡系统对地球的作用6 pH值的演化过程值的演化过程7 有机碳沉积的作用有机碳沉积的作用第12页，共19页，编辑于2022年，星期二1 地球的去气作用及其对地地球的去气作用及其对地球的作用球的作用（1）地球的海洋、大气由地球去气作用形成。）地球的海洋、大气由地球去气作用形成。（2）地球的去气气体，除水外，主要是二氧化）地球的去气气体，除水外，主要是二氧化碳，二氧化碳是温室气体，维持地球不会成为碳，二氧化碳是温室气体，维持地球不会成为大冰球。大冰球。（3）太阳的发光能力是越来越强的。）太阳的发光能力是越来越强的。（4）地球去气作用，解决了地球降温的问题，可）地球去气作用，解决了地
9、球降温的问题，可同时带来一个不断增温的过程。同时带来一个不断增温的过程。第13页，共19页，编辑于2022年，星期二2 碳系统的平衡原理碳系统的平衡原理 第14页，共19页，编辑于2022年，星期二3 碳平衡系统对地球的作用碳平衡系统对地球的作用（1）地球的）地球的CO2平衡系统，将大气中大量的平衡系统，将大气中大量的CO2通过转化通过转化为碳酸钙或碳酸镁等碳酸盐岩，重新埋入地壳。这样，使大为碳酸钙或碳酸镁等碳酸盐岩，重新埋入地壳。这样，使大气中的气中的CO2浓度不太高，不至于产生水气化点以上的地球浓度不太高，不至于产生水气化点以上的地球表面温度。是碳平衡系统对地球的最大贡献。表面温度。是碳平
10、衡系统对地球的最大贡献。（2）每）每1摩尔摩尔CO2最后变成最后变成1摩尔埋入地壳的碳酸盐，同时摩尔埋入地壳的碳酸盐，同时产生产生2摩尔摩尔H+。所以。所以，要将大量的，要将大量的CO2转化为碳酸盐岩埋转化为碳酸盐岩埋入地壳，必然会产生大量的入地壳，必然会产生大量的H+。（3）地球地去气作用时，不仅排出大量的）地球地去气作用时，不仅排出大量的CO2，还会排，还会排出大量的出大量的HCl、HF、H2S和和SO2等酸性气体，原始海洋形成等酸性气体，原始海洋形成时，其时，其pH值应很低，接近于值应很低，接近于0。（4）碳平衡系统解决了地球去气作用使大气）碳平衡系统解决了地球去气作用使大气CO2浓度继
11、续增浓度继续增高的问题，但同时又和地球去气造成的其它酸性气体一高的问题，但同时又和地球去气造成的其它酸性气体一道，产生了一个道，产生了一个H+增多，使水圈变酸的问题。增多，使水圈变酸的问题。第15页，共19页，编辑于2022年，星期二4 硅系统的平衡原理硅系统的平衡原理 第16页，共19页，编辑于2022年，星期二5 硅平衡系统对地球的作用硅平衡系统对地球的作用（1）1摩尔大气中的摩尔大气中的CO2最终转化为最终转化为1摩尔埋入地壳的碳摩尔埋入地壳的碳酸盐岩，消耗酸盐岩，消耗2摩尔摩尔H+，而，而1摩尔硅酸盐岩风化水解，最后摩尔硅酸盐岩风化水解，最后形成形成1摩尔摩尔SiO2沉淀，埋入地壳，将
12、消耗沉淀，埋入地壳，将消耗4摩尔摩尔H+。碳平衡系。碳平衡系统，不断产生统，不断产生H+，完成，完成CO2向碳酸盐岩的转化；硅系统，不向碳酸盐岩的转化；硅系统，不断吸收断吸收H+，完成硅酸盐岩向，完成硅酸盐岩向SiO2岩的转化。岩的转化。（2）在地球演化过程中，海洋里）在地球演化过程中，海洋里H+浓度高时，也即浓度高时，也即pH值值低时主要是硅酸盐岩风化和低时主要是硅酸盐岩风化和SiO2的沉淀；海洋里的沉淀；海洋里H+浓度浓度低时，也即低时，也即pH值较高时主要是值较高时主要是CO2溶于海洋和碳酸盐的沉淀。溶于海洋和碳酸盐的沉淀。当这两者作用相等时，当这两者作用相等时，pH值不变，既不会有值不
13、变，既不会有SiO2的沉淀，也不的沉淀，也不会有碳酸盐的沉淀。会有碳酸盐的沉淀。（3）地球上如此大量的碳酸盐岩和）地球上如此大量的碳酸盐岩和SiO2岩是怎样形成的岩是怎样形成的呢？也就是最后一个问题，碳酸盐岩和呢？也就是最后一个问题，碳酸盐岩和SiO2岩形成的动力学岩形成的动力学问题。问题。第17页，共19页，编辑于2022年，星期二6 pH值的演化过程值的演化过程（1）海洋刚形成时，）海洋刚形成时，pH值应是比较低的，应为值应是比较低的，应为0.3左右左右。（2）由于地壳形成的早期，）由于地壳形成的早期，pH值较低，硅酸盐岩风化迅值较低，硅酸盐岩风化迅速，速，SiO2不断形成，从原始海洋形成
14、至不断形成，从原始海洋形成至38亿年前，经近亿年前，经近2亿年，亿年，pH值不断增高，达值不断增高，达5.0以上，开始有二价铁的氢氧以上，开始有二价铁的氢氧化物沉积（因这时的大气为强还原环境，不会有三价铁的化物沉积（因这时的大气为强还原环境，不会有三价铁的存在）存在）（3）由于光合作用，约由于光合作用，约25亿年前，亿年前，pH值升至值升至7.2以上，以上，大量的碳酸盐岩开始沉淀。大量的碳酸盐岩开始沉淀。（4）硅酸盐风化、碳酸盐岩沉淀和光合作用，共同维持）硅酸盐风化、碳酸盐岩沉淀和光合作用，共同维持现有的海洋现有的海洋pH值。值。第18页，共19页，编辑于2022年，星期二7 有机碳沉积的作用有机碳沉积的作用（1）(1Gt=109t)沉积碳酸岩为沉积碳酸岩为6107Gt有机物沉积为有机物沉积为1.5107Gt。（2）光合作用。）光合作用。（3）n(CH2O)=C64H63O7+xH2O+yCO2第19页，共19页，编辑于2022年，星期二