Transcript 第一章 地球環境 的演變 研究地球歷史像科學辦案！ 觀察 推理 假說（學說） 推理原則─定理、定律、… 合理的說法 為何要研究地球歷史? 歷史是通往未來的鑰匙 大氣會變嗎? 太陽會更熱嗎? 海洋面積會擴大嗎? … 人類會滅絕嗎? 怎知過去的地球？ 怎知過去地球發生了什麼事？ 什麼時候有什麼生物？ 什麼時候有火山噴發？ 什麼時候造山運動？ 地球什麼時候形成？ 地球歷史的線索有那些？ 研究地球歷史的方法 時間的線索 放射性同位素定年法原理 放射性元素（母元素）會衰變成新的元素 （子元素） ，當母元素的數量衰變至剩下一 半所需的時間，稱為半衰期 例如:某岩石原本含有C14原子100個，經過1個半 衰期後會剩50個 C14原子。 若經過2個半衰期， 則剩25個C14原子。 放射性元素的衰變 放射性同位素的半衰期 不同的放射性元素有不同的半衰期 碳14──5730年，子元素氮14 鈾238──44.7億年，子元素鉛206 鉀40──12.8億年，子元素鈣40及氬40 研究地球歷史的方法 偵測礦物或岩石中子元素和母元素含量， 計算出母元素的原始量，便可決定礦物 或岩石形成的年代 定年的限制 • 原始總量的不易估計 – 子元素可能逸散，或早期已存在於標本中 • 超過10個半衰期的標本定年誤差很大 –C14大約能定年至5萬年前 • 放射性元素不存在於標本中 – 火成岩通常具有較多的放射性元素 沈積地層的年代如何定年? 三層沈積地層怎知那件事先發生？ 補充 沈積構造─沈積過程中造成的構造 層理 補充 沈積構造─沈積過程中造成的構造 波痕─淺水、水流或波浪成的沈積現象 研究地球歷史的方法 地質事件發生的先後順序(相對地質年代)： 疊積原理：岩層沉積時，新地層沉積在 舊地層之上 截切原理：截切者新，被截切者老 化石群連續定律：同時代的地層包括一 些特有的化石群 利用已知年齡的火成岩可定出 其他岩層的年齡 頁岩形成於500萬 ~800萬年之間  頁岩形成於600萬~800 萬年之間 甲、乙、丙三地的岩層不盡相同，但可對比岩 層性質、順序與所含的化石，得到各岩層形成 的順序（最右圖） 化石的用途 指相化石與標準化石 指相化石：可以指示當時沉積環境的化石， 例如珊瑚化石指示為熱帶淺海、含砂量少 的環境 標準化石：可以指示相對地質年代的化石， 例如三葉蟲化石為古生代的標準化石 習題第三題 1.剖面中各地質事件的先後順序？ 2.頁岩、砂岩、石灰岩的形成時間？ 地球的起源與演化 怎知地球是何時形成的？ 地球上最古老的物質是澳洲西部的變質礫岩 層中的鋯石礦物，其形成時間約在44～39億 年前，是岩漿冷卻過程中結晶形成的。 地球上最古老的隕石和月球上的岩石約46億 年。 如果太陽系中眾多星體是同時形成的，地球 年齡約46億年。 地球的起源與演化 怎知地球是如何形成的？ 地球形成過程的假說必須能解釋各種目前的 現象 • 例如:地球的自轉與公轉、在太陽系中的位置、 地球的體積、質量、分層… 太陽星雲說 太陽系約在 46 億年前，由塵埃和金屬組成 的星雲收縮而誕生 地球與太陽系各星體同時形成 太陽星雲說 (A)星雲因重力作用而塌縮 (B)星雲收縮成圓盤，原始 太陽形成 (C)圓盤上產生岩石和金屬 的固體微粒 (D)重覆碰撞使粒子逐漸變 大 (E)經過數百萬年後，大行 星形成 太陽星雲說 太陽星雲說能解釋… 各行星軌道面近黃道面 幾乎所有行繞太陽的方向和太陽的自轉方向 一致 月面上隕石坑大多很古老 類地及類木行星的分布 太陽系中的星體是同時形成的嗎？ 固體地球的演化 原始地球初期是由微行星碰撞形成岩漿 海所覆蓋 原始地球構成物質中的鐵與鎳沉到地球 中心，形成以鐵為主的地核 固體地球的演化 地核的周圍是較輕的物質所形成的地函 微行星碰撞減少，溫度下降，地表變成 固態，中心部分的熱與放射性物質放出 的熱使得部分地函熔融，而較輕的物質 浮到表層，形成地殼 地球內部產生分層的過程 大氣的演化  地球大氣的演化可分 成三個階段： (1)原始大氣為太陽星 雲中的氫和氦 (2)從地球內部釋出以 水氣和二氧化碳為主 的大氣 金星的狀態可能與早期地球 很像，氣溫高、充滿硫酸雲 大氣的演化 (3)生物行光合作用放出氧氣，當氧氣累積 到足夠濃度，較高層大氣中的氧氣形成 了臭氧層，使生命免於太陽紫外線的照 射，生命才登上陸地 14 大氣經 46 億年的演化而成 夏威夷火山爆發 的氣體組成 海洋的演化 微行星碰撞減少，地表溫度下降，大氣 中的水氣凝結而降雨，形成原始海洋 經由陸地的火山噴發、風及河流搬運等 輸送，將大量鈉、鎂、鈣、硫、碳、氯 等元素帶入海中 海水鹽度達到現在的平衡 地球上水的來源之一是彗星.

第一章
地球環境
的演變
研究地球歷史像科學辦案！
觀察
推理
假說（學說）
推理原則─定理、定律、…
合理的說法
為何要研究地球歷史?
歷史是通往未來的鑰匙
大氣會變嗎?
太陽會更熱嗎?
海洋面積會擴大嗎?
…
人類會滅絕嗎?
怎知過去的地球？
怎知過去地球發生了什麼事？
什麼時候有什麼生物？
什麼時候有火山噴發？
什麼時候造山運動？
地球什麼時候形成？
地球歷史的線索有那些？
研究地球歷史的方法
時間的線索
放射性同位素定年法原理
放射性元素（母元素）會衰變成新的元素
（子元素） ，當母元素的數量衰變至剩下一
半所需的時間，稱為半衰期
例如:某岩石原本含有C14原子100個，經過1個半
衰期後會剩50個 C14原子。 若經過2個半衰期，
則剩25個C14原子。
放射性元素的衰變
放射性同位素的半衰期
不同的放射性元素有不同的半衰期
碳14──5730年，子元素氮14
鈾238──44.7億年，子元素鉛206
鉀40──12.8億年，子元素鈣40及氬40
研究地球歷史的方法
偵測礦物或岩石中子元素和母元素含量，
計算出母元素的原始量，便可決定礦物
或岩石形成的年代
定年的限制
• 原始總量的不易估計
– 子元素可能逸散，或早期已存在於標本中
• 超過10個半衰期的標本定年誤差很大
–C14大約能定年至5萬年前
• 放射性元素不存在於標本中
– 火成岩通常具有較多的放射性元素
沈積地層的年代如何定年?
三層沈積地層怎知那件事先發生？
補充
沈積構造─沈積過程中造成的構造
層理
補充
沈積構造─沈積過程中造成的構造
波痕─淺水、水流或波浪成的沈積現象
研究地球歷史的方法
地質事件發生的先後順序(相對地質年代)：
疊積原理：岩層沉積時，新地層沉積在
舊地層之上
截切原理：截切者新，被截切者老
化石群連續定律：同時代的地層包括一
些特有的化石群
利用已知年齡的火成岩可定出
其他岩層的年齡
頁岩形成於500萬
~800萬年之間
 頁岩形成於600萬~800
萬年之間
甲、乙、丙三地的岩層不盡相同，但可對比岩
層性質、順序與所含的化石，得到各岩層形成
的順序（最右圖）
化石的用途
指相化石與標準化石
指相化石：可以指示當時沉積環境的化石，
例如珊瑚化石指示為熱帶淺海、含砂量少
的環境
標準化石：可以指示相對地質年代的化石，
例如三葉蟲化石為古生代的標準化石
習題第三題
1.剖面中各地質事件的先後順序？
2.頁岩、砂岩、石灰岩的形成時間？
地球的起源與演化
怎知地球是何時形成的？
地球上最古老的物質是澳洲西部的變質礫岩
層中的鋯石礦物，其形成時間約在44～39億
年前，是岩漿冷卻過程中結晶形成的。
地球上最古老的隕石和月球上的岩石約46億
年。
如果太陽系中眾多星體是同時形成的，地球
年齡約46億年。
地球的起源與演化
怎知地球是如何形成的？
地球形成過程的假說必須能解釋各種目前的
現象
• 例如:地球的自轉與公轉、在太陽系中的位置、
地球的體積、質量、分層…
太陽星雲說
太陽系約在 46 億年前，由塵埃和金屬組成
的星雲收縮而誕生
地球與太陽系各星體同時形成
太陽星雲說
(A)星雲因重力作用而塌縮
(B)星雲收縮成圓盤，原始
太陽形成
(C)圓盤上產生岩石和金屬
的固體微粒
(D)重覆碰撞使粒子逐漸變
大
(E)經過數百萬年後，大行
星形成
太陽星雲說
太陽星雲說能解釋…
各行星軌道面近黃道面
幾乎所有行繞太陽的方向和太陽的自轉方向
一致
月面上隕石坑大多很古老
類地及類木行星的分布
太陽系中的星體是同時形成的嗎？
固體地球的演化
原始地球初期是由微行星碰撞形成岩漿
海所覆蓋
原始地球構成物質中的鐵與鎳沉到地球
中心，形成以鐵為主的地核
固體地球的演化
地核的周圍是較輕的物質所形成的地函
微行星碰撞減少，溫度下降，地表變成
固態，中心部分的熱與放射性物質放出
的熱使得部分地函熔融，而較輕的物質
浮到表層，形成地殼
地球內部產生分層的過程
大氣的演化
 地球大氣的演化可分
成三個階段：
(1)原始大氣為太陽星
雲中的氫和氦
(2)從地球內部釋出以
水氣和二氧化碳為主
的大氣
金星的狀態可能與早期地球
很像，氣溫高、充滿硫酸雲
大氣的演化
(3)生物行光合作用放出氧氣，當氧氣累積
到足夠濃度，較高層大氣中的氧氣形成
了臭氧層，使生命免於太陽紫外線的照
射，生命才登上陸地
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大氣經 46 億年的演化而成
夏威夷火山爆發
的氣體組成
海洋的演化
微行星碰撞減少，地表溫度下降，大氣
中的水氣凝結而降雨，形成原始海洋
經由陸地的火山噴發、風及河流搬運等
輸送，將大量鈉、鎂、鈣、硫、碳、氯
等元素帶入海中
海水鹽度達到現在的平衡
地球上水的來源之一是彗星