渭南師院科學(xué)技術(shù)概論教案06現(xiàn)代天文學(xué)和現(xiàn)代地學(xué)

第六章現(xiàn)代天文學(xué)和現(xiàn)代地學(xué)教學(xué)目標(biāo)：掌握大爆炸宇宙理論、太陽系概況、板塊構(gòu)造說；熟悉恒星的形成和演化、地球的形成和演化；了解哈勃定律、海底擴(kuò)張說、大陸漂移說。教學(xué)重點(diǎn)：大爆炸宇宙理論，太陽系概況，板塊構(gòu)造說。教學(xué)難點(diǎn)：哈勃定律，海底擴(kuò)張說，大陸漂移說。教學(xué)方法與手段：講授法，多媒體輔助。本章主要閱讀文獻(xiàn)資料：吳國盛著，《科學(xué)的歷程》，北京：北京大學(xué)出版社2002年10月版。第一節(jié)現(xiàn)代天文學(xué)一、宇宙的起源和演化（一）哈勃定律與宇宙膨脹的確證1929年，哈勃確認(rèn)，遙遠(yuǎn)的星系均遠(yuǎn)離我們地球所在的銀河系而去，同時，它們的紅移隨著它們的距離增大而成正比地增加。這一普遍規(guī)律稱為哈勃定律。光是電磁波。當(dāng)光源遠(yuǎn)離觀測者時，接受到的光波頻率比其固有頻率低，即向紅端偏移，這種現(xiàn)象稱為“紅移”。當(dāng)光源接近觀測者時，接受頻率增高，相當(dāng)于向藍(lán)端偏移，稱為“藍(lán)移”。根據(jù)宇宙學(xué)的原理，當(dāng)觀測足夠大的空間時，沒有特殊方向和特殊點(diǎn)，因此哈勃定律說明宇宙在膨脹。（二）大爆炸宇宙理論1948年伽莫夫建立了熱大爆炸的觀念。200億年前宇宙是溫度無窮大密度無窮大的奇點(diǎn)，然后是大爆炸，通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子，這些粒子在能量的作用下，逐漸形成了宇宙中的各種物質(zhì)。在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因為整個體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時期開始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束（見元素合成理論）。宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸理論得到兩個事實的支持：第一天體年齡，第二氦元素的豐度。二、星系的起源和演化星系：由數(shù)十億至數(shù)千億顆恒星、星際氣體和塵埃等組成的巨大天體系統(tǒng)，是構(gòu)成宇宙的基本單元。分類：橢圓星系、旋渦星系、透鏡狀星系和不規(guī)則星系。20世紀(jì)六十年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)：脈沖星，宇宙微波背景輻射，類星體，星際分子。三、恒星和太陽系（一）恒星的演化恒星的演化：經(jīng)過主序星、紅巨星和晚期三個階段。到最后階段，有白矮星、中子星、黑洞三種歸宿。（二）太陽系1、太陽系概況太陽質(zhì)量占太陽系99.86％。太陽系的行星：原九大行星（目前國際天文學(xué)界不再把冥王星當(dāng)作大行星，太陽系只有八大行星）。其中水星、金星、地球、火星性質(zhì)接近，稱為類地行星。其余四顆稱為類木行星。太陽能來源于核聚變反應(yīng)。2、太陽系的起源太陽系是由50億年前緩緩轉(zhuǎn)動的彌漫氣體云形成的。

第二節(jié)現(xiàn)代地學(xué)一、行星地球及其構(gòu)造（一）行星地球的特征地日距離，公轉(zhuǎn)周期，自轉(zhuǎn)周期，形狀、大小、半徑、重量。（二）圈層構(gòu)造1、外部圈層地球的外部圈層分為：大氣圈、水圈、生物圈。大氣圈分為：對流層、平流層、中層、電離層、散逸層。內(nèi)部圈層分為地殼、地幔、地核。地殼是地面至莫霍界面之間的固體外殼，巖石是硅鋁層、硅鎂層。地幔位于莫霍界面至古登堡界面之間，又叫中間層，固體，主要物質(zhì)是鐵、鎂的硅酸鹽。地核從古登堡界面到地心，分為外核和內(nèi)核，外核接近液體，內(nèi)核為固體。主要由鐵和鎳構(gòu)成。二、地球的起源和演化隨著恒星生生減減，較晚形成的星云與恒星其重元素的含量也愈多。太約約在四十六億年前形成，同時，圍繞在太陽周圍的微粒，彼此碰撞、吸附，逐漸形成微小顆粒。再累積形成原始的行星、衡星等天體，地球就是其中一個。大約在47億年前，地球剛剛形成。那時地球的環(huán)境與現(xiàn)在完全不同：地面上火山爆發(fā)，溫度極高。后來，地球的溫度逐漸降低，水蒸氣凝結(jié)成雨降落到地面上，最終匯集成原始的海洋。原始海洋中的各種物質(zhì)不斷地相互作用，經(jīng)過極其漫長的歲月，逐漸形成了原始的生命，可以說原始的海洋是生命的搖籃。太古代末期形成了高分子有機(jī)物，古生代時海洋里演化也了魚類。后來形成了大片森林和動植物。中生代時出現(xiàn)了大量被子植物，新生代后，人類出現(xiàn)。地球現(xiàn)在正處在壯年期。三、大地構(gòu)造學(xué)說（一）大陸漂移說魏格納是德國氣象學(xué)家和探險家。1912年，他提出了地殼變遷的大膽假說，即“大陸漂移說”。這一理論認(rèn)為，在兩億年前，地球上只有一塊被無邊無際的泛海洋所包圍的原始泛大陸。這塊泛大陸由較輕的固態(tài)硅鋁層組成，并漂浮在粘性很大的液態(tài)硅鎂層上。到古生代以后，泛大陸開始破碎，碎塊在地球自轉(zhuǎn)和日月潮汐力的作用下,逐漸漂移開來，形成了今天的陸海分布格局。南美洲與非洲本來就是連在一起的，南美洲的東海岸與非洲的西海岸正是它們之間的一道裂痕。這一石破天驚的理論,立即在科學(xué)界炸開了鍋。一些學(xué)者積極支持，認(rèn)真求證；另外的多數(shù)學(xué)者則堅決反對，猛烈抨擊。直至1928年在紐約舉行的一次地學(xué)討論會上，“大陸漂移說”仍被斥為“荒誕的怪論”、“積木游戲”。兩年以后，魏格納在格陵蘭的探險中不幸以身殉職，“大陸漂移說”也從此銷聲匿跡。20世紀(jì)50年代，隨著古地磁學(xué)新發(fā)現(xiàn)的問世和地球物理勘測技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多支持“大陸漂移說”的新證據(jù)又一次擺在人們的面前，才使這一學(xué)術(shù)在沉寂20多年后得以起死回生，重新活躍起來。此后，科學(xué)家們沿著“大陸漂移說”的思路，深入研究，創(chuàng)立了“海底擴(kuò)張說”和“板塊構(gòu)造說”。（二）海底擴(kuò)張說是有關(guān)巖石圈發(fā)展的一種學(xué)說。1960年由美國赫斯提出。該學(xué)說認(rèn)為地幔內(nèi)存在著熱對流，變化了的地幔頂部的玄武巖熔巖物質(zhì)，形成高溫上升流，在大洋中脊隆起，侵入并上升涌出，遇水作用成蛇紋石化，從而形成新的大洋地殼，將原先存在的大洋地殼不斷向外推移，使整個海底不斷自大洋中脊向兩側(cè)擴(kuò)張。至海溝一島弧一線受阻于大陸而俯沖下沉，又融熔于地幔中，達(dá)到新生和消亡的消長平衡。該學(xué)說的主要證據(jù)是，印度洋洋中脊區(qū)的磁異常呈條帶狀，正負(fù)相間、平行于中脊的延伸方向，并以中脊為軸呈兩側(cè)對稱，其順序與年代一致，證明洋底是從大洋中脊向外擴(kuò)展大洋中脊的擴(kuò)展而成；轉(zhuǎn)換斷層概念的提出，使巖石圈水平位移成為可能，也說明大洋中脊的擴(kuò)張新生洋殼和海溝帶的洋殼俯沖消減的消長平衡關(guān)系。測算結(jié)果表明，太平洋的擴(kuò)張速率為每年5-7厘米，大西洋為1-2厘米。海底擴(kuò)張學(xué)說是大陸漂移學(xué)說的新形式，也是板塊構(gòu)造學(xué)說的重要理論支柱。（三）板塊構(gòu)造說板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為巖石圈的構(gòu)造單元是板塊，板塊的邊界是洋中脊、轉(zhuǎn)換斷層、俯沖帶和地縫合線。由于地幔的對流，板塊在洋中脊分離、擴(kuò)大，在俯沖帶和地縫合線處下沖、消失。在板塊內(nèi)部，地殼相對比較穩(wěn)定，而板塊與板塊交界處，則是地殼比較活動的地帶，這里火山、