地球是如何形成的论文

用于寻找外星智能生命的大型望远镜 中科院紫金山天文台的专家认为,要讨论世界上到底有没有外星人这个问题，首先要有个生命的定义，既然到现在为止还没发现另一种形式的生命，我们只能按地球上的生命形式来定义，否则就象在讨论有没有鬼神一样。众所周知,太阳系中有多种不同的环境，到现在为止还没发现地球外有任何形式的生命存在，因此更谈不上所谓的外星人。从现在所知道的情况看，地球确实是个得天独厚的地方。从大环境来说，太阳系处于一个恒星很稀疏的地方，否则强大的高能幅射将会杀灭一切任何形式的生命。从中等环境来看，太阳和地球不大不小，距离不远不近，刚好适合生命的发生和繁衍。离地球最近的行星物质刚好都聚集成了大行星，在距地球不太远的地方又有土星和木星这样的特大行星吸引了天外飞来的慧星。如果小行星带处于火星或金星的位置上或者没有土星和木星将会大大增加大陨星撞击地球的几率，对地球上的生命会大大的不利。从小环境看，地球不大不小，太小就无法保持大气层和水，太大大气压力又太高。自身引力太大又会造成高大的植物和动物无法生存。地球上的化学元素组成恰到好处，首先大气中主要成分是氧和氮，比例也恰好。氧太少生命无法生成(估计任何生命都要靠氧化反应来生存)，太多了氧化反应太快会使任何能氧化的东东都氧化也无法生成生命，就是形成生命在同样的大气压下也会氧中毒。而冲淡氧气的又刚好是氮气，氮气刚好是一种不活泼的气体而又是形成蛋白质不可缺少的元素。地球上又有适当数量的氢，能形成足够的水再剩下一些用于形成蛋白质。

地球的两种来源可能如下一、传统地球起源理论传统地球起源理论认为地球起源于太阳系内。依据物质来源方式，划分为三个学派。在太阳系形成之初，创造行星的最快方式可能是通过小石块不断堆积，而非大体量天体的对撞合并。这种理论被称之为“砾石吸积”。原行星盘环绕恒星吵闹的“婴儿室”行星形成艺术概念图让我们想象一下45亿年前的太阳系。那就像是一个婴儿室，到处都是“行星胚子”的身影。太阳系诞生时留下的气体和尘埃盘环绕年轻的太阳。尘埃盘内布满星子——也就是直径1到100公里的多岩天体——以及宽度1000公里左右的原行星。这就好像一群体型各异的孩子挤进了同一个房间。与任何托儿所一样，此时的太阳系也是一个“吵闹”的所在。星子在系内疾驰，偶尔撞到一起。尘埃和岩石碎片穿过事故地点。经过几百万年的演化，太阳系结束了这种混乱状态，孕育了我们今天看到的行星。科学家一直认为行星由星子对撞合并形成，就像一堆彩泥粘合在一起。但这个过程需要相当长的时间。然而，最近，天文学家提出了一个新理论，来解释婴儿行星如何生长发育。电脑模拟结果显示，尘盘内的小石块会依附到不断生长的原行星身上。小石块以惊人的速度不断积聚，让原行星迅速“增肥”，最终演化成羽翼丰满的行星。整个过程就像一个小孩子突然爆炸性发育，迅速走向成年。这一理论被称之为“砾石吸积”，正在重塑科学家对早期太阳系的认知。砾石吸积论将开辟新的研究方向，包括探寻系外行星如何形成。“星子说”遭遇挑战有理论认为原始地球随着无数星子的对撞而不断生长例如，在尘盘耗光制造行星所需的原材料前，行星如何形成？模型显示尘盘将在100万年到1000万年耗尽。在此过程中，尘盘内的气体蒸发，尘埃螺旋坠入新诞生的太阳的引力陷阱。尘盘消失前，木星和土星等最大的系内行星已经拥有十倍于地球质量的核心。利用星子制造行星需要耗费相当长时间，因为星子通常会与婴儿行星擦肩而过，而不是被它们的引力俘获。相比之下，砾石很容易被原行星的引力捕获，它们的不断积聚只需大约100万年就能造就一颗行星。天文学家意识到砾石的存在，因为他们在婴儿恒星周围观测到砾石的身影。通过观测物质的射电波长，甚大阵列等望远镜对原行星盘内的颗粒尺寸进行测算。原行星盘通常含有大量砾石，朝着恒星缓慢移动，总质量有时可达到数百个地球。摩擦：为何砾石能快速依附上原行星砾石吸积艺术概念图摩擦成为这一过程的关键。想象一下，砾石流穿过一个100公里宽的原行星。在原行星盘内移动时，砾石与气体发生摩擦，摩擦减缓它们的速度，导致砾石被原行星的引力场俘获。随后，它们开始环绕原行星移动，不久后坠落原行星表面。每次撞击都会增加原行星的质量，如果发生足够多的撞击，原行星便可迅速生长，直径增至1000公里以上。拉姆布莱切特说：“从很大程度上说，砾石吸积是天体增大质量的最有效途径。”拉姆布莱切特指出如果原行星盘内的星子和砾石质量相等，砾石吸积的效率可达到星子的1000倍。2012年，他和约翰森在一系列论文中阐述他们的初步想法。2017年，他们在《地球与行星科学年度评论》综述了这一理论。天王星海王星为何最终演化成冰巨星？据信，原始地球与另一颗行星对撞，最终孕育了地球和月球砾石吸积论能够帮助科学家解释太阳系的诸多特征。比如，美国宇航局的“朱诺”号飞船发现，木星拥有一个超出科学家预计的更大更分散的核心。约翰森指出这意味着曾发生砾石吸积，因为这是在尘盘消散前的可用时间内形成巨大核心的唯一途径。又比如，长久以来，天王星和海王星如何形成一直困扰着科学家，而砾石吸积论也有助于揭开这个谜团。这两颗冰巨星虽也有巨大核心，但并不像木星和土星那样拥有大量气体。婴儿木星和婴儿土星最终达到所谓的“砾石隔绝质量”。这意味着它们拥有足够的体量，让周围气体产生一个压力泵，驱逐任何靠近的砾石。一旦停止吸食砾石，木星和土星开始积聚气体。相比之下，天王星和海王星从未达到砾石隔绝质量（随着轨道距离不断增大），最终演化成冰巨星，而不是气态巨星。在太阳系外，砾石吸积论也能解释一系列谜团，例如大体积行星如何在距母星很远的区域形成。年轻恒星HR 8799座落于飞马星座，距地球大约129光年，周围存在4颗体积超过木星的行星。这些行星与母星间的距离是地日距离的68倍，相比之下，木日距离只有地日距离的5倍左右。约翰森和拉姆布莱切特进行的电脑模拟显示，行星能够在距母星更远的区域形成，通过吸食周围的砾石而不断生长。整个过程可以在原行星盘的寿命内完成。相比之下，“星子说”并不会出现这个过程，因为距母星很远的区域并不存在足够的星子。原行星在何处诞生TRAPPIST-1系统艺术概念图不过，仍有一大疑问仍没有找到答案，那就是原行星在何处诞生？一种可能性是，原行星在恒星周围的雪线形成，即液态水冻结的区域。由于环境从潮湿变成干燥，尘埃和砾石的物理属性发生改变。它们开始凝聚，体积不断增大，充当“行星种子”。其它砾石随后依附种子，最终孕育出原行星。苏黎世大学天体物理学家乔安娜德拉科维斯卡指出雪线是孕育首批原行星的理想所在。诞生之后，原行星开始吸食盘内的砾石。在最近刊登于《天文与天体物理》的论文中，德拉科维斯卡阐述了这一想法。TRAPPIST-1系统可能便是这种情况。座落于宝瓶座的TRAPPIST-1距地球39光年，是名气最大的行星系统之一，共有7颗类地行星。根据阿姆斯特丹大学天文学家克里斯奥梅尔和同事最近进行的计算，原行星在恒星雪线形成，而后通过吸食砾石，迅速生长。在达到与地球相当的质量时，羽翼未丰的行星停止“进食”，原因在于它们的引力影响了周围的尘盘。奥梅尔说：“我们很难用经典理论解释这个独特系统，但砾石吸积能够做到这一点。”拉姆布莱切特指出随着天文学家发现更多系外行星，砾石吸积理论能够帮助他们进一步了解行星的演化。“这一理论意味着所有行星的形成都是一个充满动态的过程。”

你可能认为复杂的地球是由无数种不同的物质组成，但实际上它几乎只包括四种基础成分，铁氧硅镁，这四种元素就占了地球物质的93%，剩下的只是微量的补充，包括钙，铝还有铜等等。

46亿年前，地球诞生了。地球演化大致可分为三个阶段。第一阶段为地球圈层形成时期，其时限大致距今4600至4200Ma。46亿年前诞生时候的地球与21世纪的大不相同。根据科学家推断，地球形成之初是一个由炽热液体物质（主要为岩浆）组成的炽热的球。随着时间的推移，地表的温度不断下降，固态的地核逐渐形成。密度大的物质向地心移动，密度小的物质（岩石等）浮在地球表面，这就形成了一个表面主要由岩石组成的地球。第二阶段为太古宙、元古宙时期。其时限距今4200-543Ma。地球自不间断地向外释放能量，由高温岩浆不断喷发释放的水蒸气，二氧化碳等气体构成了非常稀薄的早期大气层---原始大气。随着原始大气中的水蒸气的不断增多，越来越多的水蒸气凝结成小水滴，再汇聚成雨水落入地表。就这样，原始的海洋形成了。第三阶段为显生宙时期，其时限由543Ma至今。显生宙延续的时间相对短暂，但这一时期生物及其繁盛，地质演化十分迅速，地质作用丰富多彩，加之地质体遍布全球各地，广泛保存，可以极好的对其进行观察和研究，为地质科学的主要研究对象，并建立起了地质学的基本理论和基础知识。