地球生态气候大变迁与太阳系经过银河系中的典型位置的关系及原因教案资料.doc

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除地球生态气候大变迁与太阳系经过银河系中的典型位置的关系及原因何 相 华摘要：太阳系在一个银河年中依次经过近银点、上升点、远银点、下降点四个特征点，太阳系经过近银点时，太阳周围空间的氢元素浓度密度低且均匀，太阳吸收的燃料少而均匀，辐射能量密度低，使地球处于冰期稳定期，地球上除冰地外生物生机勃勃；太阳系经过上升点时，太阳周围空间的氢元素浓度密度逐渐增加，太阳吸收燃料的速度上升，太阳核反应速度逐渐加快，此时太阳产生大量的太阳黑子和耀斑，由此而形成的高能射线大量射向地球，造成地球生物大灭绝；太阳系经过远银点时，太阳周围空间的氢元素浓度密度高且均匀，太阳吸收的燃料多而均匀，辐射能量密度高，使地球处于间冰期稳定期，整个地球生物界繁茂昌盛；太阳系经过下降点时，太阳周围空间的氢元素浓度密度逐渐减少，太阳吸收燃料的速度下降，太阳核反应速度逐渐降低，也使太阳形成大量的太阳黑子和耀斑，造成地球生物大灭绝。关键词：银河年 近银点 上升点 远银点 下降点 地球 太阳系 银河系 燃料一、地球气候变迁长短周期的原因及假说地球气候变迁是有规律的，是周期性地或准周期性地变化的，在众多的气候变迁周期中，被众多学者承认的时间进度有两种短周期，两种长周期。1、气候变迁最小的周期是一天，白天得到太阳的辐射热多，温度便高；夜间得到太阳的辐射热少，温度便低。这是地球的自转造成的。2、气候变迁的另一短周期是一年，由于夏季得到较多的太阳辐射热，温度就高；冬季得到较少的太阳辐射热，温度就低。这是由于地球的公转引起的。3、气候变迁的一个长周期是以平均10万年为尺度的冰期与间冰期反复交替出现的气候变迁。这主要是地球轨道三要素（偏心率e、黄赤交角和岁差）的小波动引起的。4、气候变迁的另一长周期是以23亿年为周期，也就是历史上大冰期和间冰期反复交替出现的气候大变迁。这是地球的黄赤交角自然大波动（1023.5）所造成的，即由于地球的“身子”或“斜”或“正”，各地接收的太阳辐射热也随之发生变化，从而引起气候变迁1。以上四种周期原因的解释中，前二种毫无疑问，第三种很有道理，但第四种只能算是假说，且解释不圆满，试想如果太阳的辐射能量密度不变，则地球无论怎样面向太阳，只可能造成地球一部分地方温度升高，另一部分地方温度降低，或者温度小幅度波动，不可能造成全球性的气候大变迁，更不可能造成地球生态大变化。除了上述四种公认的气候变迁周期外，科学家发现还有3200万年、1万年、1千年、100年、10年和34年等多种时间尺度的气候变迁。究竟是什么原因造成地球上“时而冰川广布，时而烈日炎炎，时而生物界生机勃勃，时而天翻地覆，苍海桑田，生物大灭绝”，科学家提出了包括“米兰柯维奇”理论在内的100多种“冰期理论”，如太阳辐射理论、大陆上升理论、大陆漂移运动理论，大气组成变化理论等，还没有一种能圆满解释世界上气候变迁的历史原因，尤其是对1.5亿年为周期的气候生态大变迁。二、太阳能量机制太阳在它已过去的50亿年中时时刻刻都在辐射着巨大的能量（功率达3.8451023erg/s），为了解释其巨大的辐射能量来源，历史上曾提出了许许多多的假说：如碰撞产能、化学产能、放射性产能和引力收缩产能等，但经过具体计算，与太阳巨大的能量输出及漫长的运行时间相差甚远而不成立。直到1939年美国物理学家贝特提出：热核反应是太阳及其它恒星的能量来源（他因此获1967年诺贝尔物理学奖），才对太阳能量机制一个较好的解释。但是，人类通过对氢弹的研究发现，氢弹的核聚变是一种无控核反应，其巨大的能量在一声爆炸的瞬间全部放出，由此可以推测，太阳也应是一个巨大的“氢弹”，它有核燃料和具备核聚变反应的条件，理应象人造氢弹一样一次瞬间爆炸，而事实上太阳已平稳运行了50亿年，原因何在，有待控索2。核裂变反应可通过控制棒吸收中子来控制反应速度，从而可使核裂变能量能按人的意志缓慢有序地释放出来用于发电，而核聚变反应需8200万度以上的高温，不可能采用控制棒这一方式控制反应速度，只有将轻核燃料缓慢有序地加入到核聚变反应装置中，才能使核聚反应持续有序地进行。如果太阳预先就储存了全部核燃料，且它又具备核聚变反应的条件，则它只可能是一次瞬间爆炸，不可能持续反应50亿年之久。由现代太空探测可知，太空中的可见天体：星系、星团、恒星、行星、中子星、黑矮星、白矮星、卫星、慧星等仅占宇宙总质量的一部分，另一部分则存在于星际气体或尘埃中，而星际气体中的大部分是轻元素氢（氕、氘、氚）及氦，其中氘、氚及氦-3是人要核聚变的燃料，氕、氘、氚及氦都是太阳核聚变的燃料。即使是地球周围的空间也存在着大量的氢，最初是由MP-3卫星发现的，在离地球1000公里处，氢是空间气体的主要成份。最近科学家探测到一个巨大的中性氢云团以100万公里/小时的速度飞向太阳系，同时还发现在银河系中央有一个单色的氘辐射区，其波长为91.6厘米，也向太阳系奔来。总之，宇宙空间中，既有高密度高浓度的氢云团区，也有中等密度及浓度的氢云团区，还有低密度低浓度的云团区，氢氦元素在太空中分布不均匀。太阳在围绕银河系中心旋转和随同银河系一起穿过宇宙星际空间时，都会被密度和浓度不同的氢氦元素所包围，太阳在运行其间依靠万有引力将氢氦等核聚变燃料吸附在太阳表面，再由太阳表面一步一步地深入到太阳内核，当到达约相当于太阳半径20%的内核时，已开始达到核聚变反应的条件，于是在太阳半径20%的核心球体内连续不断地进行核聚变反应，供应的燃料多，反应就剧烈些；供应的燃料少，反应就微弱些；只要供应燃料的速度均匀，不管是多还是少，太阳的核聚变反应都处于平稳状态，产生的耀斑和黑子少；如果供应燃料的速度不均匀，不管供应速度是由快变慢还是由慢变快，都使核聚变反应处于非平稳状态，造成太阳的核聚变反应处于动荡状态，产生大量的耀斑和黑子，这些周期性出现的耀斑和黑子应该就是造成地球气候生态大变迁的元凶。三、太阳处于银河系典型位置时与地球气候生态的对应关系1、地球历史上生物大灭绝的时间表生活于距今5.96.3亿年前的被称为“埃迪卡拉动物群”，无一幸存到5.7亿年前。距今5亿年前曾占据地球统治地位近1亿年之久的三叶虫，有2/3的科在短期内大规模灭亡。距今3.5亿年前，曾经十分繁盛的笔石几乎完全灭绝，三叶虫大量减少。在距今2.3亿年，海生动物的50%，两栖类的75%，爬行类的80%的科灭绝，估计当时有90%的种死亡，三叶虫完全灭绝。距今6500万年前，菊石、恐龙、箭石完全灭绝3。以上几次生物大灭绝发生的时间约相距1.2-1.7亿年，约为太阳系绕银河旋转一周（银河年2.83.0亿年）的一半，难道这仅仅是巧合！2、太阳围绕银心公转一周的时间间隙称为一银河年，对银河年时间长短的估计不同学者之间有较大的差距，最小的估计值为2亿年，最大的为3亿年，一般认为银河年的时间长度为2.83亿年。与地球围绕太阳公转的轨道一样，太阳围绕银心运动的轨道也是椭圆，其中有四个典型位置：近银点、上升点、远银点、下降点（上升点、下降点相当于目前所指的特征点）。近银点、上升点、远银点、下降点相对位置示意图太阳不由自主地“随大流”地在银河系中旅行，一路上，有时“风平浪静，景色宜人”，此时地球动植物繁茂昌盛，生机勃勃；有时却“惊涛骇浪，险象环生”，此时地球山崩地裂，生物灭绝，气候大变迁。其中四个典型位置近银点、上升点、远银点、下降点最具特色，当太阳经过这四个典型位置时，地球就要发生“沧海桑田，翻天覆地”的变化，主要表现如下：太阳强度的变化：太阳强度在近银点最弱，在远银点最大，在近银点和远银点之间的上升点、下降点处，太阳光强度处于中等水平，但此时太阳光强度的变化速率最大，而在近银点和远银点太阳光强度基本不变。地球的收缩和膨胀：地球半径不是固定不变的，而是周期性变化的，地球半径在近银点最大，远银点最小，在上升点和下降点变化速率最大。地质构造的变化：地球膨胀和收缩速度一发生变化，地球内部岩浆和构造应力场也会相应发生变化，从而引起地表的地型地貌发生巨大变化。地表脉动的主要表现形式是海浸和海退，太阳位于远银点时，地球发生的海浸最大，海水这时占据了地球表面相当高比例的面积，太阳位于近银点时发生最大规模的海退，此时地球陆地面积相当广阔，太阳处于上升点和下降点时，地球地表变化速率最大。气候的变化：太阳在近银点时，阳光强度最小，地球上的气候变冷，出现大冰期。太阳在远银点时，阳光强度最大，地球上气候炎热，森林广布，这时地层中一般会发育大规模的煤层。地球磁极的变化：当太阳在远银点附近时，地球北半球以正向磁极为主（与现在的磁极方向一致叫正向磁极），反之，当太阳在近银点附近时，北半球以逆向磁极为主。生物的变化：当太阳位于近银点和远银点附近时，地球上生物十分繁荣昌盛，尤其是位于近银点时，大量生物门类诞生。但是，当太阳位于上升点和下降点时，生物发生大规模灭绝4。3、下面是3亿多年来太阳在银河系中的典型位置与地球及生态相应的变化情况3.45亿年前，太阳正好经过上升点，地球上许多地方地壳急剧隆起，海洋变成大陆，太阳辐射处于中等水平，生物发生大灭绝。2.8亿年前，太阳正好经过近银点，地球上主要是比较稳定的大陆，太阳辐射的量最小，地球上冰川广布，出现大冰期，生物十分繁盛，此时正是石炭纪、二迭纪主要成煤时期，植物极为繁盛，两栖动物称王称霸。2.25亿年前，太阳正好经过下降点，地球上许多地方陆地沉陷，海洋面积逐步扩大，太阳辐射处于中等水平，两栖动物发生大灭绝。1.36年前，太阳正好经过远银点，地球上海洋面积广大，太阳辐射量最大，气候炎热。地球上无论是赤道地区还是两极附近，绿色植物郁郁葱葱，生机勃勃，生物繁荣昌盛，尤其是恐龙等爬行动物正处于黄金时代。0.65亿年前，太阳又经过上升点，地球上的海底又急剧隆起，海洋变成大陆，太阳的辐射量处于中等水平，生物发生了大灭绝，称霸地球1.5亿年之久的恐龙从此销声匿迹。最近二、三百万年（第四纪），太阳再次经过近银点，地球上陆地面积广阔而相对稳定，太阳辐射量最小，地球上出现了第四纪冰川，生物繁盛，出现人了类5。从以上的1、2和3中可以看出，太阳处于近银点时，阳光强度最小，地球上的气候最冷；太阳处于远银点时，阳光强度最大，地球上气候炎热。正是太阳处于近银点和远银点时，无论是地球处于寒冷时期还是酷热时期，都是地球生物生机勃勃，繁茂昌盛的时期。而当太阳处于上升点和下降点之时，地球正处于温度既不太高，也不太低的绝好时期，也就是最适合生物生长的最佳温度之时，却是地球生物大灭亡的厄运时期。按照最具权威的米兰柯维奇理论：地球气候变迁的原因是地球接受的太阳辐射量变化的结果，而太阳辐射量的变化又是地球轨道的三要素变动引起的，根本解释不了地球气温高低与生物兴衰脱节的关系，而其它如大陆上升，引起气温下降；大陆漂移运动引起气温变化；大气组成的变化引起气温变化等更加解释不了。四、太阳处于银河系中典型位置时对地球生态气候产生对应变化关系的原因银河系中心星体密度高，并且主要是一些老年恒星，星际气体及尘埃被星体吸收得所剩无几，从银河系中心越往处延伸，则星体密度越低，星际气体被吸收得越来越少，也就是从银河系中心往外延伸，星际气体的密度越来越高，四个典型位置中，近银点离银河系中心距离最近，此处的星际气体密度最低，远银点离银河系中心的距离最远，此处的星际气体密度最大，上升点和下降点离银河系中心的距离介于近银点和远银点之间，此两处的星际气体密度介于近银点和远银点之间。太阳靠吸收宇宙空间星际气体（主要是氕、氘、氚和氦）作核聚变燃料，在太阳中心球体内发生核聚变反应来产生能量和输出能量的。当太阳处于近银点时，星际气体密度低，太阳在单位时间内吸收的核聚变燃料少，发生的核聚变反应最弱，输出的能量密度最低，此时地球温度最低而处于大冰期；当太阳处于远银点时，星际气体密度高，太阳在单位时间内吸收的核聚变燃料多，发生的核聚变反应最强，输出的能量密度最高，此时地球温度最高而处于温暖期（间冰期）；当太阳处于上升点时，星际气体密度由低到高，供给太阳的核聚变燃料逐渐增加，发生的核聚变反应由弱到强，输出的能量密度由低到高，此时地球温度处于冰期和间冰期之间；当太阳处于下降点时，星际气体密度由高到低，供给太阳的核聚变燃料逐渐减少，发生的核聚变反应由强到弱，输出的能量密度由高到低，此时地球温度也处于冰期和间冰期之间。近银点、远银点、上升点和下降点四个典型位置的区别在于：近银点和远银点的星际气体密度基本均匀，起伏很小，而上升点和下降点的星际气体密度不均匀，起伏较大。太阳通过近银点和远银点时，由于供给太阳的核聚变燃料均匀有序，此时太阳内进行的核聚变反应平稳缓和，产生的太阳黑子和耀斑数量少、能量低（如果星际气体的密度极为均匀，有时还会有无太阳黑子出现的“蒙德极小期”），不破坏大气臭氧层和磁场，此时地壳构造稳定，生态环境和生物界处于和平稳定、欣欣向荣的发展期。太阳通过上升点和下降点时，由于供给太阳的核聚变燃料不稳定，造成太阳内部进行核聚变反应起伏有变，促使太阳产生数量多、强度高的太阳黑子和耀斑，引发出大量的宇宙射线射向地球，严重损害大气臭氧层和地磁，引起地壳产生剧烈运动，造成地球生态、气候大变迁和生物大灭绝。同时由于宇宙射线主要是氘粒子流，它大量射向地球还造成地球水含氘量迅速提高，而氘又是对生物生长极为有害的微量元素，严重制约着生物生长，从另一方面损害生物的生长6。下面是地球历史上的一些重大事件同太阳在银河系中典型位置的对应关系及原因。1、距今5.96.3亿年前，太阳经过上升点，单位时间内供给太阳的燃料由少变多，太阳内部的核聚变反应逐渐加强，诱发太阳产生大量高强的黑子和耀斑，损害地球臭氧层和磁场，严重破坏地球当时的生态环境，造成当时被称为“埃迪卡拉动物群”无一幸存到5.7亿年前。2、距今5亿年前，太阳经过下降点，单位时间内供给太阳的燃料逐渐减少，太阳内部的核聚变反应逐渐减弱，诱使太阳产生大量高强黑子和耀斑，损害地球的臭氧层和磁场，严重破坏地球的生存环境，使曾占据地球统治地位近一亿年之外的三叶虫的2/3的科在短期内大规模灭亡。3、距今3.5亿年前，太阳又经过上升点，地球上许多地方地壳急剧隆起，海洋变大陆，太阳产生的量大高强的黑子和耀斑破坏地球生存环境，使曾经十分繁盛的笔石几乎完全灭绝，三叶虫大量减少。4、距今2.25亿年前，太阳又经过下降点，地球陆地大量沉陷，海洋面积扩大。高强的黑子和耀斑使海洋生物的50%、两栖类的75%、爬行类的80%的科灭绝，估计当时有96%的种死亡，三叶虫完全灭绝。5、距今1.35亿年前，太阳经过远银点，单位时间内供给太阳的燃料多且均匀，太阳内部核聚变反应剧烈且平稳，辐射能量密度大但不形成量大高强的黑子和耀斑，此时地球上气候炎热，海洋面积广大，无论是赤道还是两极附近，绿色植物郁郁葱葱，生机勃勃，生物界繁荣昌盛，尤其是恐龙等爬行动物正处于黄金时代。6、距今0.65亿年前，太阳再次经过上升点，地球上的海底又急剧隆起，海洋变大陆，由于量大高强的黑子和耀斑的破坏，使称霸地球1.5亿年之久的恐龙从此销声匿迹。此次不但发生了地球上最大的生物灭绝事件，而且当时大繁荣的生态环境从此一去不复返。7、最近二、三百万年（第四纪），太阳再次经过近银点，地球上陆地面积广阔而相对稳定，太阳产生的黑子和耀斑数量少，强度低。太阳的辐射能量密度低，地球上出现了第四纪冰川，生物繁盛，出现了人类。五、结论太阳率领太阳系众成员围绕银河系的银心公转，在一个银河年（2.83亿年）周期里，太阳要经过四个典型位置：近银点、上升点、远银点和下降点。当太阳经过近银点时，太阳辐射最弱，地球气温最低，当太阳经过远银点时，太阳辐射最强，地球气温最高；但无论是太阳经过近银点地球温度最低也好，还是太阳经过远银点地球温度最高也好，这两个时期都是地球生物界生机勃勃，繁荣昌盛的时期。而太阳经过上升点和下降点时，虽然温度处于最适合生物生长的最佳时期，但此时却是地球地壳大变动，生物大灭绝的时期。上升点和下降点就象地球生物无法熬过的“鬼门关”，地球生物的大灭绝表现出约1.4亿年左右的周期，恰好为一个银河年周期的一半，太阳经过“鬼门关”也正好是1.4亿年一次，最有可能是太阳经过上升点和下降点时，由于太阳核聚变反应激烈程度的巨大变化，引发太阳产生大量高强的太阳黑子和耀斑，再由太阳黑子和耀斑诱发现大量高能宇宙射线射向地球，损害地球臭氧层和磁场，引起地壳剧烈上升下降，沧海桑田，造成地球生物大灭绝。六、其它事件以上仅是以1.4亿年为周期的地球上最为严重的气候大变迁和生物大灭绝的关系及原因，除此之外，地球上还有许许多多危害性比上述事件小得多的气候变迁和生物灾难性事件。地球轨道三要素的周期性改变，使地球气候出现以10万年为周期的冷暖交替，使生物界发生以10万年为周期的小规模灾难性事件。临近太阳系的超新星爆发后的扩散壳飞临地球，使地球上的宇宙射线强度增加几十倍至几千倍，可能对地球气候、生物、地质各方面产生灾难性后果。慧星、卫星等星体撞击地球也可能造成地球区域性生物灭绝事件和气候变化。太阳黑子11年的周期性爆发也使地球上的一部分生物受到损害。七、太阳目前所处的位置及地球命运地球目前不但有庞大的南极冰川和北极冰川，还有许许多多星罗棋布的陆地冰川，说明目前地球处于大冰期，此时太阳在银河系中的对应位置是近银点附近，但此时太阳到底是还没有到达近银点，还是正好在近银点，还是已经过了近银点类？如果太阳目前还未到达近银点，则地球温度还会慢慢下降，也许人类大量燃烧矿物燃料产生的CO2温室气体造成的温室效应正好平衡由于太阳辐射能量密度减少的降温效果，即使在人类的强烈破坏作用下，地球也还有一段安定时期；如果太阳目前正处于近银点或已经过了近银点，则一方面由于太阳辐射能量密度的提高会造成地球温度的升高，另一方面人类燃烧矿物燃料产生的CO2也使地球温度升高，两个方面的综合作用会在短期内使地球温度迅速升高，生物又一次大灭绝的时期已为期不远矣。考古学家确证恐龙在6500万年前灭亡，这个6500万年是恐龙已经基本灭亡的时期，恐龙的死亡高峰期应往前推500-1000万年，如此说来，太阳位于银河系中下降点的年代是距今7000-7500万年，按银河年为2.8-3亿年推测，目前太阳正处于近银点或已过近银点。从近代地球温度来看，近100年来地球温度已上升3以上，冰川在缩小。说明太阳位于近银点或已过近银点。美国生活科学网站2007年3月12日文章题：地球和其它行星变暖在于太阳，地球正在日益变暖，遭遇同样情况的还有火星、冥王星和太阳系里的其它行星。太阳活动的变化导致了这些星球温度的上升，而人为的温室效应只是造成近几年地球变暖的一小部份原因，且地球外的其它行星不存在人为的温室效应。更说明目前太阳正处于近银点或已过近银点，太阳辐射能量密度的增加和人为的温室效应会造成地球温度迅速升高。在如此严重的情况下，人类应持积极和不悲观失望的态度，一方面尽量减少燃烧矿物燃料，如发电方面多用核电、水能、风能、太阳能，动力车方面尽力开发电动车，另一方面要使人口出现负增长，因为人是能源消耗的主体。在宇宙历史中是以上千万年为单位的，即使是现阶段已过近银点，但要到达“鬼门关”的下降点还需7000万年，按现代科技突飞猛进的发展速度，也许1万年之内可以开发太阳系内的其它行星，10万年之内可以开发银河系内的一些恒星系统，100万年之内可以开发银河系之外的一些恒星系统，到那时，人类就不会单靠地球这个唯一的家园了，而100万年同7000万年相比还只占极小的比例，故人类在现阶段应充分发挥主观能的性，一方面尽力控制CO2等温室气体的排放，并通过开发CO2塑料，植物造林来吸收空气中的CO2，同时使人口负增长；另一方面尽力开发宇航技术，尽早找到地球之外的栖居之地。八、太阳系寿命之推测及猜想目前科技界普遍认定太阳系年龄为50亿年左右，一个银河年为2.83亿年（平均按2.9亿年计算），则太阳系目前按银河年的岁数=50/2.9=17.24，按人的平均年龄75岁推算类比，太阳系还处于少年时代，按人类平均寿件75岁计算，太阳系的总寿命=752.9=217.5亿年，减去已运行的50亿年，太阳还能存活167.5亿年，与目前主流科技界认可的太阳还能运行约50亿年相去甚远。参考文献1 代敏。春去春又回M，武汉测绘科技大学出版社 1997.9 P682 何相华。一束阳光的旅程J，飞蝶探索 2006.83 代敏。春去春又回M，武汉测绘科技大学出版社 1997.9 P1244 代敏。春去春又回M，武汉测绘科技大学出版社 1997.9 P925 吕加平 何相华。恐龙灭绝之谜新解J 生命的化学 2004.66 吕加平 何相华。恐龙灭绝之谜新解J 生命的化学 2004.6地址：湖南省邵阳市工业街五一北路462号邵阳市自动化研究所何相华 高级工程师 13548698928E-mail：xianghua_he邮编：422001此文档仅供学习和交流