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论地球起源与演化
江 发 世 (2014年8月)

地球是太阳系的一颗行星，倾斜在黄道面上每年绕太阳公转一圈，每天自转一周。
地球跟随太阳绕银心转动，倾斜在银道面上，大约2亿多年绕银心转动一周。
地球与月亮为地月系，月亮每月绕地球转动一周。
地球是一个圈层状结构的近球体。有火山喷发、地震。岩石及地层发生了错动或弯曲。
地球的南极比球面低却是高山耸立的南极洲，北极比球面高而是海水覆盖的北冰洋。
地球存在地磁场，在地史上，地磁发生过磁极反向和磁极移动。
地球上存在丰富的生物。低等植物和高等植物，低等动物和高等动物共生在地球上。在古生代以前的地层中见到的生物主要是原核低等生物化石，古生代开始生物爆发式出现，在中生代出现高大的植物和大型的动物，在新生代出现高级动物。
在南极洲存在有大量的煤炭。煤是植物经成煤地质作用而形成的。南极洲是冰川雪地的环境，不可能生长大量的植物。
在地史中发生过多次海侵海退。
形成地球的物质是哪里来的，是在什么时期，什么位置，以什么方式形成地球的。地球为什么会发生自转和公转，其内部为什么存在活动。
地球上的生命是怎么形成的。
…… ……。
一个完整的地球起源与演化学说应当对上述等等现象和问题作出合理的解释。
1. 星系
1.1. 星系
地球与银河系、太阳系及月亮形成了星系关系，受银心和太阳引力的控制绕其旋转，受月亮引力的影响，绕地月质心转动。研究和探讨地球起源与演化，需要研究和探讨星系。
1.1.1. 星系及分类
在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。
星球的绕转形式有两种：一是众多质量小的星球绕质量大的中心星球转动叫做中心式星系，如太阳系众多行星和彗星等绕太阳转动；二是两颗星球围绕共同质心相互转动叫做伴星式星系，如地球和月亮组成的地月星系，二者共同围绕地月质心转动。绝大多数星系属于前者。
在宇宙中，有众多的星系，这些星系大小不一，形态各异，有独立星系，有星系之中的星系，有直线运动的星系，有曲线运动并绕中心体转动的星系，有年轻星系和年老星系。
为了研究星系的成因需要对宇宙中的星系进行分类。
哈勃星系分类：
美国天文学家哈勃对宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分为三大类：
（1）、椭圆星系
椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的，图1-1是该类型星系由圆球状星系发展成为椭圆星系的一组照片。

图1-1 椭圆星系照片
（2）、旋涡星系
旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化。图1-2是大熊座里一个开放型的旋涡星系照片，图1-3是一个中间通过星云相连接的有伴星的旋涡星系照片。

图1-2 漩涡星系照片 图1-3 有伴星星系照片 图1-4 棒状旋转星系照片

（3）、不规则星系
图1-4是一个棒状旋涡星系照片，不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。

1.1.2. 本文的星系分类：
（1）、按照星系之间是否有隶属关系
将宇宙中的星系划分为独立星系和从属星系。在宇宙空间中独立运行，它没有环绕中心体旋转，这样的星系叫做独立星系，如银河系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转，地月星系绕太阳运转，这样的星系叫做从属星系。
（2）、按照中心星是否旋转
划分为核旋转星系和核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。
（3）、按照星系运行的轨迹
划分为直线运动星系和曲线运动星系。在宇宙空间中，那些独立星系在主星带领下按照主星形成时的射线方向在宇宙空间内进行直线运行。有的星系如从属星系则是绕着主星进行曲线运行。
（4）、按照星系所在的空间位置
划分为系内星系和宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系，如太阳系；凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做宇宙星系，如银河系。
（5）、按照星系形成的年龄
划分为年老星系和年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系，年老的星系大都已演化成为比较规则的星系；在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久，这样的星系叫做年轻的星系，年轻的星系大都呈不规则状态。
（6）、按照星系中星球的关系
划分为中心式星系和伴星式星系。由众小质量星球绕大质量星球运动所组成的星系叫做中心式星系，如太阳系、银河系等，大质量星球叫做主星或中心星；由两颗星球互绕二者中心质点运动所组成的星系叫做伴星式星系，如地球和月亮所组成的地月星系。

1.2. 太阳系
太阳系是由行星、彗星等天体绕中心星球太阳所组成的绕转运动组合体。
在太阳系中有系中系，如行星和卫星所组成的行星系，卫星和绕其转动的子卫星所组成的卫星系，等等。太阳系是一个年老的、规则的、中心式的椭圆星系。
太阳系的一些特征:
（1）、 星球轨道形状特征
绕太阳公转的星球轨道形状为：近圆形、椭圆形、抛物线形和双曲线形。在太阳系中，水星、金星、地球、火星等，它们的绕太阳公转轨道形状为近圆形，而外围的其它行星公转轨道为椭圆形。太阳系的彗星公转轨道为椭圆形、抛物线形和双曲线形，图1-5是太阳系模式图，图1-6是彗星轨道图。

图1-5 太阳系模式图

图1-6 彗星轨道图

（2）、 星球公转方向特征
绕太阳公转的星球，九颗行星都为逆时针方向公转，而有些彗星如哈雷彗星为顺时针方向绕太阳公转。
（3）、星球自转方向特征
太阳系的金星自转方向为顺时针，它的自转与它的公转方向相反。而其它八颗行星都为逆时针方向自转并同公转方向相同。
（4）、星球分布特征
太阳系的九颗行星公转轨道面都在太阳赤阳面两侧附近，而彗星的公转轨道面从太阳两极到太阳赤道各纬度都有分布。图1-7是彗星轨道倾角即在太阳周围不同纬度的分布图。

图1-7 彗星在太阳周围分布图
（5）、星球运动姿势特征
地球是倾斜在轨道上自转，天王星是躺着在轨道上自转，其它几颗星球为直立或倾斜在轨道上自转。
（6）、太阳系内星系特征
由彗星和行星绕太阳旋转所形成的太阳系的上述五个特征，对于由卫星绕行星旋转所形成的行星系来说基本相同。

1.3. 模拟试验
一个太阳系成因理论或叫假说不仅能解释太阳系的特征，而且也能解释行星系和其它星系的特征。
为了研究太阳系的成因和解释太阳系的特征，用一块磁铁和一个小铁球，做以下试验：
1.3.1． 试验一
小铁球用线吊起来挂在空中不动，将用线吊着的磁铁块和小铁球在一个水平面上，磁铁块在小铁球的西面，由北向南运动，如图1-8。

图1-8 磁铁快从铁球西侧运动示意图
试验结果如下(见图1-9)：
当两者相距适当的运动距离，如果磁铁块运动速度慢，在靠近小铁球时，小铁球就被磁铁块吸了去(图1-9A)当磁铁块以适当的速度运行时，小铁球就会沿着一个近圆形轨迹绕磁铁块转动(图1-9B)；当磁铁块以较快的速度从小铁球一侧通过时，小铁球就是一个抛物线弧形或双曲线弧形从磁铁块一侧运动过去（图1-9C）。同时小铁球也产生如图E方向的自传。

图 1-9 试验一结果示意图

1.3.2．试验二
如同试验一，不同的是：让磁铁块在小铁球的东侧由南向北运动，如图1-10。

图1-10 磁铁快从铁球东侧运动示意图

试验结果如下：
公转和自传方向就完全反向了。
1.3.3．试验三
如同试验一，不同的是，让小铁球沿F方向自传，然后磁铁块在小铁球西侧由北向南运动，如图1-11。

图 1-11 试验三模拟试验结果示意图

试验结果如下：
小铁球仍然沿F方向转动，只是自传速度变慢了。

1.3.4．试验四
如同试验一，不同的是：磁铁块和小铁球大小近似时，试验结果是：二者互相绕转，如图1-12。

图 1-12 试验四模拟试验结果示意图

将以上的试验反过来：让小铁球运动，其结果是一样的。

1.3.5． 人造地球卫星的轨道
图1-13是发射人造地球卫星可能出现的几种轨道形状。人造卫星轨道形状完全取
决于末级火箭的速度。如末级火箭的末速度小，卫星的轨道形状为图1-13的Ａ形，卫星
将回落到地球上。如果末级火箭的末速度正好，其卫星轨道形状为图1-13的Ｂ形，为
绕地球的圆形轨道。如果末级火箭末速度大其卫星轨道形状为图1-13的Ｃ形，成为椭圆
形。如果末级火箭的末速度等于地球的逃逸速度时，卫星的轨道形状为图3-6的Ｄ形，呈抛物线形。如果末级火箭末速度大于地球的逃逸速度，卫星的运动轨道就成为双曲线形。人造地球卫星在地球上空的高度和运动方向也由末级火箭的末级高度和末级方向所决定。

图1-13 卫星运动的轨道

1.3.6． 嫦娥二号的轨道
图1-14是嫦娥二号奔月轨道示意图。虽然嫦娥二号是人造天体，但它和月亮形成了月卫星系。

图1-14 嫦娥二号奔月轨道示意图

1.4. 太阳系起源
太阳从宇宙中捕获行星、彗星产生绕转运动组合体，形成太阳系。
1.4.1 绕太阳公转轨道形状的成因
太阳系成员的轨道形状由进入太阳系时的相对速度和相对距离等因素决定。太阳所捕获的行星或彗星其运动速度小了，就“掉”进太阳了；速度正好，其轨道形状为近圆形；其速度大一点，轨道形状为椭圆形；如果速度再大一点，其轨道形状就成为抛物线形或双曲线形。
1.4.2 太阳各纬度都有星球分布的成因
独立在宇宙中运行的天体，它可以从各个方向和各种角度飞近太阳的身边，这些天体能够从太阳两极处和各纬度及赤道被太阳捕获而成为太阳系的成员。因此在太阳赤道面附近和极处及各纬度都有星球分布。
1.4.3 行星集中在太阳赤道附近的成因
太阳是一个巨大的引力球，这个引力球是绕轴自转的，自转就会产生离心力。离心力在球的极处最小，在近赤道处离心力大。所以太阳系年龄老的行星在太阳自转离心力场的作用下集中到太阳赤道面附近。
地质力学创始人李四光做了球体离心试验，试验如下：
图1-15是地质力学的模拟实验：在直径20厘米的泡沫塑料球体上，涂16层聚醋酸乙烯乳液，构成厚约3毫米的薄膜，经电动机旋转加力（500转/分），在近球体赤道附近，于试料上形成一系列近东西向的褶曲。地质力学所作的上述模拟试验完全证明，所有旋转球体都会产生自两极向赤道方向的离心力，其表面物质也将在离心力作用下产生变化。

图1-15 地质力学的模拟试验

1.4.4 星球直立、倾斜和躺在轨道运行的成因
在太阳系中，在轨道上直立自转的行星，它们就是在太阳赤道面被太阳捕获的。倾斜在轨道上自转的行星，是在太阳相应的纬度处被太阳捕获的，后来在太阳离心力场的作用下运行到了现在的位置。横躺在轨道上自转的天王星，是在太阳极处被太阳捕获的，以后在太阳引力场的离心力作用下来到了太阳赤道面附近。
1.4.5 星球公转反向（如哈雷彗星）的成因
同向公轨的太阳系天体，它们是在同一侧被太阳捕获的。公转反向运行的天体，是在太阳的另一侧被太阳捕获的。
1.4.6 星球自转反向的成因
自转反向的金星，说明它在被太阳捕获之前就已是顺时针方向自转着的。当它被太阳捕获时，所产生的潮汐扭动力小于原来已有的自转力。所以金星仍然保存原来的自转方向，只不过是自转速度已变的特别慢，自转周期特长。
1.4.7 行星系的成因
行星周围的卫星形成过程同太阳系。而且在卫星的周围可能存在子卫星和孙卫星，小行星和彗星的周围都可以有卫星，都可以形成绕转运动组合体即星系，它们的成因和太阳系的成因一样。
在宇宙中，所有星系的成因是相同的。

1.5. 太阳系成因假说简介
将一些有代表性的太阳系成因理论或假说简介如下。
1.5.1． 布封学说
法国动物学家布封在1745年提出：曾经有一个大彗星碰到了太阳，使太阳转动起来。碰出来的一些物质形成了行星和次一级的卫星，并使之绕中心天体转动起来。这个学说叫做彗星碰撞学说。
1.5.2． 张伯伦学说
美国地质学家张伯伦在1900年提出：曾经有一个恒星走到离太阳很近的地方，由于潮汐力的作用，在太阳两面形成巨大的潮，就象我们现在所见到的日珥。在这两个巨大的潮中有气体、液体和固体。固体聚集成块叫做星子，由这些星子发展成为行星等绕太阳转动的天体。这个学说也叫做星子学说。
1.5.3． 谢伊学说
美国天文学家谢伊于1910年提出：有两个星云相碰，在碰撞后的星云中形成了太阳，其它物质形成行星。也叫星云碰撞学说。
1.5.4． 阿亨尼学说
瑞典化学家阿亨尼于1908年提出：有两个恒星沿着一个角度侧面相撞，使这两个恒星变为一个恒星，由于侧向相撞所以产生了转动。相撞后所飞出的物质形成行星等天体。这个学说也叫侧撞恒星合拼学说。
1.5.5． 毕克顿学说
西新兰科学家毕克顿于1881年提出：一个恒星接近太阳时，潮汐作用，使太阳和另颗恒星都发生变形，在两者中间分出呈卵形的物体，这些物体成为绕太阳转动的行星。用该学者自己的形象说法，两个相接近的恒星潮汐力所拉出的物体就象宇宙中的火花。有人将该学说称为宇宙火花学说。
1.5.6． 罗素学说
美国天文学家罗素于1935年提出：太阳曾经是一对双星，后来有一颗恒星走近将其中一颗子星拉走，被拉走时留下了一长条物质，这些物质后来形成了行星。这个学说也叫双星学说。
1.5.7． 魏扎克学说
德国天文学家魏扎克于1944年提出：太阳形成后被一个气体尘埃云包围着，这个云由于旋转而变扁，形成了星云盘，后来星云盘形成行星。这个学说可以叫做太阳进入星云学说。
1.5.8． 费森柯夫学说
前苏联天文学家费森柯夫于1919年提出：形成行星的物质全部是从太阳上抛射出来的，由于原来的太阳质量大、含氢量高，自转速度快而且不稳定，因此抛射出形成行星的物质。这个学说叫做太阳自身抛射学说。
1.5.9． 伯克兰学说
挪威科学家伯克兰于1912年指出：电磁力在太阳系形成过程中起到重要作用。太阳从一开始就有磁场，太阳抛射出的离子，沿着磁力线在螺旋轨道上向外运动，停留在一些圆上，圆的半径决定了电子电荷和离子质量的比率，这样就形成了一系列的球，不同的球由不同的离子组成。这个球的物质后来集聚形成一个行星。这个学说叫做离子集聚学说。
1.5.10． 麦克雷学说
英国天文学家麦克雷于1960年提出：形成太阳系的大星云首先破裂为许多小星云，这些小星云具有随机的运动和转动速度及方向。小星云常常相互碰撞，绝大部分结合起来形成了太阳，另外一部分小星云形成了行星。这个学说可以叫做原云先碎后聚学说。
1.5.11． 瓦尔科维奇学说
罗马尼亚物理学家瓦尔科维奇于1964年提出：太阳系内的类地行星是同太阳星云外围部分或由太阳抛射出的物质形成的，而类木行星是太阳在星际空间运行时，从遇到的星际云中所俘获的物质形成的。这个学说叫做异源分步形成学说。
1.5.12． 布郎学说
美国物理学家布郎于1971年提出：在过去有一个质量是太阳50-100倍大的超新星爆发时，抛射物中的一个碎块形成了今天的太阳系。该学说叫做超新星爆发碎块成因学说。
1.5.13． 米特拉学说
印度天文学家米特拉于1975年提出：太阳系是以星团方式集体产生的。在宇宙中有一个很大的星际云由于自吸引出现湍流，进而形成一个星团，这个星团逐渐互相散开，原太阳是其中一个初始角动量几乎为零的成员星。以后，原太阳在绕银心转动的过程中，不断吸积那些与其自己轨道相似的颗粒，逐渐形成一个围绕太阳的球形包层，进而演化为星云盘，并且由于它的角动量传给了原太阳而使太阳自转起来。这个学说可以叫做星团散开形成太阳学说。
1.5.14． 康德和拉普拉斯学说
康德是德国哲学家，生于1724年，死于1804年。拉普拉斯是法国数学家和物理力学家。生于1749年，死于1827年。这两位太阳系星云学说创始人在互相不知道的情况下，分别发表了内容大体相同的太阳系起源学说即星云学说。
太阳系起源星云学说为大多数天文学家认可。从十八世纪到现在虽然已经过去了二百多年，在这期间有许多科学家提出过有关太阳系起源的星云学说，尽管这些学说在某些方面和某些形成机制上都有自己的见解，但总的宗旨没有离开康德――拉普拉斯星云学说。
太阳系起源星云学说宗旨就是一句话：太阳系是从一个星云中形成的。在这个星云中有气体、有尘埃、有冰块、有大大小小的固体物质。在万有引力作用下物质相互吸引，星云体积在缩小。在这个星云的中心形成了太阳。由于星云原始存在转动，在体积缩小时，因为角动量守恒，星云转动加快，变成扁球状。扁平面上的星云继续收缩形成了现在的共面同方向转动的行星。

1.6. 传统太阳系起源学说分类
有关太阳系起源的学说高达几十家，按照太阳周围星球的物质来源可以将这些学说划分为三个学派：分出说、俘获说、共同形成说。
（1）、分出说
也叫灾变说。在这一学派中，有的认为是另外一颗恒星碰到太阳，碰出了物质，这些碰出的物质形成了行星。
有的认为：太阳曾经出现过巨大规模的变动，例如太阳的自转快度变快，由一个恒星分裂为两个恒星，后来因为某种原因，其中一个离开了，离开时所留下的物质形成行星。
有的认为：太阳原来是一对双星，其中一颗子星被另外靠近的一颗大星拉走了或俘获了。在子星被拉走或俘获时所留下来的物质形成了太阳系现在的行星。
也有的认为：太阳的伴星爆发成超新星，留下的物质形成了行星。另外还有的观点认为是太阳自身抛射出来的物质形成了行星。
（2）、捕获说
这一学派的共同看法认为是太阳先形成的。太阳形成后捕获了周围的或宇宙空间里的其它星际物质，而由这些物质形成了行星。
（3）、共同形成说
形形色色的各类星云说都是属于这一学派。这一学派认为：太阳系是由一个星云形成的。尽管各学者对太阳系内的星球形成和自转及公转有各自的见解，但他们都共同认为太阳系是由一个原始星云逐渐演化而形成的，或者说形成行星的物质来源于太阳或与太阳有关系的其它星球。

1.7. 本文观点与传统捕获说的区别
传统捕获说，认为是太阳捕获宇宙物质，这些物质在太阳系内形成行星、彗星等天体，太阳形成在前，行星、彗星等天体形成在后。
本文观点，太阳直接在宇宙中捕获行星、彗星形成绕转运动组合体即形成太阳系，有的行星形成时间可能在太阳之前，其年龄可能大于太阳。

2. 地球结构
2.1. 固体地球结构
在做几何题时，画一条辅助线其难题就会迎刃而解。有许多事情或问题不解时，换一种思路或模式就有可能获得解决。
为了研究和探讨地球起源与演化，对固体地球结构进行重新划分。
依据固体地球内部物质状态和地震波特征，对固体地球进行一级分层和二级分层，见表2-1，其示意图见图2-1、图2-2，图2-3是传统固体地球结构示意图。
一级分层的目的是为了研究地球内球、外球运动，进而研究地磁的成因、地震的成因、火山的成因及地壳运动的成因。
二级分层的目的是为了研究地球起源。

表2-1 固 体 地 球 结 构 表
地球圈层名称
深度
（公里）
地 震
纵波速度
（公里/秒）
地 震
横波速度
（公里/秒）
密度（克/立方厘米）
物 质
状 态
一级
分层
二级
分层
传统
分层

外

球
地 壳
地 壳
0—33
5.6—7.0
3.4—4.2
2.6—2.9
固态物质
外
过
渡
层
外过渡层
（上）
上地幔
33—980
8.1—10.1
4.4—5.4
3.2—3.6
部 分
熔融物质
外过渡层
（下）
下地幔
980—2900
12.8—13.5
6.9—7.2
5.1—5.6
液态—固态 物 质
液
态
层
液 态 层
外地核
2900—4700
8.0—8.2
不能通过
10.0—11.4
液态物质
内

球
内 过
度 层
过度层
4700—5100
9.5—10.3

12.3
液态—固态 物 质
地 核
内地核
5100—6371
10.9—11.2

12.5
固态物质

图2-1 固体地球结构（一级分层）示意图

图2-2 固体地球结构（二级分层）示意图

图2-3 传统固体地球结构示意图

2.2. 地球的外部结构
在固态地球外部存在水圈、生物圈和大气圈。
在地球的表层由水体所构成的连续圈层叫做水圈，水能以汽态、液态和固态三种形式存在，按水所在的位置或环境将水分为：海水、陆地水和大气水。地球的总水量大约为：1.36×1015立方米，如果将全部水平均覆盖到地球表面可深达2700多米厚。
在地球的表层由生物存在和活动所构成的连续圈层叫做生物圈，绝大多数生物活动在水深200米到空中200米以内的范围。有些生物能在极端的条件下生存，在海洋几千米以下的水域有鱼的存在，在太空有生物孢子。
在地球周围所聚集的气体圈层叫做大气圈，依据大气的物理性质和运动特点，从地表向上将大气圈划分为：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。在地球上3000公里的高空，空气已是极其稀薄，空气粒子将挣脱地球引力逃向太空，该处以外视为宇宙太空。

3. 地球起源与演化
3.1 地球起源
3.1.1. 地球起源学说
依据地球形成的位置，地球起源分为两大学派：传统学派认为地球是在太阳系内形成的；本文认为地球是在太阳系外形成的。
像太阳系起源一样，认为地球是在太阳系内形成的可划分为三派：分出说也叫灾变说、捕获说、共同形成说也叫星云说。
本文的观点：地球是在太阳系外宇宙空间形成的，在运行到太阳附近时被太阳捕获，成为绕太阳转动的行星。
3.1.2. 地球起源
地球起源于太阳系之外的宇宙空间，在46亿（？）年前，地核捕获熔融物质、塑性物质、固态物质、气体和液体形成地球。
3.2 地球演化
在地球演化过程中，发生一些天文与地质事件，将事件的时间段叫做地质时期。
在各地质时期，在与地球相关的宇宙空间及太阳系和地球所发生的大事件，在地球自身、地壳运动、地层、岩石、构造、古生物、古地磁、古冰川、古气候等多方面都留下了记录。
在不同的地质时期，地质作用不同，特征不同。
将地球历史划分为：地球形成时期、地壳形成时期、进入太阳系前时期、进入太阳系时期、地月系形成时期、新生时期，见表3-1。
3.2.1. 地球形成时期【始古宙（宇）】
这一时期是由地核俘获宇宙高温熔融物质和少量塑性物质、固态物质、气体和液体开始的，到地表熔融物质凝固形成地球最原始的外壳的一段地质时间。
在距今46亿（？）年前，在太阳系外的宇宙空间，由铁镍物质组成的地核俘获宇宙高温熔融物质和少量塑性物质、固态物质、气体和液体，在地核外形成高温熔融物质巨厚层。
地核与高温熔融物质间形成内过渡层。
地球外表温度降低，熔融物质凝固，形成地球最原始的外壳。
外壳与高温熔融物质间形成外过渡层。高温熔融物质形成液态层。
在这一地质时期，地球形成分层结构，由内向外：地核、内过渡层、液态层、外过渡层、外壳。
在地球表面，由于熔融物质凝固和收缩，形成张裂、沟谷、高山。由于宇宙天体撞击，在地表形成大坑洼地。
3.2.2. 地壳形成时期【太古宙（宇）】
这一时期是由地表熔融物质凝固形成地球最原始外壳开始到有沉积岩形成的一段地质时间。
地壳和地球熔融物质凝固形成的外壳是不一样的。
地壳是由火山岩、沉积岩、变质岩和陨石共同组成的地球外壳，是地球经过长期演化后而形成的。
在这一地质时期：
随着温度降低，熔融物质凝固过程中产生的水和俘获的水流动汇聚到张裂沟谷与大坑洼地中，形成地球上最初的水域海洋和湖。产生的气和俘获的大气留在地球表面，形成大气圈。
由于地核俘获宇宙物质的不均，地表各处温度高低不同产生大气流动。
在地壳形成时期，有了水和大气，产生了风化、剥蚀和搬运作用，开始形成沉积岩。
表3-1 地 质 时 期 与 特 征 表
地质

时期

特 征
代
（界）
宙
（宇）
同位素
年龄
Ma

进

入

太

阳

系

时

期

地
月
系
形
成
时
期

新生
时
期
这一时期是一颗彗星撞击地球而开始的。
这颗彗星在太阳系裂解形成绕太阳的小行星带。
彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里存在着各种生物。
在这一地质时期，地球增加了水、大气和新的生物物种。原有的生物发生变异或进化。

新
生
代
（界）

显

生

宙
（宇）

这一时期是月球被地球俘获形成地月系而开始的。
月球绕地球转动，使地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下，地球的外球发生了旋转，形成地极和磁极的移动。
在生物界，动物和植物都发生了变异，形成高大的树木和大型的动物。

中
生
代
（界）
65

这一时期是地球进入太阳系成为行星而开始的。
在这一地质时期，地球有了太阳的光照，形成了绕太阳的公转和自转，有了昼夜的变化。
在地球的内部，地核或内球偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。
在地壳，由于地球自转形成由两极向赤道的离心力；在太阳引力作用下，由于地球自西向东转动，地壳形成自东向西的运动。形成高山、高原，形成沟谷洼地和平原。
在生物界，开始爆发式出现即开始复活。
随着太阳系的演化，地球由进入太阳系时的轨道面即轨道面与太阳赤道面夹角大约23°26′，演化到现在的地球轨道面与太阳赤道面近平行，地轴由垂直轨道面变为倾斜在轨道上运行，形成一年的四季变化。
在岩石建造上，出现大量的石灰岩。

古

生

代
（界）

250

进入太阳系前时期

这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。
这是一段没有阳光的地质时期。
在这一段的前期，地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强，高山被剥低，在沟谷和坑洼地中沉积了巨厚的原始沉积。
在这一段的后期，地壳活动变弱，地表温度渐渐降低，到了冰点以下，形成全球性的冰川。
在生物界，降落在地球上的原核生物开始复活和繁殖。由于没有阳光，其他降落到地球上的植物和动物处于休眠状态。原核生物开始繁殖。

元古宙
（宇）

543

地壳形成
时期

这一时期是由地表熔融物质凝固开始到有沉积岩形成的一段地质时间。
随着温度降低，熔融物质凝固过程中产生的水流动汇聚到张裂沟谷和大坑洼地中，产生的气留在地球表面，形成大气圈。
地核俘获宇宙物质的不均，地表各处温度高低不均产生大气流动。
在这一地质时期，有了水和大气，产生了风化、剥蚀和搬运作用，开始形成沉积岩。

太古宙
宇）
1800

地球形成
时期
这一时期是由地核俘获高温熔融物质开始到地表熔融物质凝固形成地球原始外壳的一段地质时间。
在距今46亿（？）年前，由铁镍物质组成的地核俘获了高温熔融物质形成巨厚熔融层。熔融层与地核接触部位温度降低，形成内过渡层；与外壳接触部位形成外过渡层；熔融层形成液态层。
在这一地质时期，形成了圈层状结构的地球。
熔融物质凝固形成收缩，在地表形成张裂沟谷高山。宇宙天体撞击，在地表形成大坑洼地。

始古宙
（宇）

3600

3.2.3. 进入太阳系前时期【元古宙（宇）】
这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。
这是一段没有阳光的地质时期。
在这一段的前期，地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强，高山被剥低，在沟谷和坑洼地中沉积了巨厚的原始沉积。
在这一段的后期，地壳活动变弱，地表温度渐渐降低，到了冰点以下，形成全球性的冰川。
在生物界，降落在地球上的原核生物开始复活和繁殖。由于没有阳光，其他降落到地球上的植物和动物处于休眠状态。
3.2.4. 进入太阳系时期【显生宙（宇）】
这一时期是太阳捕获地球，地球进入太阳系成为行星而开始的。地球进入到了有阳光的显生宙时期，是古生代的开始。
地球产生绕太阳的公转和自转。
现在的地球黄道面在太阳赤道面附近，二者夹角很小。地球倾斜在轨道上运行，地轴的倾斜方向与黄道面的夹角为66°34′，即地球的赤道面与黄道面的夹角为23°26′，如图3-1所示。

太阳

图3-1 地球倾斜在轨道上运行示意图

地球是在和太阳赤道面大约23°26′夹角方向运行（如图3-2所示）被太阳捕获，变成绕太阳旋转的行星。

图3-2 地球进入轨道方向示意图

地球如同试验一被太阳俘获，形成公转和自转。形成时，地轴和轨道面是垂直的，地轴和太阳赤道面夹角大约为66°34′。
太阳系和其他星系一样，在星系演化趋势作用下，地球由形成时的轨道面向太阳赤道面方向移动了23°26′，并已移动到太阳赤道面附近（如图3-3所示）。

图3-3 地球由被太阳捕获时轨道面向太阳赤道面演化示意图

在太阳系演化过程中，在无其他天体引力作用情况下，绕转星球的轨道形状不变，自转轴的倾斜方向和倾斜角度不变。
地球由被太阳捕获时，地轴和轨道面是垂直的，和太阳赤道面夹角大约为66°34′。由于地球轨道面向太阳赤道面方向移动了23°26′，因此形成现在的地球赤道面与黄道面夹角为23°26′。
地球被太阳捕获时地轴和轨道面是垂直的，地球两极终年无太阳光照，地球无四季。随着地球轨道面向太阳赤道面演化移动，地轴发生在轨道面上的倾斜，地球有了一年四季变化。
在这一地质时期，地球有了太阳的光照，形成了绕太阳的公转和自转，有了昼夜的变化。
在地球的内部，地核或内球偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。
在地壳，由于地球自转形成由两极向赤道的离心力；在太阳引力作用下，由于地球自西向东转动，地壳物质形成自东向西和由两极向赤道方向的运动。形成高山、高原，形成沟谷洼地和平原。
冰川融化。
在生物界，开始爆发式出现即开始复活。
在岩石建造上，出现大量的灰岩。
3.2.5. 地月系形成时期【中生 代（界）】
这一时期是月球被地球捕获形成地月系而开始的，地球进入到了中生代时期。
月球绕地球转动，使地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下，地球的外球发生了旋转，形成地极和磁极的移动。
在生物界，动物和植物都发生了重大的变异或进化，形成高大的树木和出现大型的动物。
3.2.6. 新生时期【新生代（界）】
这一时期是一颗大彗星撞击地球而开始的（？），地球进入到了新生代时期。
这颗彗星在太阳系裂解（？），形成绕太阳的小行星带。
彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里存在着各种生物。
在这一地质时期，地球增加了水、大气和新的生物物种。
原有的生物发生变异或进化。
地球开始有了高级生物。

4. 地球的内球、外球运动
4.1 地球的内球运动
太阳捕获地球，地球产生绕太阳的公转和自转。地球捕获月球，产生绕地月质心的转动。地球的内球、外球在太阳和月球的作用下将产生不同的运动。
在不同的地质时期，地球的内球、外球运动是不同的。在地球进入太阳系前，内球在地球中心，内外球转动是一致的。
地球被太阳捕获后，地球产生了公转和自转，地球的内球和外球也产生了位置和转动角速度不一样的变化。
4.1.1. 地球的内球或地核不在地球中心
下面做一个简单的模拟试验：在装满水的瓶子里放入一个石子，系上一根绳子绕手旋转，如图4-1，结果：在瓶子内的石子始终偏向引力的另一侧。

图4-1 绕转瓶子照片
同样道理，地球在太阳引力作用下绕太阳旋转，内球将偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。
4.1.2. 地球的内球或地核转动比外球快
由于地球的内球不在地球中心，始终偏向太阳引力的反方向，导致内球和外球转动的角速度不一样，内球快，外球幔，如图4-2所示。

图4-2 地球内球偏向太阳引力反方向示意图
角速度ω=V / R ，V为线速度，R为半径。
在A点内球的半径小于A点到地球中心，依据角速度公式，内球角速度大于外球的角速度。

42 地球的外球运动
地球捕获了月球，形成了地月系。
4.2.1 地球南北半球的受力情况
地球倾斜在轨道上自传和绕太阳公转，在夏至时，地球北半球到太阳距离近，南半球到太阳距离远，如图4-3所示。

图4-3 地球两极到太阳距离远近示意图
依据万有引力定律F=GmM/R2，星球引力与星球的质量乘积成正比，与距离的平方成反比。在夏至时，地球北半球受到的太阳引力大于南半球；在冬至时，地球南半球 受到的太阳引力大于北半球。在春分和秋分时，地球南北两个半球受到的太阳引力相等。
4.2.2 地球的晃动
下述三种运动引起地球的晃动：
地球绕地月质点转动、地球的章动、地轴的进动。
晃动作用的结果
将豆子放到簸箕里，晃动簸箕，豆子在簸箕里沿着簸箕倾斜方向滚动，如图4-4。

图4-4 晃动簸箕，豆子向簸箕倾斜方向滚动照片

地球的晃动，外球将向着太阳引力大的方向滚动，内球将向着太阳引力反方向滚动而地轴倾斜角度保持不变，如图4-5所示。

图4-5 地球晃动，外球、内球转动示意图

地球外球的滚动，使原地极位置向着太阳引力大的