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  1. 第一章 part 1 研究地球歷史的方法 王光正 老師 E-mail:wangkc@pcsh.tpc.edu.tw

  2. 恐龍會哺育幼龍嗎? 資料來源:Feather Snyder,1997,Earth Science Glencoe,McGraw-Hill,P.375。

  3. 恐龍骨骼化石和足跡化石

  4. Image From:2001年火星全球探測者號(Mars Global Surveyor) 火星上有生物嗎? Image From:1976年海盜1號(Viking 1)拍攝到的火星地表影像

  5. 火星上有水嗎?

  6. 研究地球歷史像科學辦案! 觀察 假說(學說) 推理 推理原則─定理、定律、… 合理的說法

  7. 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?

  8. 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?

  9. 研究地球歷史的方法 • 均變說:控制今日地球現象的基本原理和過程,也同樣支配過去的地球。 (1)現代地質學之父詹姆斯.赫登所提出。 (2)又稱為「古今一致說」,但是地質作用原理法則相同,空間和時間尺度可能不同。

  10. 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

  11. 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

  12. 補充 沈積構造─沈積過程中造成的構造 • 層理

  13. 問題 • 某沈積地層中發現礫石,其岩石結構屬火成岩,其中含放射性元素,定年結果約5萬年。請問此地層沈積的年代是否為5萬年前? 5萬年前的火成岩礫石

  14. 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?

  15. 利用沈積構造決定層序

  16. 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。

  17. 放射性元素的衰變

  18. 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

  19. 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

  20. 頁岩形成於500萬~800萬年之間 頁岩形成於600萬~800萬年之間 利用已知年齡的火成岩可定出其他岩層的年齡

  21. 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)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)

  22. 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

  23. 問題 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?

  24. 看影片找問題 • 片名─時光旅行 • 英國BBC製作

  25. 影片─時光旅行 • 片中介紹那些推論地球年齡的方法?各估出多少年? • 地質學之父赫頓認為地質時間非常悠久,看不出開始及盡頭的原因是?

  26. 影片─時光旅行 • 地質學家在蘭德採金地的地底礦坑中看到什麼原因形成的岩層?根據什麼証據判斷的?而這些岩層中含有什麼物質可以証明該岩層形成時的地球環境氧氣稀薄?

  27. 影片─時光旅行 • 英國來姆利吉海邊石灰岩層中看到什麼化石?它們是陸地或海洋中的生物?現今有這種生物嗎?在來姆利吉海邊崖壁上有不同高度的石灰岩層,該種化石在不同的石灰岩層中有何不同?代表什麼意義? • 利用什麼方式可以知道相隔遙遠的兩地具有同時期形成的地層?

  28. 影片─時光旅行 • 我們常說地球的年齡約45億年,是根據地球上的岩石嗎?為什麼可以証明約45億年? • 片中介紹最古老的生命証據是在何處發現的?大約多少年前?

  29. 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。

  30. 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

  31. 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

  32. 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

  33. 太陽系中的星體是同時形成的嗎?

  34. 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

  35. 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

  36. 地球內部分層的過程

  37. 金星的狀態可能與早期地球很像,氣溫高、充滿硫酸雲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 • 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

  38. 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

  39. 大氣經 46 億年的演化而形成現今的模樣 1 6 2 4 3 5 5 7

  40. 從現今火山氣體推測古代大氣 夏威夷火山爆發的氣體組成

  41. 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

  42. Why Earth Science?