地球的起源与演化-天文地质(5)

四、宇宙环境与地球演化的关系

（一）银河系运动与地质现象

组成银河系的各类成员及银河系本身全都处于运动之中。俄国天文学家斯特鲁维1887年开始研究银河系自转，后来观测事实证明了自转现象的存在。银河系自转速度（V）的大小随银心距（R）而变化，我们把从自转体中心到边缘不同地方的自转角速度不同的自转运动称为较差自转运动。太阳附近的银河系自转角速度为每年0.0053″，自转圆速度为250km/s。太阳系的全部成员参与了银河系的运动，有两种方式，一是太阳绕银心的周周运动；二是太阳往返于银道面两侧作周期性的位移。据Innanen计算，太阳在银道面两侧往返一周的时间为0.77亿年，从近银心点到远银心点的平均时间为1.1亿年  ，太阳绕银心旋转一周的时间为2.74亿年，我们将太阳绕银心公转一周的时间间隔称为一个银河年。Innanen的银河年值与Steiner（1967）的银河年值（2.8亿年）接近。

据牛顿万有引力公式：

可知，G为万有引力常数（G=6.673×10-8cm3/（s·g）。但Steiner把G称为引力函数，它随时间和空间而变化，在近银心点处G为6.67×10-8cm3/（s·g）；而在远银心点处G为7.0×10-8cm3/（s·g）。地质历史上的一些大事件的发生与变化可用G值特点来解释（表12.4）。

表12.4  地质年代表中重要界限与G值对应表

　　多数地质学家认为，银河年（大约3亿年）与大冰期的重复出现有密切关系。Steiner（1967）认为约200万年前开始的第四纪冰期和约2.8亿年前的石炭、二叠纪冰期时太阳系位于近银心点附近，G值最小使太阳光度最小，导致地球上发生冰期及其它古气候变化；而在远银心点处时太阳光度最大，与地球上温暖的气候期大致符合。古生物的3大重要门类出现与银河年有关，陆地植物最早出现在志留纪（4.2～4.3亿年），处于远银心点；裸子植物出现于石炭、二叠界线附近（约2.8亿年），处于近银心点；被子植物出现于侏罗和白垩纪分界附近，处于远银心点。人类的出现发生于太阳系处于近银心点附近的时期。古生物灭绝在质历史上是比较突出的事件，Newell(1963）列举的科的灭绝曲线，其主要灭绝高峰期都位于G值的特征点时刻。

　　太阳系在银道面两侧往返运动的周期约为8000万年，在银道面一侧的时间约4000万年。在地质旋回记录中亦有相应的4000万年和8000万年左右的周期。

　　在显生宙以来存在着下列构造运动全球性加强期：早寒武世（5.8亿）、中寒武世（5.4亿）、晚奥陶世（4.6亿）、中志留世（4.23亿）、中泥盆世（3.7亿）、晚石炭世（2.95亿）、晚二叠世（2.4亿年）、晚三叠世（2.05亿）、中侏罗世晚期（0.70亿）、早白垩世中期（0.20亿年）、晚白垩世（0.7亿年）、中新世（0.26亿年）。这些构造运动之间的主要间隔为0.35～0.45亿年，平均为4000万年，与太阳系在银道面一侧运动周期大致相当。Hallam（1977）综合了许多人的成果，认为海平面变化在长周期背景上叠加了平均为0.35～0.55亿年的周期。在约4亿年长度的古生代中，有近10次大的岩浆侵入活动，平均亦为4000万年周期。Hatfield（1970）认为显生宙以来有7次最剧烈的生物灭绝时期，平均约8000～9000万年发生一次，这与太阳系在银道面上下往返运动周期大体相当。

（二）超新星爆发与地质灾变

　　宇宙空间中有一种星体，它们在极短的时间内在亮度上发生突然的变化，释放出极高的能量，致使星体本身发生爆炸，抛射出大量物质，这一类天体称为超新星，在银河系里的超新星约占其总质量的14％。Lerche（1981）对银河系超新星的出现频率进行了系统分析，提出银河系中超新星发生的时间间隔为（70±30）年，即每200年约有3次超新星爆发。人们已经认识到在太阳系附近出现超新星的可能性是存在的，它的爆发和能量对地球有着重要影响。

　　超新星爆发是宇宙射线的主要来源之一。γ射线和高能粒子的显著增强，使得地球上树木的14C含量增加，影响到沉积物中有机质含量的变化。9500～10500年前14C含量处于正异常阶段，在全球许多剖面中发现年龄为（10100±700）年的沉积物中，普遍出现一层富含有机质的沉积层或古土壤，这与推算的船帆座超新星的年龄8400～11300年基本吻合。

　　超新星的最大特点是突然爆发，并释放出巨大能量，因此很多人开始注意到超新星爆发有可能在地质历史上的古生物大灭绝中起重要作用。60～70年代，苏联学者曾用超新星爆发来解释白垩纪末期恐龙灭绝现象，引起了热烈讨论。

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