序言

地质学和数学、物理、化学、生物学一起，是自然科学的五大基础学科。

19世纪30年代，英国地质学家莱伊尔《地质学原理》的出版，标志着现代地质学的建立。近二百年来，地质科学为人类社会在解决矿产和能源资源以及解决工程和环境问题等方面发挥了重大的、不可或缺的作用，为人类社会的发展和人类文明的进步做出了重大的贡献。

宁镇地区是中国较早开展地质调查和研究的地区，中国近代地质科学的开拓者章鸿钊、丁文江、翁文灏、李四光等先辈在宁镇地区也留下了足印，使宁镇地区成为20世纪初中国地质研究程度最高的地区之一。

江苏省地质矿产局第三地质大队从1958年成立，至今走过了一甲子。地质三队人在前人工作成果的基础上，在镇江及周边地区长期从事地质找矿以及工程地质、灾害地质和生态环境地质工作，取得了丰硕的成果。

镇江地质陈列馆是一个普及地球科学知识、宣传地质工作对于人类社会发展的作用和意义、培育保护地球自然生态环境的理念、激发人们对地球科学的兴趣和爱好的综合性的科普基地，也是弘扬和传承“三光荣精神”的三队地质人的一个精神家园。

懂山水，山水更好；懂地球，地球更好；懂自然，自然更好。

1　璀璨星空——宇宙

1.1　人类对宇宙的探索

宇宙，星光灿烂，浩瀚无垠。中国战国时代哲学家庄子曰：上下四方谓之宇，古往今来谓之宙。东汉时期科学家张衡言：宇之表无极，宙之端无穷。

1969年7月16日，“阿波罗11号”飞船登上月球，人类首次离开地球，把脚印留着在了月球。

1977年9月5日，“旅行者一号”探测器发射升空，2014年美国国家航空航天局宣布，“旅行者一号”已飞离太阳系，进入星际空间，这是至今人类飞得最远的探测器。

1990年4月24日，“发现号”航天飞机把哈勃太空望远镜送入地球轨道，使人类目力到达最遥远的宇宙深空，从此为人类认识了解宇宙打开了一扇全新的窗口。

2019年1月1日，“新视野号”飞抵太阳系边缘，掠过柯伊伯带小天体“天涯海角”星，这是人类研究过的最遥远的天体。

1.2　宇宙诞生

1929年，埃德温？哈勃观测到遥远的星系正在快速离我们远去，证明了宇宙在膨胀，而且是在加速膨胀。

“宇宙大爆炸”理论认为，137亿年前，一个体积无限小、密度无限大、引力无限大、时空曲率无限大的奇点在一次大爆炸后开始急速膨胀，时间从此开始，由空间、时间、物质和能量统一体构成的宇宙就此诞生。

1.3　宇宙有多大

我们地球所在的太阳系直径约120亿千米，太阳系所在的银河系直径约10万光年（1光年=9.46万亿千米），地球到太阳的平均距离（即1个天文单位）为1.5亿千米，光行走需8.3分钟（光速≈3×105千米/秒）。

1.4　宇宙的构成

宇宙元素组成：氢90%，氦9.7%，氧、碳、氖、氮、镁、硅、铁、硫0.3%。（制作成分构成图表）

星系是由千万至千亿颗恒星及星际气体、尘埃物质等组成的庞大天体系统，是宇宙的基本组成单元，宇宙中有无数的像银河系一样的星系。星系进一步组成星系团，星系团构成了大尺度宇宙结构，即人类目前已知的可观测的宇宙。

恒星：由炽热的等离子体组成且自身能发光的天体。

行星：围绕恒星旋转的不发光的天体。

小行星：火星和木星轨道间，椭球形、似球形及不规则形的沿各自轨道绕太阳运行的小天体。

星云：在天空中所见的云雾状天体，在银河系内由气体和尘埃组成。

这些组成了我们今天人类观察到的和认知的宇宙世界。然而，这些物质只占整个宇宙的大约4%，还有96%沉浸在黑暗中，它们是我们看不到的暗能量和暗物质。

宇宙之外呢？或许还存在无数的平行宇宙，以今天人类的科学认知水平和能力，我们对此还一无所知。

1.4　银河系

迢迢牵牛星，皎皎河汉女。

银河系是由1000~2000亿颗恒星和各种星云、星际物质组成的一个巨大的旋涡状星系。可见部分呈球状，直径约10万光年，主体部分为一扁的圆盘体，直径约8万光年，中间较厚约1.5万光年，边缘很薄，约1000~6000光年。银河系天体绕银轴自转，同时又以214千米/秒向麒麟座方向运动。

1.5　太阳系

太阳系位于银河系银道面北约26光年的猎户悬臂附近；太阳系距银心约2.4万光年；以大约250千米/s的速度绕银心旋转；公转一周需2.5亿年。

太阳系直径约120亿千米，由太阳和水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星八大行星以及1万多颗小行星、69颗卫星、上万亿颗彗星及星际物质组成。

太阳直径约139万千米，质量约2000亿亿亿吨，是一个炽热的等离子气体球，主要由氢（71%）和氦（27%）组成，其他氧、氮、碳、氖、铁、镁、铝、硅、硫等约占2%。太阳由中心向外分为核反应区、辐射区和对流区，由氢核聚变成氦核的热核反应产生巨大的能量，以辐射的方式由内部传送到表面并发送到宇宙空间。

太阳现在正处于中心发生氢燃烧的热核反应阶段，是一颗正值壮年的主序星。当氢燃料耗尽，中心将发生氦核其他元素的核反应，同时膨胀得越来越大，变成巨星和红巨星，当所有核能耗尽，太阳会喷出外层物质，形成行星状星云，接着星云中心坍缩成一颗白矮星，最后逐渐冷却变暗，成为一个不发光的黑矮星。当然，我们今天的人类无须为此担忧，因为这是大约50亿年后才会发生的事件。

2　人类家园—地球

2.1　地球基本数据

元素丰度：铁34.6%、氧29.5%、硅15.2%、镁12.7%、镍2.4%、硫1.9%、钙1.1%、铅1.1%

与太阳平均距离：149597870千米

绕太阳公转周期：365日5小时48分46秒（一回归年）

自转周期：23小时56分4秒

平均半径：6371千米（赤道半径：6378千米，极半径：6357千米）

体积：1.083万亿立方千米

表面积：5.11亿平方千米（其中海洋71%，陆地29%）

质量：5.97×1024千克（59.7万亿亿吨）

平均密度：5.52克/立方厘米

赤道周长：40075千米

最高点：8844.43米（珠穆朗玛峰）

最低点：-11034米（马里亚纳海沟斐查兹海渊）

2.2　地球诞生及演化

大约46亿年前，在银河系猎户座悬臂位置，一颗超新星爆发产生的巨大冲击波引发了太阳星云的收缩，星云中心最终凝聚成了一个致密的原恒星，即太阳雏形，围绕着原恒星形成了一个圆盘，太阳系诞生了。圆盘中的尘埃颗粒滚雪球般的聚集形成了包括原始地球在内的行星。与此同时，原恒星内部巨大压力开始引发热核聚变，并进入绵延不绝的稳定状态，即主序星阶段，直到今天太阳仍然是一颗正值壮年的主序星。在太阳系形成约6700万年后，一颗火星大小的行星撞击原始地球，两个行星瞬间粉碎后又重新聚合，形成了今天的地球和月球，地球（地月系）正式诞生。

地球自诞生至今，其演化三个阶经历了三个阶段：

第一阶段：天文时期（冥古宙时期）

距今46~38亿年。高温地球强烈旋转，物质按不同密度产生分异作用，形成原始地核、地幔和地壳，地壳随着温度降低形成硬壳，地球的圈层构造形成。大量的小天体不断撞击地球，火山频繁爆发，喷出大量气体，释放出大量水蒸气，从而形成了地球的原始大气和原始海洋。

第二阶段：太古宙-元古宙时期

距今38~5.42亿年。火山作用频繁，海洋接受沉积，造山变质作用强烈，陆核和地盾形成。晚期海侵加大，蓝绿藻出现，藻类通过光合作用大量吸收二氧化碳，并释放出氧气，形成了含氧大气圈，为生命大量繁殖创造了条件。

第三阶段：显生宙时期

沉积作用、岩浆火山作用、变质作用和板块运动、冰川运动等各种地质作用与运动全面发生，生物界全面发展繁荣与进化，人类诞生。

2.3　地球圈层结构

地球圈层结构表表1

2.4　地球的自转与公转

地球诞生初期，自转速度很快，就像快速旋转的陀螺。大约45亿年前，行星撞击地球形成了卫星—月球，月球稳定了地球的自转轴，地球越转越慢，一天越来越长。45亿年前，一天只有6小时多，一年有1430多天；25亿年前，一天有12多小时，一年有710多天；而到了4亿年前，一天则达到了22小时。

地球绕太阳公转的速度也不同，在1月3日前后经过近日点时，速度最快为30.3千米/秒；在7月4日前后经过远日点时速度最小，为29.3千米/秒。

2.5　地球运动—洋底扩张与板块构造

20世纪60年代兴起的板块构造学说是地球科学的一场重大革命。大陆漂移和海底扩张的发现，奠定了板块构造学说的基础，从此地球科学的许多分支学科开始相互印证、相互联合，在研究方法上强调全球视野和跨学科的探索，把地球科学的发展推向了一个新的高度。

全球可分为六个一级板块：亚欧板块、太平洋板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块、南极洲板块。

板块构造运动造就了地球上众多壮阔的地质地貌。板块碰撞升起了全球最高的高原-青藏高原、最高大的山脉-喜马拉雅山以及地球最高峰-珠穆朗玛峰，板块俯冲形成了全球最深的海沟-马里亚纳海沟，板块扩张产生了全球最长的海底山系-大洋中脊，大陆板块张裂形成了全球最深的湖泊-贝加尔湖。

2.6　地球运动—地震

什么是地震？

地震是地壳某个部分的岩石在内外营力作用下突发剧烈运动而引起的一定范围内的震动现象。

地震要素：发震时刻、震中、震级、震源、震源深度。

地震类型按成因分为构造地震、火山地震、陷落地震；按震源深度分为深源地震（大于300千米）、中源地震（60~300千米）、浅源地震（小于60千米）。全球90%以上的地震为构造地震和浅源地震。

地震带分布

全球可分为四个地震带：环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带、洋脊地震带和陆内变形地震带。我国可分为三个地震带：邻太平洋地震带、贺兰山-龙门山-横断山地震带和西部地震带。

震级是指地震释放能量的大小，烈度是指地震的破坏程度。一次地震只有一个震级，而烈度不止一个，离震中越近，烈度越高，破坏性也越大。镇江抗震设防烈度为7度。

全球历史最大地震：1960年5月21日，智利大地震，9.5级。

中国历史最大地震：1950年8月15日，西藏墨脱县，8.6级

镇江历史最大地震：1913年4月3日，震中镇江市，5.5级。

地震的危害

强烈地震可导致山崩地裂、地面沉降和隆起、河道堵塞决堤、建筑物倒塌，还可引起海啸，并引起滑坡、泥石流、火灾及水灾等次生灾害，给人类社会带来极大灾难。

地震的预防

避—在规划建设工程时，首先应尽量避开地震断裂带。

防—在建造建筑时，根据不同烈度区的抗震要求，采取一定的构造措施，强化结构、筑牢地基、保证质量是最有效的防震措施。

躲—在地震来临时，采取正确的躲避措施，以减轻地震对人的伤害。

2.7　地球运动—火山

火山活动包括岩浆冲出地面、产生爆炸、流出熔岩、喷射气体和碎屑物质等活动，以及与此相伴随的岩浆从地下向地面运移、发散热量、析离出气体、水分等活动。

火山的危害

火山喷发时形成熔岩流、火山灰，以及与暴雨相结合形成的泥石流，能冲毁道路、桥梁，淹没附近的乡村和城市，对人类带来毁灭性的灾难。火山喷发还对气候产生显著的影响，火山灰和气体喷到高空后，会遮住阳光，导致气温的下降。

火山的分类与喷发类型

火山喷发具间隙性。现在具有喷发能力的火山称为活火山，而现在没有喷发将来也不会喷发的则为死火山。休眠火山则是现在没有喷发，历史时期可能喷发过，但将来有可能喷发的火山。

地球上已知的活火山约518座，其分布和地震带一样在板块的边缘，主要集中在环太平洋火山带和地中海-印度尼西亚火山带。

火山喷发方式有二类，一种是岩浆沿管状通道上涌，从火山口中喷出，为中心式喷发；另一种是岩浆沿地壳断裂带喷出，为裂隙式喷发。

3　进化旅程—生命

3.1　生命诞生

宇宙形成早期，产生了构成生命的基本元素氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫等。地球磁场形成、大气降水形成的原始海洋以及臭氧层的形成，为生命产生提供了基本和适宜的环境条件。此后，原始海洋中的生命元素和H₂O、CH₄、NH₃、H₂、CO₂、CO、N₂等无机化合物在紫外线、电离辐射、高温高压等条件影响下，聚合形成了氨基酸、嘌呤、嘧啶等有机生物小分子（另外科学家也发现陨石、彗星和星际尘埃都存在氨基酸、嘌呤和乙醇等有机小分子），生物小分子进一步聚合成多肽、多聚核苷酸等，再通过自组织、自复制和变异，进一步形成蛋白质和核酸等生物大分子，生物大分子再组成由生物膜包裹的具有自我复制能力的细胞，它们就是地球上最初的原始单细胞生命，原核生物—细菌。

加拿大Nuvvuagittug地壳带石英岩层中的丝状细菌化石，具有37.7亿年的历史，是目前地球上发现的可能的最早的生命形态。此前最古老的微体化石是澳大利亚西部35亿年前的瓦拉乌纳岩层中的星丝状和放射状的细菌化石。

从此，物竞天择，适者生存，生命开启了由简单到复杂、由低级到高级、由海洋到陆地、有无性繁殖到有性繁殖的漫长而壮丽的进化史诗。

3.2　寒武纪生命大爆发

从35亿年前生命诞生的太古宙，一直到元古宙末的近30亿年间，地球生命的主要形式是菌藻类、无壳后生动物和小壳动物等低等动物。到早寒武世，出现了以“澄江动物群”为代表的规模巨大的生物大爆发事件，生物进化速度突然加快，出现了多孔动物门、叶足动物门、腕足动物门、软体动物门、节肢动物门、棘皮动物门、水母动物群和脊索动物门等20多门动物，海洋中开始变得生机盎然，各种现生动物的祖先基本都已出现。

而对于寒武纪生物大爆发的原因，现在一般认为是可能与地球气候环境发生突变，大气和海洋中氧气大量增加有关。

3.3　生命进化与生物大灭绝

生命是大自然的杰作。生命从诞生的那一刻起，开始了奇异的旅程--伴随地球环境的变迁向更高级的形式发展，这种现象被称为进化。进化像一条奔腾不息的长河，从涓涓细流到波澜壮阔，时而舒缓、时而跌宕，生命的演化并不总是一路高歌、一帆风顺。

五次生物大灭绝：

1.奥陶纪大灭绝（大约4.4亿年前）

2.泥盆纪大灭绝（在大约3.67亿年前）

3.二叠纪大灭绝（大约2.45亿年前）

4.三叠纪大灭绝（大约2.08亿年前）

5.白垩纪大灭绝（大约6500万年前）

3.4　生物登陆

与近40亿年海洋生命史相比，陆地生命仅有4亿多年的历史。裸蕨植物率先登陆，并在陆地上繁盛，随后是动物登陆。由水生到陆生是脊椎动物进化史上的革命性变化，鱼类一步步向两栖类、爬行类进化，最后进化为包括人类在内的最高等的哺乳类动物。

3.5　人类诞生与演化

4700万年前灵长类动物的祖先猴类在北美生存的遗迹；

700万年前，人类祖先以直立行走为标志，从黑猩猩亚族中分离出来，人猿分界；

440-580万年前，地猿始祖生活在丛林中，与其他动物争夺食物；

420万年前，南方古猿穿梭于非洲热带草原中，依靠群体的力量与猛兽抗衡；

320万年前，人类祖母“露西”；

250万年前，早期猿人能人（能用手工作的人）出现；

180万年前，晚期猿人直立人制作和使用更复杂的工具捕食；

20万年前，我们最近的祖先智人出现，并最终进化为今天的人类。

3.6　化石—地球历史的生命遗迹

化石是保存在岩石中的远古生物的遗体、遗迹和死亡分解的有机分子。化石通常以实体、模铸、遗迹和化学分子形式保存。

化石可以用来研究地球生命起源与进化，重建古环境、古地理和古气候，确定相对地质年代和划分地层，解释地球演变过程，解密地质矿产的成因和提供生物大灭绝的证据。