2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——地球的母星研究及對太陽系演化的啟示考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項不是支持月球由地球與一個火星大小的天體（Theia）發(fā)生巨大碰撞形成（GiantImpactHypothesis）的主要證據(jù)？A.地球與月球氧同位素比率幾乎相同B.月球缺乏鐵質(zhì)核心C.月球相對于其質(zhì)量擁有過多的角動量D.地球地幔中存在高場強元素（如鈾、釷）的富集2.地球早期水圈的主要來源被認為不包括：A.小行星和彗星撞擊帶來的冰B.地球內(nèi)部火山活動釋放的水汽C.太陽風持續(xù)剝離地球原始大氣中的氫氧D.原地球形成過程中吸積的太陽星云中的水冰3.在地球母星研究過程中，放射性同位素測年法的主要作用是：A.確定太陽星云的年齡B.精確測量月球形成的時間C.估算太陽系其他行星的形成時間D.計算地球大氣中各種氣體的擴散速率4.“晚期重轟炸期”（LateHeavyBombardment）對地球母星研究的主要意義在于：A.導致了月球的形成B.為地球帶來了大量揮發(fā)性物質(zhì)，包括水C.標志著太陽系主要形成階段的結(jié)束D.直接導致了地球早期生命的誕生5.與地球地幔相比，太陽星云盤中形成行星的原始物質(zhì)（星云塵）在元素組成上的顯著特點是：A.鐵鎂元素含量高，硅酸鹽含量低B.碳、氮、氫等揮發(fā)性元素含量高C.稀土元素和稀有氣體含量非常豐富D.氧元素含量遠超其他所有元素6.地球早期大氣演化的第一個階段（還原大氣）的主要成分來源是：A.太陽風帶來的氫、氦B.地球內(nèi)部火山噴發(fā)出的水汽、二氧化碳、甲烷等C.小行星和彗星撞擊帶來的氨、甲烷D.地球形成時從太陽星云中捕獲的氬、氖等稀有氣體7.下列哪項證據(jù)不支持“捕獲說”（CaptureTheory）是月球的主要形成機制？A.地球與月球具有相似的氧同位素組成B.月球缺乏鐵質(zhì)核心C.月球質(zhì)量相對地球較小D.月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期同步（潮汐鎖定）8.地球巖石圈板塊構(gòu)造理論的形成，對理解地球母星研究有何啟示？A.證實了地球內(nèi)部存在強烈的放射性元素衰變熱B.解釋了地球早期地幔對流和火山活動的劇烈程度C.揭示了月球形成過程中對地球地殼的改造D.推翻了太陽星云GCM模型關(guān)于行星形成的預測9.地球水圈的形成和演化對太陽系早期生命起源的研究至關(guān)重要，主要體現(xiàn)在：A.提供了生命所需的基本化學元素B.營造了具有適宜溫度和液態(tài)水環(huán)境的“宜居帶”C.分離和富集了有機分子，形成了原始“湯”D.通過光合作用產(chǎn)生了氧氣，改變了地球大氣的成分10.將地球與其他類地行星（如火星、金星）進行比較研究，主要目的是：A.尋找地外生命存在的證據(jù)B.理解不同行星形成和演化路徑的差異C.驗證太陽星云成分模型的準確性D.判斷人類移民到其他行星的可行性二、填空題（每空2分，共20分）1.目前關(guān)于月球起源最被廣泛接受的理論是______假說，該理論認為月球形成于地球與一個火星大小的天體發(fā)生______事件后的熔融混合。2.地球早期演化的關(guān)鍵時期包括______（指地殼形成和初步分異）、晚期重轟炸期以及______（指大氣和海洋的形成與演化基本完成）。3.地球化學組成中，與太陽星云整體豐度相比，地球地幔和地殼中______元素富集，而______元素虧損。4.用于確定巖石年齡的放射性同位素必須具備半衰期______、在地球形成和演化過程中______以及能被______的核性質(zhì)。5.地球早期大氣演化的次生大氣階段，其主要成分來源于______作用和______作用。6.地球母星研究不僅是為了理解地球自身的起源，更是為了揭示______的起源和演化規(guī)律。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述太陽星云GCM模型如何解釋月球起源的“巨撞擊”事件及其主要預測結(jié)果。2.簡述地球早期水圈形成的三種主要來源假說及其依據(jù)。3.簡述地球早期大氣演化的兩個主要階段及其主要特征和來源。四、論述題（每題25分，共50分）1.結(jié)合具體的地球科學證據(jù)（如同位素組成、礦物學特征、地質(zhì)記錄等），論述支持月球“巨撞擊”起源說的主要證據(jù)，并分析該假說面臨的挑戰(zhàn)或需要解釋的問題。2.試述地球母星研究（特別是月球和早期地球的研究）對理解整個太陽系行星形成模式（如碰撞機制、分異過程、物質(zhì)分布等）所提供的關(guān)鍵啟示。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.B6.B7.D8.B9.C10.B二、填空題1.巨撞擊；碰撞2.原初地殼形成與分異；行星宜居期（或“水圈大氣圈形成穩(wěn)定期”）3.稀土；揮發(fā)性4.足夠長；基本保持不變；測年對象（或“礦物/巖石”）5.火山噴發(fā)；行星俘獲（或“小行星/彗星撞擊”）6.太陽系三、簡答題1.解析思路：首先說明GCM模型的基本原理是模擬太陽星云在引力作用下坍縮形成原恒星和原行星盤的過程。然后解釋在該模型中，當原地球與一個火星大小的天體（Theia）在原行星盤中碰撞時，巨大的碰撞能量導致兩者部分熔融混合，并拋射出大量物質(zhì)進入地球軌道。這些物質(zhì)最終凝聚形成了月球。最后，指出該模型的主要預測結(jié)果包括月球與地球具有相似的氧同位素組成（因為來自地球和撞擊體的物質(zhì)混合），以及月球缺乏鐵核心（因為撞擊體可能缺乏鐵核心或撞擊導致鐵熔融進入地球）。2.解析思路：列舉三種主要來源：一是小行星和彗星撞擊帶來的冰水；二是地球內(nèi)部火山活動釋放的水汽；三是原地球形成過程中吸積的太陽星云中的水冰。然后簡述依據(jù)：小行星和彗星含有大量水冰，撞擊地球可直接注入水；早期地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生大量熱能，驅(qū)動火山活動，將地幔中的水汽帶到地表；太陽星云整體含有水冰，早期地球在吸積過程中也可能捕獲了部分水冰?？梢院喬嵬砥谥剞Z炸期對水圈補充的重要性。3.解析思路：區(qū)分兩個階段：早期為還原大氣階段，主要來源于火山噴發(fā)，成分以水汽、甲烷、氨、二氧化碳等還原性氣體為主。后期為次生大氣階段，主要來源于兩個途徑：一是早期火山噴發(fā)的氣體逐漸積累；二是小行星和彗星撞擊帶來的水汽和揮發(fā)性氣體。后期大氣成分變化較大，如水汽凝結(jié)形成海洋，二氧化碳被地幔吸收或形成碳酸鹽，最終為現(xiàn)代大氣奠定基礎。四、論述題1.解析思路：首先明確核心論點：利用多方面地球科學證據(jù)支持月球“巨撞擊”假說。然后分點闡述主要證據(jù)：*氧同位素證據(jù)：月球巖石與地球地幔巖石具有極其相似的氧同位素組成（Δ17O接近于0），而地球與其他太陽系天體（如火星、金星、小行星）存在顯著差異。這表明月球物質(zhì)主要來源于地球和（可能）一個具有相似氧同位素組成的撞擊體，混合后Δ17O值被“凍結(jié)”。*同位素證據(jù)（其他）：鈾系同位素（如238U/235U比率）和錒系同位素（如Sm/Nd）比率在月球和地球地幔中的一致性，支持了同源或混合的結(jié)論。月球缺乏放射性成因氦（He-4），表明其形成過程中放射性元素并未大量熔融進入月球。*礦物學證據(jù)：月球缺乏鐵核心或核心相對較小，這與巨撞擊模型預測的撞擊體主要貢獻了硅酸鹽外殼而非金屬核心相符。月球表面普遍存在的撞擊玻璃（球粒隕石），其成分可反映撞擊事件本身及原始物質(zhì)信息。*角動量證據(jù)：地月系統(tǒng)總角動量（地球自轉(zhuǎn)+月球公轉(zhuǎn)）的大小與巨撞擊模型預測的角動量來源（主要由碰撞過程轉(zhuǎn)移）吻合。最后，分析挑戰(zhàn)：如撞擊體的具體身份和軌道難以精確確定；撞擊過程的具體細節(jié)（如能量沉積、物質(zhì)拋射和混合效率）仍需完善模型解釋；部分同位素細節(jié)（如εSm異常）可能與簡單混合模型存在偏差，需要更復雜的分異過程解釋。2.解析思路：核心論點：地球母星研究為理解太陽系行星形成提供了關(guān)鍵窗口和證據(jù)。分點闡述啟示：*驗證和細化形成模型：月球“巨撞擊”假說不僅解釋了月球起源，也間接證實了太陽星云GCM模型關(guān)于行星形成中碰撞和分異過程的預測。地球與其他行星（特別是類地行星）之間顯著的化學成分差異（如地球富鐵鎂，金星貧鐵鎂，火星富鉀鈉鋁），則反映了它們在太陽星云中形成位置或吸積過程的不同，以及后續(xù)可能發(fā)生的不同演化路徑（如地球的內(nèi)向吸積和劇烈分異）。*揭示物質(zhì)分布和來源：通過分析地球地幔和地殼的元素、同位素組成，可以推斷太陽星云的整體化學成分（特別是地球未捕獲的“虧損”成分），以及行星形成過程中元素的分配規(guī)律（如鐵鎂傾向于向內(nèi)集中，硅酸鹽和揮發(fā)性物質(zhì)形成地幔和地殼、大氣、海洋）。例如，地球?qū)ο⊥猎氐母患兄诶斫庠行潜P中的區(qū)域不均勻性。*