能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)論文
能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)論文
自然界的形成、發(fā)展及其演化源于物質(zhì)本身具有的能量，源于物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)能量的守恒。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)論文，希望你能從中得到感悟!
能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)論文篇一
淺談人體中的能量轉(zhuǎn)化
摘要：本文結(jié)合能量概念和能量守恒定律，討論了人體生命現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化等問(wèn)題。主要內(nèi)容包括能量形式的多樣性、能量守恒定律的重要意義、人體中的能量轉(zhuǎn)化、體溫和體溫調(diào)節(jié)等。
關(guān)鍵詞：能量守恒定律 能量代謝 體溫調(diào)節(jié) 醫(yī)用物理 教學(xué)研究
一、能量形式的多樣性
自然界的任何過(guò)程，包括人類的生產(chǎn)活動(dòng)和人體的生命活動(dòng)都離不開能量。弄清楚能量概念，掌握能量守恒定律，對(duì)指導(dǎo)人們的生活、工作和學(xué)習(xí)，都具有重要而普遍的意義。在國(guó)際單位制中，能量的單位是焦(J);在研究微觀粒子時(shí)，也常用電子伏(eV)為能量的單位，。能量通常以機(jī)械能、內(nèi)能、電能、原子能和化學(xué)能等多種形式出現(xiàn)在不同的運(yùn)動(dòng)中，并通過(guò)作功或傳熱等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。人體生命活動(dòng)中的能量主要來(lái)源于攝入食物的氧化分解。
機(jī)械能包括動(dòng)能和勢(shì)能(重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能)。動(dòng)能的變化通過(guò)機(jī)械功，按動(dòng)能定理與勢(shì)能、內(nèi)能、電能等其他形式能量進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。
內(nèi)能是由系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)所決定的能。一般地說(shuō)，系統(tǒng)是由大量分子、原子組成的，系統(tǒng)的內(nèi)能是全部微觀粒子的各種能量總和(包括系統(tǒng)中所有粒子的動(dòng)能、勢(shì)能、化學(xué)能、電離能、核能等)。由于在系統(tǒng)所經(jīng)歷的熱力學(xué)過(guò)程中，物質(zhì)原子和原子核的結(jié)構(gòu)一般都不發(fā)生變化，即這一部分能量保持不變，可作為常量從中扣除。從微觀角度來(lái)看，系統(tǒng)的內(nèi)能一般包括因分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的分子的動(dòng)能和因分子間相互作用而決定的分子的勢(shì)能。通常，就把系統(tǒng)中所有分子的動(dòng)能和分子的勢(shì)能總和，稱作系統(tǒng)的內(nèi)能。從宏觀角度來(lái)看，人們更加關(guān)注在系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的熱力學(xué)過(guò)程中，系統(tǒng)的內(nèi)能究竟發(fā)生了多大的變化。作功和傳熱是改變物體內(nèi)能的兩種方式。在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，內(nèi)能的變化、功和熱量三者之間必須符合能量守恒定律。
電勢(shì)能是指電荷因受靜電力作用和在靜電場(chǎng)中的位置不同而具有的能量。電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力的功相聯(lián)系。在電路中，電流作功時(shí)，電能與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化。通常情況下，電流或帶電體所攜帶的電能，可以用導(dǎo)線來(lái)傳輸，且易于轉(zhuǎn)化為其他形式的能。實(shí)際應(yīng)用中，電能要由電源來(lái)提供。電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。電源提供的電能必須通過(guò)非靜電力對(duì)電荷作功的方式從其他形式的能轉(zhuǎn)化而來(lái)。例如，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能;干電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;太陽(yáng)能電池則是把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能。
化學(xué)能是物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中所釋放出的能量(如汽油、煤炭、木頭，通過(guò)燃燒過(guò)程釋放的能量)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在人體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)過(guò)程也會(huì)釋放出化學(xué)能。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，原物質(zhì)的分子發(fā)生變化，重新組合生成新的化學(xué)物質(zhì)，將引起化學(xué)能的變化，并伴隨著放熱或吸熱現(xiàn)象的發(fā)生。
原子能(也稱原子核能或核結(jié)合能)是原子核內(nèi)部發(fā)生運(yùn)動(dòng)變化時(shí)釋放出的能量。如重核裂變和輕核聚變時(shí)會(huì)釋放出巨大的能量，這是人類尋找新能源的主要途徑。放射性核素在衰變過(guò)程中所放出的射線(主要指其中的γ射線)，在醫(yī)學(xué)診斷和治療技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用，這也是原子能應(yīng)用的一個(gè)重要方面。
1905年，愛因斯坦在狹義相對(duì)論中提出了著名的質(zhì)能公式E=mc2。愛因斯坦的質(zhì)能公式對(duì)指導(dǎo)人類最終解決新能源問(wèn)題具有重要意義。質(zhì)能公式(也稱質(zhì)能關(guān)系)在能量和質(zhì)量之間建立了當(dāng)量關(guān)系，能量概念因此增添了新的涵義。質(zhì)能公式將原來(lái)似乎互不相干的質(zhì)量守恒和能量守恒實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。
盡管在2011年3月11日發(fā)生了日本大地震和海嘯，并因此導(dǎo)致核泄漏，引起了人們的恐慌，但這決不會(huì)阻擋人類探索原子能和平利用的步伐。
二、能量守恒定律的重要意義
無(wú)論以什么方式，能量既不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消滅，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量不變。這就是能量守恒定律。
恩格斯認(rèn)為，“人們只是在學(xué)會(huì)了摩擦取火以后，才第一次迫使某種無(wú)生命的自然力替自己服務(wù)”。熱現(xiàn)象是人類最早觀察和認(rèn)識(shí)的自然現(xiàn)象之一，也是人們用以征服大自然和改造世界最早、最強(qiáng)有力的手段。
從18世紀(jì)末到20世紀(jì)40年代，有6個(gè)國(guó)家的10多位科學(xué)家從不同角度獨(dú)立地提出了能量守恒的觀點(diǎn)。例如，德國(guó)物理學(xué)家、醫(yī)生邁爾、英國(guó)物理學(xué)家焦耳等人對(duì)此都作出了重要貢獻(xiàn)。毫無(wú)疑問(wèn)，能量概念和能量守恒定律是自然界中最重要的概念和規(guī)律。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，是科學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑。恩格斯把它和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及達(dá)爾文的進(jìn)化論一起，稱為是19世紀(jì)自然科學(xué)的具有決定意義的三大發(fā)現(xiàn)。自然界中的一切現(xiàn)象通過(guò)能量守恒定律相互聯(lián)系起來(lái)。能量守恒定律的確立，標(biāo)志著人們已經(jīng)從各種局部規(guī)律的探索，上升到能夠把握形式多樣的能量轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程的共同特征。物質(zhì)的不同運(yùn)動(dòng)形式及其相互轉(zhuǎn)化是物質(zhì)世界固有的特征，永遠(yuǎn)不會(huì)停息。能量守恒不僅具有數(shù)量上的意義，并且指明了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不滅性和永恒性。
在歷史上，曾有人幻想制造出這樣一種機(jī)器，它只對(duì)外作功而不消耗任何能量，人們稱這種機(jī)器為“第一類永動(dòng)機(jī)”。所有這樣的幻想最終都必定要破滅，原因就是它違背了能量守恒定律。科學(xué)已經(jīng)定論，“第一類永動(dòng)機(jī)不存在”。這是科學(xué)對(duì)“永動(dòng)機(jī)”的最終的宣判。但是，目前世界上仍然還有人在繼續(xù)著永動(dòng)機(jī)的幻想和實(shí)踐，這樣的人主要有兩類：一類是癡迷者，不懂科學(xué)非要造永動(dòng)機(jī)，當(dāng)然永遠(yuǎn)造不成;另一類則是純粹的騙子，都是為了騙錢而耍弄花招。
三、人體中的能量轉(zhuǎn)化
自然界的一切過(guò)程都必須遵從能量守恒定律，人體的生命過(guò)程當(dāng)然也不例外。人體生命系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，它不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)交換(從外界攝取食物、水和氧氣，并排出廢物)和能量交換(如對(duì)外作功，對(duì)外散熱)。人類生存在季節(jié)交替、氣候變幻的自然界中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化人類把自身的體溫約束在37℃左右。為了維持生命活動(dòng)，人體需要保持正常的體溫，需要保證各個(gè)器官正常的活動(dòng)和組織的代謝。人體從外界吸納的食物、水和氧，在體內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，轉(zhuǎn)變成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)能。一部分用作人體生命活動(dòng)所必須的能量和保持體溫，一部分用于對(duì)外作功和散熱。
恩格斯指出，熱是人類最早發(fā)現(xiàn)的一種自然力，是地球上一切生命的源泉。太陽(yáng)不斷地向地球噴發(fā)光和熱，這樣地球上的植物才能進(jìn)行光合作用，合成出各種有機(jī)物。據(jù)估算，地球上的綠色植物每天可以產(chǎn)生大約4億噸的蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪，同時(shí)還向空氣中釋放近5億噸的氧氣，這是了人類和動(dòng)物生存的物質(zhì)來(lái)源。這就是“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”的科學(xué)根據(jù)。
能量代謝(也稱新陳代謝)，是指人體在生存過(guò)程中，不斷地?cái)z取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以建造自身的特殊結(jié)構(gòu)，同時(shí)又不斷地破壞自身已衰老的結(jié)構(gòu)。人體內(nèi)的物質(zhì)代謝過(guò)程，根據(jù)其性質(zhì)可分為異化和同化兩個(gè)方面。異化是指在機(jī)體內(nèi)，蛋白質(zhì)、脂肪、糖等物質(zhì)經(jīng)過(guò)極其復(fù)雜的氧化分解，生成水和二氧化碳的過(guò)程(也稱分解代謝);同化是指在機(jī)體內(nèi)，簡(jiǎn)單的物質(zhì)分子在體內(nèi)合成為蛋白質(zhì)、脂肪、糖等復(fù)雜物質(zhì)的過(guò)程(也稱合成代謝)。由氨基酸合成蛋白質(zhì)就是同化過(guò)程。同化過(guò)程是儲(chǔ)存能量的過(guò)程，異化過(guò)程是釋放能量的過(guò)程。異化過(guò)程中釋放的能量通過(guò)機(jī)體的利用轉(zhuǎn)化為功和熱。
在人體內(nèi)，物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化是不可分割的。人體經(jīng)過(guò)消化系統(tǒng)吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和儲(chǔ)存的能量，通過(guò)氧化過(guò)程釋放出來(lái)。通常把人體內(nèi)的物質(zhì)代謝過(guò)程中能量的釋放和儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化和利用，以及以熱量形式向外發(fā)散的過(guò)程，稱為能量代謝。所謂基礎(chǔ)代謝，是指人體處于清醒、平靜，并盡可能排除肌肉活動(dòng)、精神緊張及環(huán)境溫度等因素影響的狀態(tài)下，能量的消耗只用于維持心跳、呼吸、和維持正常體溫等其他一些基本的生理活動(dòng)的需要。在這種狀態(tài)下人體的代謝率較低且穩(wěn)定，這稱為基礎(chǔ)代謝。
人體無(wú)論是在靜息狀態(tài)下，還是在活動(dòng)中，都會(huì)連續(xù)不斷地將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w組織所必須的各種能量，這就是分解代謝。分解代謝的能量一部分用于向體外放熱，一部分用于對(duì)外作功。人體在完全休息時(shí)，內(nèi)能的消耗率約為80瓦，人在作劇烈活動(dòng)時(shí)能量的消耗率可達(dá)600瓦到1600瓦。這些消耗必須靠吃進(jìn)食物來(lái)補(bǔ)償，以保證人體的能量平衡。根據(jù)能量守恒定律，人體攝入的能量與消耗的能量應(yīng)當(dāng)經(jīng)常保持相對(duì)的平衡。如果攝入的多而消耗的少，人的體重就會(huì)增大，時(shí)間久了就會(huì)引起肥胖。如果攝入的少而消耗的多，時(shí)間久了就會(huì)導(dǎo)致消瘦、體重減輕，甚至?xí)驙I(yíng)養(yǎng)不良而有害健康。
環(huán)境溫度過(guò)低或過(guò)高也會(huì)使代謝率增加。這是因?yàn)楫?dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，人體輻射的熱量多，代謝率增大以加快體內(nèi)生熱;當(dāng)環(huán)境溫度偏高時(shí)，輻射的熱量較少，為保持正常的體溫，人體要以出汗蒸發(fā)、加快呼吸等方式來(lái)散熱，這也會(huì)使代謝率增加。
人體生命系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，它不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)交換(從外界攝取食物、水和氧氣，并排出廢物)和能量交換(如對(duì)外作功和散熱等)。為了維持生命，人體需要保證各個(gè)器官的正?；顒?dòng)與組織代謝，需要保持正常體溫。因此，人體必須從食物中獲得能量。人體從外界吸納的食物、水和氧，在體內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生化過(guò)程，轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)能，一部分用于人體生命活動(dòng)的需要，一部分用于保持體溫、對(duì)外作功和散熱。根據(jù)能量守恒定律，人體攝入的能量與消耗的能量應(yīng)當(dāng)經(jīng)常保持相對(duì)的平衡。如果攝入的少而消耗的多，時(shí)間久了就會(huì)導(dǎo)致消瘦、體重減輕，甚至因營(yíng)養(yǎng)不良而有害健康。如果攝入的多而消耗的少，人的體重就會(huì)增加，時(shí)間久了就會(huì)引起肥胖。
四、體溫和體溫調(diào)節(jié)
體溫即機(jī)體的溫度，通常指身體深部的溫度。對(duì)人來(lái)說(shuō)，維持正常體溫是一件很重要的事情。人類在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了比較高級(jí)的體溫調(diào)節(jié)功能。體溫調(diào)節(jié)的方式有行為性體溫調(diào)節(jié)和自主性體溫調(diào)節(jié)兩類：一是行為性體溫調(diào)節(jié)：例如，人在嚴(yán)寒中踏步、跑動(dòng)以御寒，即屬此種調(diào)節(jié)。人們能根據(jù)環(huán)境溫度不同而增減衣著，創(chuàng)設(shè)人工氣候環(huán)境以祛暑御寒，則可視作更為高級(jí)而復(fù)雜的行為調(diào)節(jié);一是自主性體溫調(diào)節(jié)。例如，寒顫、發(fā)汗、血管舒縮等，以保持體溫相對(duì)恒定的調(diào)節(jié)過(guò)程。
機(jī)體在進(jìn)行新陳代謝的過(guò)程中，會(huì)不斷地產(chǎn)生熱量，同時(shí)又不斷地把熱量發(fā)散出去。
產(chǎn)熱過(guò)程，是機(jī)體在代謝過(guò)程中釋放能量。其中約有20%～25%用于作功，其余都以熱能形式散發(fā)出去。產(chǎn)熱最多的器官是內(nèi)臟(尤其是肝臟)和骨骼肌。因熱能來(lái)自物質(zhì)代謝的化學(xué)反應(yīng)，所以產(chǎn)熱過(guò)程又稱化學(xué)性體溫調(diào)節(jié)。
散熱過(guò)程，體表皮膚可通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流和蒸發(fā)等物理方式散熱，所以散熱過(guò)程又稱物理性體溫調(diào)節(jié)。輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流這三種方式發(fā)散的熱量約占總散熱量的75%，其中以輻射散熱最多，占總散熱量的60%，散熱的速度主要取決于皮膚與環(huán)境之間的溫度差。
蒸發(fā)也是很有效的散熱方式。當(dāng)環(huán)境溫度與皮膚溫度接近或相等時(shí)，人體主要以蒸發(fā)方式來(lái)散熱。蒸發(fā)時(shí)，每克水可吸收2.42千焦的汽化熱。常溫下體內(nèi)的水分經(jīng)機(jī)體表層透出而蒸發(fā)，稱為無(wú)感蒸發(fā)(其量每天約為1000毫升)。一般在環(huán)境氣溫升到25～30℃時(shí)，汗腺即開始分泌汗液(出汗)，稱為可感蒸發(fā)。環(huán)境氣溫等于或高于體溫時(shí)，汗和水分的蒸發(fā)即成為主要的散熱方式。
體溫的穩(wěn)定取決于機(jī)體產(chǎn)熱過(guò)程和散熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)平衡。如產(chǎn)熱量大于散熱量時(shí)，體溫將升高;反之，則降低。由于機(jī)體的活動(dòng)和環(huán)境溫度的經(jīng)常變動(dòng)，產(chǎn)熱過(guò)程和散熱過(guò)程間的平衡也就不斷地被打破，經(jīng)過(guò)自主性的反饋調(diào)節(jié)又可達(dá)到新的平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡使人體體溫波動(dòng)于較狹小的正常范圍內(nèi)，保持著體溫相對(duì)的穩(wěn)定。
臨床上一般采用從腋窩、口腔或從直腸內(nèi)測(cè)量體溫。正常人體的直腸溫度平均約為37.3℃，接近于體內(nèi)深部的溫度;口腔溫平均約為37.0℃;腋窩溫平均約為36.7℃。正常生理情況下，體溫可隨晝夜、年齡、性別、活動(dòng)情況不同而有一定的波動(dòng)。一晝夜中，清晨2～4時(shí)體溫最低，午后4～6時(shí)最高，變動(dòng)幅度不超過(guò)1℃。這種近日節(jié)律并不因生活習(xí)慣的變動(dòng)而改變，它很可能與地球的自轉(zhuǎn)周期有關(guān)。嬰兒的體溫調(diào)節(jié)機(jī)能尚未完善，可受環(huán)境溫度、活動(dòng)情況或疾病的影響而發(fā)生較大的波動(dòng)。新生兒的體溫略高于成年人，老年人則稍低于成年人。在酷熱或嚴(yán)寒環(huán)境中暴露數(shù)小時(shí)，體溫可上升或下降1℃～2℃。
體溫調(diào)節(jié)中樞主要在下丘腦。切除下丘腦以上的前腦的動(dòng)物即“下丘腦動(dòng)物”，仍能保持接近正常的體溫調(diào)節(jié)功能。而切除中腦以上的全部前腦(包括下丘腦)的動(dòng)物則不能保持體溫的相對(duì)穩(wěn)定。傳統(tǒng)生理學(xué)認(rèn)為，在下丘腦前部存在著散熱中樞，而下丘腦后部則存在著產(chǎn)熱中樞。兩個(gè)中樞之間有著交互抑制的關(guān)系，從而保持了體溫的相對(duì)穩(wěn)定。在下丘腦前部還存在著發(fā)汗中樞。下丘腦后部?jī)?nèi)側(cè)區(qū)存在著寒顫中樞，它對(duì)血液溫度變化并不敏感，但對(duì)來(lái)自皮膚冷覺(jué)感受器的傳入信息比較敏感。體溫的行為調(diào)節(jié)也受下丘腦的控制，而體溫調(diào)節(jié)中樞對(duì)體內(nèi)外溫度變化的反應(yīng)，則取決于大腦對(duì)來(lái)自外周和中樞的多種溫度覺(jué)信息整合的結(jié)果。體溫的自主性調(diào)節(jié)主要通過(guò)反射來(lái)實(shí)現(xiàn)，環(huán)境溫度或機(jī)體活動(dòng)的改變將引起體表溫度或深部血溫的變動(dòng)，從而刺激了外周或中樞的溫度感受器。溫度感受器的傳入沖動(dòng)經(jīng)過(guò)下丘腦整合后，中樞便發(fā)出沖動(dòng)(或引起垂體釋放激素)，使內(nèi)分泌腺、內(nèi)臟、骨骼肌、皮膚血管和汗腺等效應(yīng)器的活動(dòng)發(fā)生改變，調(diào)整了機(jī)體的產(chǎn)熱過(guò)程和散熱過(guò)程，從而可以保持體溫的相對(duì)穩(wěn)定。
人體對(duì)環(huán)境溫度改變所產(chǎn)生的自主性體溫調(diào)節(jié)是很有限的，更多的是行為性調(diào)節(jié)。環(huán)境溫度過(guò)低或過(guò)高都將導(dǎo)致代謝率增加。這是因?yàn)楫?dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，人體輻射的熱量多，代謝率增大以加快體內(nèi)生熱;當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，輻射的熱量較少，為保持正常的體溫，人體就要以出汗蒸發(fā)、加快呼吸等方式來(lái)散熱，這也會(huì)使代謝率增加。對(duì)人體來(lái)說(shuō)，維持正常體溫是一件很重要的事情。身材尺寸大，有利于保溫，這是因?yàn)橄鄬?duì)體表面積比較小。有人估計(jì)，3000老鼠的體重相當(dāng)于一個(gè)成人的體重，而3000只老鼠吃掉的食物大約是一個(gè)人的10倍，其中的主要部分就是用于保持體溫。
能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)論文篇二
淺談自然界能量·轉(zhuǎn)化·守恒·成礦
摘 要：自然界的形成、發(fā)展及其演化源于物質(zhì)本身具有的能量，源于物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)能量的守恒。具體而言與天地生的發(fā)展演化密切相關(guān)，主要是地質(zhì)作用(包括內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用)產(chǎn)生的能量(熱能、風(fēng)能、水能)轉(zhuǎn)化、守恒變化的結(jié)果。該文從多方面論述了能量、轉(zhuǎn)化、守恒與成礦之間的關(guān)系，對(duì)地質(zhì)找礦及其思維有一定的指示意義。
關(guān)鍵詞：成礦 轉(zhuǎn)化 守恒 能量 自然界
中圖分類號(hào)：TD1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2013)01(a)-0-02
自然界的形成、發(fā)展及其演化源于自然界物質(zhì)本身具有的能量(所謂能量是物質(zhì)本身所具有的導(dǎo)致其他物質(zhì)產(chǎn)生成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造變化，時(shí)空位移的固有之力，既使物質(zhì)形成、發(fā)展、演化不斷分異，同時(shí)也使物質(zhì)最終存在狀態(tài)趨于動(dòng)態(tài)平衡，如熱能、水能、光能、風(fēng)能、生物能等)，源于物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化和守恒。自然界的能量無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不在，事物(物質(zhì))的形成、發(fā)展及其演化，無(wú)不與之相關(guān)。能量存在于自然界中，人類也是自然界的組成部分。自然界的形成、發(fā)展、演化過(guò)程，主要是能量的轉(zhuǎn)化和守恒的過(guò)程，具體而言與天地生的形成發(fā)展演化密切相關(guān)，特別是地球的形成、發(fā)展、演化，主要是能量的轉(zhuǎn)化和守恒導(dǎo)致了地質(zhì)作用的結(jié)果。包括內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用，其中內(nèi)力地質(zhì)作用與熱能(巖漿活動(dòng))息息相關(guān)，外力地質(zhì)作用與水能、風(fēng)能、光能等密不可分。
世界或說(shuō)宇宙由物質(zhì)組成，物質(zhì)則呈固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)存在。物質(zhì)的這種屬性就為物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化、守恒提供了先決條件。它們之間的相互關(guān)系即液態(tài)存在于固體之中，液態(tài)升華變成氣體，氣體冷卻變成液體，氣體漂浮于固體、液體之上，同時(shí)也可以包含或包裹于二者。物質(zhì)的變化受控于能量，能量的變化又受物質(zhì)濃度差、溫度差、壓力差等因素影響。物質(zhì)具備了上述變化，才會(huì)導(dǎo)致能量的轉(zhuǎn)化和守恒，進(jìn)而導(dǎo)致物質(zhì)的分異、遷移、匯聚，向新的目標(biāo)和方向發(fā)展、演化，形成新的物質(zhì)，趨于新的平衡。這種過(guò)程屬自組織過(guò)程，與重力分異原理、均衡原理等有關(guān)，是自然界本能的自我表現(xiàn)。這種演化規(guī)律和過(guò)程比比皆是。尤其在地質(zhì)作用的成巖作用和成礦作用方面表現(xiàn)明顯。
1 能量 轉(zhuǎn)化 守恒 成礦
(1)能量變化的表現(xiàn)形式及其轉(zhuǎn)化和守恒表現(xiàn)在諸多方面，如大氣降水形成的地表徑流，進(jìn)而匯聚形成了河流，眾多河流流向大海，海水蒸發(fā)形成云團(tuán)，冷、熱云團(tuán)相遇形成了雨水，除部分降水蒸發(fā)、滲入地下外，但部分降水又流入河流和大海，再有大氣氣流流動(dòng)、循環(huán)，巖石風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積、固結(jié)成巖[1]，乃至地貌準(zhǔn)平原化等，都是能量變化的表現(xiàn)形式及其轉(zhuǎn)化和守恒的真實(shí)寫照。
(2)地球內(nèi)部能量的變化致使地下深部巖漿(幔源物質(zhì))流向地殼拉伸減薄地帶[2]，進(jìn)而產(chǎn)生巖漿噴發(fā)或侵入，并使地幔、地殼物質(zhì)達(dá)到新的平衡，使成礦物質(zhì)聚集、分異，形成了許多具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的巖漿礦床、火山礦床等。
(3)能量的變化致使含礦熱液分異、遷移、匯聚流向構(gòu)造活動(dòng)地帶(如板塊消亡帶、仰沖帶、板內(nèi)古裂谷[3]、深大斷裂、一般斷裂、接觸帶、褶皺、火山機(jī)構(gòu)等)，導(dǎo)致了成礦物質(zhì)的聚集，為成礦提供了必要條件。繼而形成了熱液礦床(火山熱液、巖漿熱液礦床，如斑巖型銅礦、銅鉬礦床等)。
(4)含礦熱液或含礦流體伴隨能量降低或交代置換、導(dǎo)致了成礦物質(zhì)飽和結(jié)晶或交代形成，因此形成了巖漿礦床和接觸交代礦床(如巖漿結(jié)晶礦床、接觸交代礦床)。
(5)一般構(gòu)造形成地帶通常為能量集中地帶，因能量的不均衡性，所以形成了點(diǎn)(如火山機(jī)構(gòu)、破火山口、爆破角礫巖筒)、線(如一般斷裂、深大斷裂)、面(如火山噴發(fā)帶、構(gòu)造巖漿巖帶、高壓麻粒巖帶、區(qū)域成礦帶)、體(如構(gòu)造隆起帶、擠壓造山帶、構(gòu)造沉降帶等)不同規(guī)模的構(gòu)造。這些構(gòu)造通常為成礦熱液活動(dòng)和成礦提供了有利場(chǎng)所和空間。
(6)能量大小與變化和成巖、成礦的規(guī)模有一定的內(nèi)在聯(lián)系。一般情況下成礦與小巖體[4]密切相關(guān)。如斑巖型銅鉬礦。小巖體的形成通常能量較小(溫度、壓力較低)，所以成礦物質(zhì)易于飽和結(jié)晶沉淀，易于形成礦化和礦床(包括大、中、小型礦床)。而大巖體的形成需要的能量一般較大，因高溫、高壓不宜成礦物質(zhì)分異、聚集，因此往往不能形成礦化或礦床。
能量的變化伴隨垂向深度的變化和水平空間的變化，直接影響著巖體在垂向、水平方向的形成與演化。能量由地下深部到地表，由大到小，使巖漿由溫壓較高向溫壓較低方向演化，由于巖漿物質(zhì)的膨脹作用，所形成的巖體上大下小，即氣球狀，其結(jié)果反映了能量在巖體形成過(guò)程中的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。在水平方向，所形成的雜巖體往往邊部巖體粒度較細(xì)，中部較粗，中心更粗，這種現(xiàn)象反映了巖體形成過(guò)程中能量的變化特點(diǎn)，由散熱快，結(jié)晶粒度較小，向散熱慢演化，由最初的開放體系，逐漸向趨于封閉體系演進(jìn)，進(jìn)而形成了粒度較粗，至巖體中心更粗的巖體。上述變化過(guò)程客觀地反映了能量在成巖成礦中的轉(zhuǎn)化守恒過(guò)程。
(7)能量的變化由物質(zhì)本身的動(dòng)態(tài)平衡決定。主要取決于內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。內(nèi)力地質(zhì)作用起主導(dǎo)作用。包括巖漿侵入作用、火山噴發(fā)作用、地震作用、構(gòu)造作用等。巖漿侵入作用是地球內(nèi)部能量(熱能)不均衡作用的體現(xiàn)，能量積聚膨脹，導(dǎo)致巖漿活動(dòng)，由高能向低能方向運(yùn)移，由地下深處向地表運(yùn)移，進(jìn)而形成火山噴發(fā)作用。能量積聚膨脹，還可以導(dǎo)致地震作用、構(gòu)造作用，通過(guò)地震方式，將能量加以釋放，使能量趨于守恒。構(gòu)造作用在水平方向上大到導(dǎo)致了規(guī)模巨大的不同板塊的俯沖、碰撞作用[5]等。在垂直方向上導(dǎo)致了地幔柱的形成[6]、發(fā)展和演化等。
外力地質(zhì)作用包括風(fēng)化作用、剝蝕作用、搬運(yùn)作用、沉積作用、生物作用等。其介質(zhì)包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能等。其作用的大小、規(guī)模主要取決于這些能量的大小及其變化。
(8)能量的變化是能量轉(zhuǎn)化、守恒和成礦的關(guān)鍵所在。不同地質(zhì)時(shí)代的能量(即巖漿作用、火山作用、變質(zhì)作用產(chǎn)生的熱能，沉積作用的水能、風(fēng)能等)大小不一，且能量時(shí)空變化存在著顯著的差異，成礦作用也不盡相同。如太古宙時(shí)期，主要是以變質(zhì)作用為主，成礦作用主要表現(xiàn)為內(nèi)力變質(zhì)及其成礦作用，形成了金、銅、鐵等礦床;中元古代―古生代，主要是以沉積作用為主，成礦作用主要表現(xiàn)為外力沉積作用，形成了許多非金屬大型礦床等;中生代，主要是巖漿侵入作用和火山噴發(fā)作用為主，成礦作用主要表現(xiàn)為形成了眾多的巖漿型、火山熱液型金屬礦床(包括銅、鉛、鋅、鉬、金、銀等)，同時(shí)也形成了許多巖漿型、火山熱液型非金屬礦床。該時(shí)期是地質(zhì)歷史時(shí)期以來(lái)成礦作用聚集、成礦作用最為顯著的大“爆炸”時(shí)期，是能量聚集、釋放、突變、頻繁變化的具體體現(xiàn)和規(guī)模宏偉的歷史畫卷，生動(dòng)形象地凸顯了自然界能量轉(zhuǎn)化、守恒乃至與成礦的關(guān)系及其變化規(guī)律。新生代，主要與沉積作用為主，局部?jī)H有少量的火山作用，成礦作用主要表現(xiàn)為形成了許多砂礦床以及其他沉積礦
產(chǎn)等。
2 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，自然界的形成、發(fā)展及其演化源于物質(zhì)本身具有的能量，源于物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化和守恒。主要是自然界物質(zhì)本身的能量導(dǎo)致了地質(zhì)作用，而地質(zhì)作用又致使地質(zhì)體物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化和守恒，具體表現(xiàn)為地球內(nèi)部作用形成的能量(熱能)與外部作用形成的能量(水能、風(fēng)能等)的轉(zhuǎn)化和守恒過(guò)程。由于能量的轉(zhuǎn)化、守恒，因此導(dǎo)致了地球物質(zhì)(殼幔)的分異作用、均衡作用，形成了地下深部巖漿以及上升地表的火山熔漿、含礦流體和液體等，進(jìn)而形成了波浪起伏的高山和具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值和潛在價(jià)值的礦藏，伴隨著分異作用、均衡作用的進(jìn)一步演化，形成了涇渭分明的陸地、海洋、平原、河流等自然景觀以及許多固、氣、液礦床等礦產(chǎn)資源，乃至當(dāng)今世界的地勢(shì)地貌
特征。
參考文獻(xiàn)
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