测算月球的年代
教学目标
1、介绍测算月球地层年代的方法。 2、了解月球地形并成为学生们确定地质特征年代的对象。 3、学会使用地层层序律来探索重要月球地貌特征的相对年代及其起源。
话题引入
知识回顾
我们通过以前的想学习了解到，月球表面几乎被两种地形所占据：相对明亮而布满坑洞的月陆和几近平坦的月海。月海由大片的玄武质火山岩构成，约覆盖了16%的月球表面。
如同在地球上一样，月球上的不同地貌也对应着不同的地层年代，月球月陆和月海的相对年代都可以通过计算其表面上单位面积里叠加的坑洞数量判定。年代更久远的月陆相较于月海而言，积累了更多数量的陨石坑，这说明月海更少地暴露在陨石、小行星及彗星等的撞击中。
概念讲解:
环形山：
月球上绝大多数的环形山都是由于物体撞击月球 表面并爆炸性地释放其自身能量所形成的。在一个典型的碰撞过程中，冲撞体会撞入受冲撞物的表面，同时自身迅速蒸发。冲撞体的动能转化为冲击波，使受撞体的物质粉碎，并以撞击点为中心向四周扩散形成圆坑（Shoemaker,1963）。月球上，一个典型的撞击 坑大约是撞击体直径的10倍。 从坑中扩散出的物质向下猛烈撞击周围的地面，形成一个环形堆积物，叫做喷射覆盖物。沿着弹道痕迹 扩散到更高处的物质能够在撞击坑外更远的地方对月球表面造成影响，形成次生陨石坑。在很多情况下，这些次生陨石坑呈簇状聚集，并都指向原生陨石坑。
地层层序律（地层学）
地质学家使用的一项重要工具就是地层层序律：一般而言，新的地质构造总会出现在老的构造之上。虽然地层学理论最初是依据地球情况而形成的，但地层层序律仍可以帮助我们了解太阳系中许多行星和卫星的地质学历史。如同地球的历史可以通过岩石的不同层面而分为地质学中的代、纪、世等一样，月球表面的地质时期也可以通过研究月 表照片的地层素材辨别。
提问：
月球看上去被无数的陨石坑所覆盖。与其相比，地球上陨石坑的数量显得微乎其微，这是为什么？
问题解释：
学生可能会给出以下多种答案，例如“大多数陨石在撞击到 地面之前已经被大气层烧尽”、“月球保护了地球”。
一个等比例的地-月系统模型可以消除第二个误解。如果用一个标准的12in（约 30.5 cm）直径的教学地球仪表示地球的话，那么月球就是一个30ft（约9m）距离外的大橘子。通过构建这个模型，学生们就可以明白月球这么一个又远又小的天体几乎不能为地球提供任何保护。
那么地球的大气层呢？尽管小的流星确实可以在其撞上地面之前被烧尽，但我们的大气层对于大型小行星几乎无能为力。月球南部的月陆（图1）上有着数以百计的直径超过50km的陨石坑。这些陨石坑都是由直 径约5km或更大的小行星造成的。若没有大气层，如此规模的天体群也将会以同样的规模和速度撞击地球。
现在的地球看上去与月球大相径庭，很可能是因为侵蚀作用。很久以前地球表面有可能确实存在过许多撞击坑。但因风、雨、冰雪和板块构造的影响而逐渐被磨 损殆尽，只有为数不多的尚存留至今。然而，利用地图或 Google Earth 软件，对地球上的古老部分做一个细致的研究就可以发现许多被认定为天体撞击产物的地貌特征，比如清水湖（加拿大）、莱斯陨石坑（德国）和巴林杰陨石坑（美国）。
在月球上，地表的相对年代可以通过清点每个单位面积上规定尺寸的撞击坑数量确定。这是因为没有大量的侵蚀效应（除了其他撞击之外）可以将原有陨石坑消磨掉。举个例子，平坦的月海上几乎没有大型的撞击坑，因此它一定比月球上几乎已经布满陨石坑的古老月陆和远端地区更加年轻。学生们可以利用 CosmoQuest Terraluna Activites通过清点坑洞数判断月球表面各个部分的相对年代。
月球地质研究史简要介绍：
直到20世纪中期，关于月球表面年代的争论仍然没有停歇。一派认为环形山是由于火山活动引起的，另一派则认为它属于陨石坑范畴。在数据无法确定时，此类争论在科学界非常普遍，特别是在项目研究的早期阶段。在1959年Eugene Shoemakder很大程度上解决了这一争论。他研究了美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑及内华达州的多个由核爆炸产生的环形坑洞，他发现了这些坑洞与月球表面环形山的共同之处，并确定绝大多数的月球环形山都是由于撞击而产生的。因此，对于地球上陨石坑的观测引出了月球环形山成因的推测。1962年Shoemaker和Hackman通过研究月球的西北扇区，最早定义了月球表面的5个地质年代。
我们今天要做的研究活动，将要追随Shoemaker和Hackman的脚步，运用地层层序律判断一些月球重要地貌的相对年代。今天活动中需要判断相对年代的地貌共 有6个：哥白尼环形山(C)、埃拉托斯特尼环形山（E）、阿基米德环形山（Ar）、奥托吕科斯环形山(Au)、亚平宁山脉(Ap)及雨海纪熔岩流（Im）。
展开探究活动
本活动可作为一个全班的探究活动展开。学生们将运用观察和推断解释说明他们所看到的月球表面投影图（图2、图3）。在此过程中，教师将负责标注出重要的地貌并提出有关问题。
按年代为地貌分类的关键在于判断哪些覆盖是在其他地貌的之上的。地质学家会首先寻找最显而易见的关联，在本活动中，让学生们试着识别年代最新的地貌特征（这是一个极佳的地层注释练习）。利用图2的投射图，让学生们注意到哥白尼环形山。它的喷射物清晰地向北覆盖在亚平宁山脉和雨海纪熔岩流之上。要求学生根据这些事实推测出哥白尼环形山的相对年代。哥白尼环形山与其他两个地貌相比是最年轻的。哥白尼环形山周边的辐射纹系统看上去并未受到埃拉托斯特尼环形山的干扰。在埃拉托斯特尼环形山更高分辨率的照片里（图3）可以清楚地看到，哥白尼环形山的次生陨石坑都叠加到埃拉托斯特尼环形山的喷射物覆盖层之上。根据以上观察，学生们可能会推断出哥白尼环形山一定比埃拉托斯特尼环形山年代更新。一般来讲，年轻和晚近形成的陨石坑都会拥有更为清晰的辐射纹系统。
亚平宁山脉与地球地质情况形成了鲜明的对比。地球的山脉通常是由地壳运动形成，然而在月球上，一个完全不同的过程造就了平缓蜿蜒的亚平宁山脉。再次向你的学生们展示图1中的月球广角视野图。指出亚平宁山脉、喀尔巴阡山脉和阿尔卑斯山脉。这些地貌组成了一个怎样的大致图形（一个环形）？月球上什么样的地貌是环形的（陨石坑）？基于这些观察结果，你的学生对这3座山脉的形成可以做出怎样的推断呢(它们构成了称之为撞击坑的巨大陨石坑的上升边缘)？
这个直径1 160 km的雨海纪撞击坑是在一颗直径约100 km的天体撞击月球时形成的。巨大的撞击有可能把图2中的其他地貌特征都抹去。因此我们可以推断：亚平宁山脉一定是这个区域中最古老的地形，因为它的形成很可能毁掉了其他更古老的地形。
在一些点上，雨海纪撞击坑充斥着熔岩流——很显然是在撞击坑之后形成的。因此，你的学生可以推断出熔岩流是晚于亚平宁山脉形成的。一个详尽的检查表明，埃拉托斯特尼环形山的喷射覆盖物和次生陨石坑覆盖在临近的熔岩流之上，因此埃拉托斯特尼环形山一定比熔岩流更新。
接下来，将学生们的注意力放到阿基米德环形山上。提出阿基米德与哥白尼、埃拉托斯特尼环形山间有何区别的问题。学生们可以注意到，阿基米德环形山没有任何喷射覆盖物的迹象，并且有一个异常光滑的表面。显然当雨海纪盆地熔岩开始流动时，熔岩流毁掉了喷射物并填平了阿基米德环形山的底面。要求学生推断，在阿基米德环形山的相对年代这一问题上此项观察意味着什么？（这种情况只能在阿基米德环形山先于熔岩流之前形成的情况下才会发生）
最后，指出奥托吕科斯环形山被一片清晰的喷射覆盖物包围，并问问你的学生可以推断出它与雨海纪熔岩流之间有怎样的相对年代关系？（它一定是新于熔岩流，因为它的喷射覆盖物明显在熔岩之上）