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第四章地壳和地壳的变动

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第四章 地壳和地壳的变动

第一节 地球的内部圈层

地球内部的结构,无法直接观察。到目前为止,关于地球内部的知识,主要来自对地震波的研究。当地震发生时,地下岩石受强烈冲击,产生弹性震动,并以波的形式向四周传播。这种弹性波叫地震波。地震波有纵波(P波)和横波(S波)之分。纵波的传播速度较快,可以通过固体、液体和气体传播;横波的传播速度较慢,只能通过固体传播。纵波和横波的传播速度,都随着所通过物质的性质而变化。

根据地震波的这些特点,人们测知地震波传播速度在地球内部呈有规律的变化。我们可从地球内部地震波曲线图上,看出地震波在一定深度发生突然变化。这种波速发生突然变化的面叫做不连续面。地球内部有两个明显的不连续面:一个在地面下平均33千米处(指大陆部分),在这个不连续面下,纵波和横波的传播速度都明显增加,这个不连续面叫莫霍界面;另一个在地下2900千米深处,在这里纵波的传播速度突然下降,横波则完全消失,这个面叫做古登堡界面

我们用莫霍界面和古登堡界面为界,把地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层。

(一)地壳 地壳是指地面以下、莫霍界面以上很薄的一层固体外壳。整个地壳的平均厚度约为17千米。大陆部分平均厚度为33千米,高山、高原地区厚度可达60千米~70千米(如青藏高原);海洋地壳较薄,平均厚度为6千米。地壳主要由各种岩石组成。

(二)地幔 这一层介于地壳和地核之间,所以又叫做中间层。地幔在莫霍界面以下到古登堡界面以上,深度从5千米~70千米以下到2 900千米。这一层也能传播横波,所以仍是固态。主要物质成分为铁镁的硅酸盐类。由上而下,其中铁镁含量逐渐增加。从莫霍界面到1000千米深处,叫做上地幔。上地幔上部(地下约60千米~250400千米)存在一个软流层,一般认为这里可能是岩浆的主要发源地之一。地下1000千米~2900千米深处,叫做下地幔。下地幔的温度、压力和密度均增大,物质状态可能为固体。

地壳和上地幔顶部(软流层以上),是由岩石组成的,合称为岩石圈。

(三)地核 从古登堡界面到地球核心,为地核。地下2 900千米~5 000千米深处,叫做外核,外核的物质接近液体,横波不能通过。5 000千米以下的深部为内核,则为固态。地核部分的温度很高,压力和密度很大。地核的物质成分据推测以铁、镍为主,并含少量较轻元素。

问题和练习

1.地球内部有哪几个圈层?

2.为什么能用地震波来探测地球内部的构造?利用地球内部地震波传播曲线图来加以解释。

第二节 地壳的结构和物质组成

地壳的结构 地壳是由许多化学元素组成的。据地球化学分析表明,地壳中有90多种自然存在的化学元素,其中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等8种元素的含量,约占地壳总重量的97.13%;其余几十种元素的总含量还不到3%。地壳中含量最多的元素是氧,约占地壳总含量的一半;其次是硅,占四分之一强。

地壳的厚度和物质组成各处并不相同。大陆地壳较厚,大洋地壳较薄。根据地壳化学组成的差异和地震波传播速度的不同,地壳可以分成两层,上层叫硅铝层,含硅和铝较多,主要由比重较小的花岗岩类组成;下层叫硅镁层,这一层硅、铝成分相对减少,镁、铁成分增多,主要由比重较大的玄武岩类组成。硅铝层在大洋地壳中很薄,甚至缺失,硅镁层则是普遍存在的。地壳厚度的不均和硅铝层的不连续分布状态,是地壳结构的主要特点。

地壳中的矿物 地壳中的化学元素,在一定的地质条件下,结合成具有一定化学成分和物理性质的单质或化合物,就是矿物。矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一,是构成岩石的物质基础。它在地球上的分布十分广泛,几乎到处可以见到。比如我们吃的盐,做铅笔芯用的石墨,制玻璃用的石英,炼铁用的铁矿石,等等,都是矿物。地球上已发现的矿物有3000多种,其中组成岩石的造岩矿物约有几十种,常见的有石英、长石、云母、方解石等;可供冶炼提取金属的矿物有赤铁矿、黄铜矿等等。

各种矿物都有一定的化学成分和物理性质,例如石英是由硅和氧组成的透明或半透明的矿物,硬度较大,常呈柱状、锥状晶体;食盐是由氯和钠组成的,它是无色透明的四方颗粒。也有些矿物,化学成分相同,由于内部原子排列不相同,形成了性质完全不同的矿物。例如金刚石和石墨,化学成分都是碳,但两者的性质截然相反:金刚石是最硬的透明的矿物;石墨则是非常软的不透明的矿物。

岩石和矿床 自然界里的矿物很少单独存在,它们常常三三两两按照一定的规律聚集在一起。由一种矿物或几种矿物组成的集合体,叫做岩石。例如花岗岩是由长石、石英、云母组成的,大理岩主要是由方解石组成的。岩石是地球发展过程中的产物。它的种类很多,按其成因可以分为岩浆岩(又叫火成岩)、沉积岩、变质岩三大类。

在岩石形成过程中,一些有用矿物在地壳中或地表富集起来,达到工农业利用的要求,就是矿产。在一定地质作用下,矿产的富集地段,称为矿床。矿床按成因可分为内生矿床、外生矿床、变质矿床三大类。

岩石和矿床的关系十分密切,因为大部分矿床存在于岩石中,有的岩石,如石灰岩,本身就是矿产。

地壳物质的循环 地壳是由岩石组成的,岩石又是由矿物组成的。构成地壳的物质处于不断的运动和变化之中。地球内部的岩浆,经过冷却凝固形成岩浆岩,岩浆岩受到流水、风、冰川、海浪等的侵蚀、搬运、堆积作用,形成沉积岩。同时,这些已生成的岩石,在一定温度和压力等作用下发生变质,形成变质岩。各类岩石在地壳深处或地壳以下发生重熔再生作用,又成为新的岩浆。从岩浆到形成各种岩石,又到新岩浆的产生,这个变化过程也是地壳物质的循环运动过程。

岩石与矿床的关系:

(一)岩浆岩与内生矿床 在地壳深处或软流层形成的岩浆,是一种成分非常复杂的熔融体,它含有大量气体,内压力很大。岩浆在巨大的内压力作用下,沿着地壳薄弱地带侵入地壳上部或喷出地表,随着温度、压力的变化,岩浆逐渐冷却凝固而形成了岩石,这种岩石叫做岩浆岩。

岩浆岩按其产状可以分为喷出岩和侵入岩:喷出岩是岩浆直接喷出地表冷却凝固形成的岩石;侵入岩是岩浆未上升到地面,停留在地下缓慢冷却凝固形成的岩石。喷出岩由于岩浆迅速冷却凝固,矿物结晶的颗粒细小,甚至用肉眼不能分辨,有的具有流纹或气孔构造。常见的喷出岩有玄武岩、流纹岩等。侵入岩因温度冷却较慢,岩浆有充分条件结晶,因而形成晶体较大的矿物颗粒。常见的侵入岩有花岗岩等。花岗岩的分布比较广泛,我国许多名山,如华山、黄山、北京八达岭,都由花岗岩构成。花岗岩的质地坚硬,抗压力大,是一种坚固、美观的建筑材料。

在岩浆活动过程中,岩浆中有用物质富集起来而形成的矿床,称为内生矿床。内生矿床的形成过程是很复杂的,例如,岩浆中熔点高低、比重大小不同的化学成分,在高温、高压条件下,能混熔在一起。但在岩浆上升过程中,由于温度、压力逐渐降低,熔点高的先结晶,熔点低的后结晶;比重大的下沉,比重小的上浮。这样有些先结晶的、比重大的有用矿物就富集在一起,形成矿床。又如,在岩浆活动后期,从岩浆分泌出来的含矿气体和热液,沿着周围岩石裂缝上升,其中有用成分依次冷凝,也可形成矿床。世界上许多金属矿,特别是有色金属和稀有金属矿,就是这样形成的。还有一些非金属矿床,如石英、长石、云母等,也属于内生矿床。内生矿床提供的矿产资源,在国民经济中起着非常重要的作用。

(二)沉积岩和外生矿床 裸露在地表的各种岩石,在风吹、雨打、日晒以及生物的作用下,逐渐破碎成为砾石、砂子和泥土。这些碎屑物质被风力、流水等搬运后沉积固结而形成的岩石,叫做沉积岩。还有些沉积岩是由化学沉淀物质或生物遗体堆积而成的。沉积岩在地壳中的体积仅占5%,但面积却占地壳表面的75%左右。

由于沉积岩的生成是一层一层地沉积下来的,所以常能明显地看出层次,叫做层理构造。有些沉积岩中常常能找到已经变成石头的古生物遗体或遗迹,即化石。一般地说,具有层理构造和常含有化石是沉积岩的两个重要特征。

沉积岩的种类很多,有的是由砾石或砂子胶结起来形成的,如砾岩、砂岩等;有的则是由颗粒非常细小的粘土压紧固结而成的,如页岩;有的是经化学沉积或生物沉积而成的,如石灰岩。沉积岩的用途也很广,许多沉积岩可用作建筑材料,如石灰岩是烧石灰、制水泥和化学工业的原料,质地纯净的还可用作钢铁冶金方面的重要熔剂。

地表岩层中的有用元素或成矿物质,在外力作用下,发生迁移和富集而形成的矿床,叫做外生矿床。如有些岩石受到风化破碎后,其中较轻的岩石碎屑被流水冲走,较重的有用矿物沉积下来,富集成矿。还有些矿床是由沉积作用形成的,如沉积在河床、海滨而形成的金、金刚石等矿床;在内陆湖泊和浅海中,因水分蒸发,从过饱和溶液中沉淀出来形成的钾盐、石膏等矿床;以及生物遗体堆积下来,经过复杂的生物化学和物理化学作用而形成的石油、煤等矿床。

(三)变质岩和变质矿床 变质岩是已经生成的岩石,由于地壳运动和岩浆活动的影响,在一定的温度、压力等条件下,使原来岩石的成分、结构发生改变而形成的一种新的岩石。

岩石在一定的温度条件下,有些矿物成分可以进行重结晶;有些矿物成分之间进行化学反应,从而产生新矿物。岩石在压力增大时,可以产生体积减小、比重增大的新矿物,又可以使一些岩石中的矿物产生定向排列,从而使岩石具有片理构造,即能剥成薄片、薄板或外观上呈条带状的构造。常见的变质岩有石灰岩变质成的大理岩,砂岩变质成的石英岩,页岩变质成的片岩、板岩等。

在岩石的变质过程中,岩石中的有用矿物相对富集,形成更适于工业开采的矿床,或者使原来的矿物成分和矿石结构等都发生变化,形成新的矿床,这都叫做变质矿床。

实际上许多矿床是多成因矿床。例如我国的鞍山铁矿,最初是沉积铁矿,后来固地壳变动又发生变质,形成条带状铁矿。

问题和练习

1.地壳可分为哪两层?地壳结构的主要特点是什么?

2.把下列矿物和岩石区分出来:玄武岩、石墨、石英、花岗岩、云母、方解石、大理岩、金刚石、黄铜矿;并总结一下岩石和矿物有什么不同。

3.阅读地壳物质循环简略图式,说明地壳物质的循环运动过程。

4.有条件的学校可组织学生观察矿物和岩石标本,并学会识别几种常见矿物和三大类岩石。

附录

人们根据矿物的外表特征和物理性质,如颜色、光泽、硬度、条痕、解理和断口等的不同,可以对矿物进行肉眼识别和鉴定。

第三节 地壳运动

地壳的变化和地质作用 地壳和宇宙间一切物质一样,处在不停的运动变化之中。地壳自形成以来,本身的物质与能量不断地发生循环和转化,地壳结构及其表面形态也不断地发生变化。岩石的变形,海陆的变迁,千姿百态的地表形态,都是地壳变动的结果。今天我们所见到的地壳表面面貌,仅是地壳漫长发展历史中的一个镜头。

地球上由于自然界的原因,引起地壳的表面形态、组成物质和内部结构发生变化的作用,称为地质作用。在自然界,有些地质作用进行得很快,很激烈,如地震、火山喷发、山崩等,可以在瞬间发生,造成地面剧变。有些地质作用则进行得极其缓慢,不易被人们所察觉,但是,经过漫长的地质年代,却会使地壳发生显著的变化。

地质作用按其能量来源,可以分为内力作用和外力作用。内力作用的能量来自地球的本身,主要是放射性元素衰变产生的热能。内力作用主要表现为地壳运动、岩浆活动和变质作用等。外力作用的能量来自地球外部,主要是太阳辐射能,其次是重力能,它们使大气、水和生物等发生变化,从而引起地壳表层物质的破坏、搬运和堆积。地壳自形成以来,就是在内外力相互作用下不断发展和变化的。

当一个地区隆起时,相邻的地区就拗陷,当高山高原遭受侵蚀时,相邻的低地就会出现堆积。内力作用形成高山或盆地,外力作用则把高山削低,把盆地填平。一方面高山上的岩石受到风化侵蚀而被破坏;另一方面,被破坏的物质经过搬运在低地堆积起来,又形成新的矿物、岩石。地壳的破坏作用和建设作用是同时进行的。不过在一定的时间和地点,往往是某一作用占优势。一般地说,内力作用对地壳的发展变化起着主导作用。

水平运动和升降运动 地壳运动的类型是复杂多样的。根据地壳运动的性质和方向,可以分为水平运动和升降运动两种。水平运动是指组成地壳的岩层沿平行于地球表面的方向运动,它使岩层发生水平位移和弯曲变形,常常造成巨大的褶皱山系。大量资料证明,地壳运动的主要表现是其各个部分不断发生着水平方向的相对运动。例如,根据天文台的测量,发现1926年~1933年间,欧洲与美洲之间的距离,平均每年增加65厘米。大西洋就是地壳的水平移动造成的,现在仍在不断扩大中。其次是升降运动,这是指组成地壳的岩层作垂直于地球表面方向的运动,即上升或下降的运动。它使岩层表现为隆起或拗陷,从而引起地势的高低起伏和海陆变迁。

地质构造 在山区,常常可以看到岩层的变形和变位,这是地壳运动的“足迹”。这种由地壳运动引起的地壳变形、变位,称为地质构造。地质构造是研究地壳运动的性质和方式的依据。

(一)褶皱 岩层在形成时一般是水平的。岩层因受力而发生弯曲,叫做褶曲。如果发生的是一系列褶曲即波状弯曲变形,就叫做褶皱。褶皱的不同形态和规模大小,常常反映了当时地壳运动的强度和方式。世界上许多高大山脉都是褶皱山脉。

褶曲的基本形态是背斜和向斜。从形态上看,背斜一般是岩层向上拱起,向斜一般是岩层向下弯曲。从岩层的新老关系来看,背斜中心部分岩层较老,两翼岩层较新;向斜中心部分岩层较新,两翼岩层较老。在地形上,有时候背斜成为山岭,向斜成为谷地。但是,不少褶皱构造的背斜顶部因受到张力,常被侵蚀成谷地,而向斜槽部受到挤压,物质坚实不易被侵蚀,反而成为山岭。

(二)断层 断层是岩石受力破裂并沿破裂面有明显相对位移的断裂构造。断层主要是因为地壳运动产生的强大压力或张力超过了岩石的强度而形成的。岩层断裂错开的面叫断层面。两条断层之间的岩块相对上升,两边岩块相对下降,相对上升的岩块叫地垒,它常形成块状山地,如我国的庐山、泰山等。两条断层之间的岩块相对下降,两边岩块相对上升,相对下降的岩块叫地堑,它常形成狭长的凹陷地带。著名的东非大裂谷,我国陕西的渭河平原和山西的汾河谷地,都是大地堑。

在地形上,有些断层常常形成平直的陡崖。断层地带岩石破碎,易被风化侵蚀,沿断层线常发育成沟谷,有时出现泉和湖泊。

了解地质构造的规律,对于找矿、找水、工程建设等大有帮助。例如,寻找地下水,建筑水库,修建铁路等,都要注意地质构造的情况。

问题和练习

1.地球上“沧海桑田”的变化是由什么作用引起的?试举我国地理方面的实例来说明。

2.褶皱和断层是怎样形成的?它们构成的地形有什么特点?

3.如何区别向斜和背斜?

4.意大利那不勒斯海岸边保存了三根大理石柱(如下页图)。根据图上提供的资料,分析一下那里海岸的变动情况。

第四节 全球构造理论——板块构造学说

地壳为什么发生运动?运动的力量从哪里来?多少年来,人们一直在探索这个问题。科学家们曾提出过许多不同的学说。这里只介绍一种近代最盛行的全球构造理论——板块构造学说。

漂移的大陆 板块构造学说是在大陆漂移和海底扩张学说的基础上发展起来的。1912年,德国地球物理学家魏格纳提出了大陆漂移说。他根据大西洋两岸的大陆形状、地质构造、古生物等的相似性,认为二三亿年以前,地球上只有一整块联合古陆,它的周围是一片广阔的海洋。后来,在地球自转所产生的离心力和天体引潮力的作用下,这一块联合古陆开始分离。由较轻的硅铝层组成的陆块,像冰块浮在水面上一样,在较重的硅镁层上漂移,逐渐形成了现在的海陆分布。

海底扩张与更新 50年代以来,人们利用放射性同位素测定海底岩石年龄,发现海底岩石的年龄很轻,一般不超过2亿年。而且岩石离海岭(又叫大洋中脊)愈近,年龄愈轻,离海岭愈远,年龄愈老,并在海岭两侧呈对称分布。60年代初,一些科学家提出了海底扩张学说,认为海岭是新的大洋地壳诞生处。地幔物质从海岭顶部的巨大开裂处涌出,到达顶部冷却凝结,形成新的大洋地壳。以后继续上升的岩浆,又把早先形成的大洋地壳,以每年几厘米的速度推向两边,使海底不断更新和扩张。当扩张着的大洋地壳遇到大陆地壳时,便俯冲到大陆地壳之下的地幔中,逐渐熔化而消亡。

板块构造学说的主要内容 60年代后期,在海底扩张说的基础上产生了板块构造学说。这个学说认为,地球的岩石圈不是整体一块,而是被一些构造带,如海岭、海沟等,分割成许多单元,叫做板块。全球岩石圈分为六大板块:亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块和南极洲板块。大板块又可以划分为若干小板块。这些板块漂浮在“软流层”之上,处于不断运动之中。一般说来,板块的内部,地壳比较稳定,两个板块之间的交界处,是地壳比较活动的地带。

板块相对移动而发生的彼此碰撞或张裂,形成了地球表面的基本面貌。在板块张裂的地区,常形成裂谷或海洋。如东非大裂谷、大西洋就是这样形成的。

在板块相撞挤压的地区,常形成山脉。当大洋板块和大陆板块相撞时,大洋板块因密度较大,位置较低,俯冲到大陆板块之下,这里往往形成海沟,是海洋中最深的地方;大陆板块受挤上拱,隆起成岛弧和海岸山脉。太平洋西部边缘的深海沟——岛弧链,就是太平洋板块与亚欧板块相撞形成的。在两个大陆板块相碰撞处,则形成巨大的山脉。喜马拉雅山脉就是亚欧板块和印度板块碰撞产生的。

据测量,7 000万年以来,南亚次大陆向北漂移了约5 000千米~7 000千米,平均每年6厘米~12厘米。至今印度板块仍以每年5厘米的速度北移,喜马拉雅山每年以0.33厘米~1.27厘米的速度上升。

目前,板块构造学说已被用来解释火山、地震的形成和分布,以及矿产的生成和分布等。但是,板块构造的驱动力问题,即什么力量驱动着板块作大幅度、持续地运动,意见还不一致。

问题和练习

1.人们在南极洲发现有露出地表达上千千米长的巨大煤层,在非洲和印度,甚至靠近赤道处,发现古冰川的痕迹,试对这些现象加以解释。

2.用板块构造理论说明大西洋是怎样形成的,喜马拉雅山脉是怎样形成的。

第五节 地球内能的释放——地热、火山、地震

地热

地球是个巨大的热库 地球内部的热能十分巨大,它是火山、温泉、地震和地壳运动的主要能源,也是人类可利用的一种清洁而有发展前途的能源。我们知道,地壳表层温度通常随外界温度而变化。但到一定深度,其温度不再变化,这一深度叫做常温层。常温层的深度因地而不同,大致是中纬地带比赤道和两极深。在我国北方大约为30米。在常温层以下,地温随着深度逐渐增高。平均每深100米,温度增高3℃。但在地壳15千米以下,地热增温率就逐渐减小。地壳内部温度的增高显然不是来自太阳辐射,而是来自地热。

地球内部为什么有巨大的热能?目前一般认为,地热是地球在漫长的演变过程中积累起来的。地球演化发展的能量,有外来能和地球本身的内能,起主导作用的是岩石中所含的铀、钍等放射性元素,在衰变过程中所产生的热能。

地热资源及其分布 地壳是热的不良导体,地热以极低的速度向地表传递。地热通过热传导从深处向地表放散,叫做地热流。这是地热释放的一种最经常的形式。虽然这种热流量很小,平均每平方厘米每秒只有6.03×10-6焦,不易被人察觉,但整个地表一年热流总量相当于燃烧300多亿吨煤放出的热量。这种分散的地热在一定的地质条件下富集起来,就成为可利用的地热资源。当地表水下渗受热,或是地下水与地下炽热的岩体相接触,就变成地下热水或蒸汽。如果地下热水沿着断层或裂隙上升到地表,则形成多种形态的温泉、热泉、间歇泉、沸泉和热水湖等。

地壳中地热资源的分布是不均匀的。从已发现的高温地热区看,绝大多数分布在板块构造的边缘地带——环太平洋带和地中海-喜马拉雅带。这些地带地壳不稳定,地壳内部的热能易于从这些薄弱地带传到地表,因而地热能比较丰富。我国的地热资源也很丰富,已发现的温泉有2 000多处。我国东南沿海和西藏、云南一带,有许多温泉和热泉,是地热资源丰富的地区。

我国西藏全区的水热活动区不下 600处,其中拉萨西北的羊八井,钻井深30米处,热水汽温度达130℃,喷高达30余米,地表上有成千上万的热水泉眼。

地热能的利用 地热是一种取之不竭的能源,又是一种清洁的能源。它的开发利用对于发展生产,改变能源结构,减少城市公害等,都有重要意义。

地热能的利用最主要的是开采地下热水。世界上已有100多个国家发现和打出地热泉和地热井,地热能已被用于采暖、育种、温室、发电等方面。冰岛是一个广泛利用地热的国家,全国有70%以上的人口利用地热采暖,首都雷克雅未克全部利用地热采暖,市内空气洁净,有“无烟城市”之称。发电是地热能利用中重要而有前途的领域。美国、意大利、冰岛、新西兰等国都建立了地热发电站。我国地热资源丰富,北京、西藏、云南等地已打出地下热水,用于取暖、育种、育秧、养鱼、医疗等。70年代以来,我国在广东、河北、西藏等地已经建成了若干小型地热发电站。

火山

火山爆发是地热或内能释放的强烈显示。地球内部的地热积累到一定程度,灼热的岩浆在强大的内压力作用下,沿着地壳薄弱地带,喷出地表,形成景象壮观的火山喷发现象。火山爆发的时间,有的很短,有的持续很长时间,甚至上千年;有的在地面上堆起了几千米的火山,有的在海洋中造成了新岛。夏威夷群岛就是海底火山多次喷发露出水面的火山岛。

火山喷出的物质一般有气体、熔岩和固体喷发物。火山喷发物从火山口喷出,大部分在火山口周围堆积下来,形成圆锥形的山,叫做火山锥。火山喷发的物质和火山爆发强度往往同火山喷发的熔岩性质有关。含二氧化硅成分多的酸性岩浆比较粘稠,而且含气体多,爆发力强。含镁铁成分多的基性岩浆,含气体少,流动性好,爆发力弱,常常形成盾形火山锥。

美国的圣海伦斯火山,在沉睡了123年之后,1980年以来,连续多次大爆发。仅第一次爆发所喷出的火山灰和熔岩物质就有10亿立方米,喷射的蘑菇云柱高达十几千米,火山灰同气体在空中摩擦,产生了闪电、雷鸣和强烈暴风雨。这座海拔1900米的山峰,被削低了近200米;390平方千米的森林被摧毁。喷出的火山灰随气流一直扩散到几千千米以外的地方,在火山附近堆积了几百米厚。

火山按其活动情况可分三类:一是在人类历史时期作周期性喷发的火山,叫做活火山;二是在人类历史以前喷发过,迄今为止没有重新喷发过的火山,叫做死火山;三是在人类历史时期长期熄灭的火山,有时又突然喷发,这叫做休眠火山。

全世界约有2 000座死火山,500多座活火山,主要分布在环太平洋、地中海和东非的火山带,大西洋海底也有隆起的火山带。我国目前已发现的火山有600多座,其中绝大多数是死火山,如山西大同附近的死火山群。有少数火山暂时处于休眠状态,如长白山的白头山,黑龙江省的五大连池。我国只有少数火山近代有活动,如台湾大屯火山群的七星山,不断吐出含硫气体和浓烟;新疆于田附近昆仑山中的火山,1951年曾爆发。

火山喷发的火山灰和熔岩流,常常破坏田园、建筑。火山喷发时,有时还引起地震,给人类带来巨大的灾难。但火山活动也给人们带来肥沃的火山灰土和硫磺等有用矿物。

地震

地震的发生 地震一般指岩石圈的天然震动。地震按其成因主要有两种:构造地震和火山地震。其中构造地震影响最大,这类地震是由于地球内部应力引起构造变动而发生的地震。地壳中的岩层在地应力的长期作用下,会发生倾斜和弯曲。当积累起来的地应力超过岩层所能承受的限度时,岩层便会突然发生断裂或错位,使长期积聚起来的能量急剧地释放出来,并以地震波的形式向四周传播,使地面发生震动,成为地震。

强烈地震发生时,地面出现的各种破坏现象,都是地震波的冲击造成的。岩层发生断裂引起地震的地方叫震源,和震源相对应的地面上的点叫震中。从震源发生的地震波首先到达地面的是纵波,这时在震中的人们会感到上下颠簸;接着横波传来,又变成前后、左右摇晃。

震级和烈度 地震的大小通常用震级来表示。震级是表示地震本身能量大小的等级。地震释放出来的能量越大,震级越高。震级每增加1级,能量约增加 30倍左右。

震级是根据地震仪所记录的地震波计算的。例如,1960522日在智利发生的一次著名的大地震,震级为8.5级。这次地震引起了巨大海啸,推起10多米高的浪墙,波及到距智利一万多千米的日本海岸。一般地说,3级以下的地震,人无感觉,称为微震;5级以上的地震,会造成不同程度的破坏,称为破坏性地震。

同一次地震在不同地区所造成的破坏程度是不相同的。某一地区地面所受的影响和破坏强度,用地震烈度来表示。地震烈度的大小同震级、震中距离远近等有直接关系。在一般情况下,震级越大,烈度也越大。在同一次地震中,离震中越近,烈度越大;离震中越远,烈度越小。同时,烈度大小也和震源深浅、地质构造、地面建筑等有关。在距震中一样远的地方,有时烈度相差很大。

地震的分布规律和预测 地震的分布呈一种有规律的带状,叫地震带。地震带是地应力比较集中的地区。在一个地震带内,地应力的积累和释放在空间和时间上都是不均匀的,所以地震有活跃期和平静期交替出现的现象。地震的分布从世界范围看,主要集中在环太平洋和地中海-喜马拉雅山脉板块交界的地带。环太平洋地带集中了全世界约80%以上的浅源地震(0千米~ 70千米)、几乎全部的中源(70千米~300千米)和深源(300千米~700千米)地震,所释放的地震能量约占全部能量的80%,是世界上的主要地震带。

我国处在两大地震活动带之间,也是一个多地震的国家。据记载,我国自本世纪以来的80年内共发生破坏性地震2600余次,其中6级以上地震500余次,8级以上地震9次。世界历史上死亡人数最多的大地震是我国1556年陕西华县大地震,据不确切记载,死亡人数达83万余人。1976年,我国唐山大地震,是浅源地震,震级7.8级,死亡人数也很多。

地震对人类的危害很大,目前人类对地震的认识尚处于摸索阶段,还没有准确预报地震的方法。地震的孕育和发生都与一定的地质构造相关,搞清地质构造是进行地震预报的重要基础。地震前常有不少异常的自然现象发生,叫做地震前兆。如地下水的异常变化、动物的异常反应、小震频繁、地壳形变等等,这些现象可以为预报地震提供一定的依据。我国是世界上最早记录地震的国家。现在我国的地震工作者和群众观测队伍相结合,积累了一些预测地震的经验,也成功地作出过地震预报,但仍需大力加强对地震的科学研究,提高预测预报水平。

问题和练习

1.地球内部为什么有巨大的热能?地热资源是怎样形成的?它的分布有什么规律?

2.地热能如何利用?为什么说它是一种有发展前途的能源?

3.火山是怎样发生的?火山喷发熔岩的性质同火山爆发强度有什么关系?

4.地震是怎样发生的?为什么地震发生时,在震中的人一般是先感到上下跳动,然后才是左右摇晃?

5.震级和烈度一样吗?烈度的大小受哪些因素的影响?

6.把课本中的“六大板块示意图”同“世界火山地震带分布图”作一比较,说说世界火山、地震分布有什么规律,为什么?

第六节 外力作用与地表形态的变化

内力作用为大自然提供了地表形态的“粗毛坯”,而要把这些“粗毛坯”雕塑成多姿多彩的地表形态,则离不开外力作用。外力作用的表现形式主要有风化作用、侵蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用等。

风化作用 岩石在地表或接近地表的地方,在温度变化、水、大气及生物的影响下发生的破坏作用,叫做风化作用。岩石是热的不良导体,在温度的变化下,表层与内部受热不均,产生膨胀与收缩,常常使岩石发生崩解破碎。岩石中的矿物成分在氧、二氧化碳等以及水的作用下,还常常发生化学分解作用,产生新的物质。这些物质有的被水溶解,随水流失;有的是不溶性物质,如粘土,则常残留在原地。此外,植物根系的生长和穴居动物的活动等,也都可以对岩石起破坏作用。

风化作用产生的风化产物,残留在地表,形成风化壳,它提供了进行侵蚀作用的条件。

侵蚀作用 风力、流水、冰川、波浪等对地表岩石及其风化产物的破坏作用,叫做侵蚀作用。风可以吹扬起岩石的碎屑,并挟带碎屑磨蚀岩石。在沙漠地区常常见到的风蚀洼地、风蚀柱、风蚀蘑菇等,都是风力的侵蚀作用造成的。

流水的侵蚀作用更是强大和普遍。沟谷和河流的流水,使谷底和河床加宽加深;坡面上的水流冲刷着整个坡面,使之趋于破碎。例如,我国的黄土高原,土层松厚,由于植被多遭破坏,流水侵蚀严重,造成千沟万壑的地表形态。流水对岩石还有化学溶蚀作用,河水、地下水能溶解岩石中和一些风化、剥蚀产物中的可溶性盐类,如碳酸钙、氯化钠等,形成天然溶液而随水流失。喀斯特地貌就是可溶性岩石(如石灰岩)受到含有二氧化碳的水的溶解和冲刷作用形成的。

高寒地区巨大的冰川,可以刨蚀流经的地面,形成冰斗、角峰和U形谷等地貌。海浪打击岩石,会不断地对海岸起破坏作用。

搬运作用 风化、侵蚀的产物,被风、流水、冰川、海浪等转移离开原来位置的作用,叫做搬运作用。干燥、半干燥地区和海滨地区,风力的搬运作用强烈,而湿润、半湿润地区,流水的搬运作用很大。流水推动物体的力量和水的流速成正比,所以,河流有时可以携带许多巨大的砾石,而有时连细小的泥沙也堆积下来。

在斜坡上或沟谷中,松散碎屑物质被暴雨或积雪和冰川的融水所饱和,在重力作用下,沿斜坡或沟谷流动的特殊洪流,叫做泥石流。其中固体体积一般超过15%,最高达80%。泥石流的冲刷、搬运、堆积过程十分迅速,可埋没农田、森林,堵塞江河,冲毁路基、桥涵和灌溉渠道,摧毁城镇和村庄,具有极大的破坏力。我国不少山区常有泥石流发生,特别在森林、草坡遭到破坏的山区,泥石流的出现更为频繁。

沉积作用和固结成岩作用 岩石风化和侵蚀后的产物在外力的搬运途中,由于流速或风速的降低、冰川的融化以及其他因素的影响,可以导致物质的逐渐沉积,这种作用称为沉积作用。在沉积过程中,颗粒大、比重大的物质先沉积,颗粒小、比重小的后沉积,形成砾石、砂、粉砂、粘土等颗粒大小不同的沉积物。冰川的沉积作用在冰川融化时才能发生,它的沉积物颗粒大小不分,常杂乱地堆积在一起。

当流水携带泥沙流动时,由于流速减低,泥沙大量沉积,在河流的中下游常常造成宽广平坦的三角洲和冲积平原。这里土壤肥沃,灌溉便利,是良好的农业区。

我国黄河由于河水挟带的泥沙特别多,三角洲成长的速度很快。根据历史的记载推算,自1855年~1954年,河口海岸线在实际行水年间,平均每年向海推进180米;1976年~1987年,河口岸线共向海伸长29 000米。

风力吹扬沙尘,当风力减弱时,沙尘便会沉落。由于沉积物质的不同,有的地方成为沙漠,有的地方成为黄土。带有大量沙粒的气流,如果遇到灌丛或石块,风沙受阻堆积下来,就形成沙丘。沙丘是沙漠地区基本的地表形态。如果没有植被的滞阻,沙丘在风力作用下则成为流动沙丘。它会掩没农田村舍,破坏交通。因此,控制沙漠的扩展是人类改造自然的一个重要方面。

沉积物经过物理的、化学的以及生物化学的变化和改造,变成坚硬的岩石,这种作用叫做固结成岩作用。

地面上风化、侵蚀、搬运和沉积作用是相互联系的统一过程。岩石经过风化就容易被侵蚀,而侵蚀作用又为新裸露地表的岩石接受风化提供条件。有了风化侵蚀的产物,才有被风、流水、冰川、海浪等动力进行搬运沉积的可能。这几种作用长期地缓慢地进行着,不断地改变着地表形态。

人类活动与地表形态 地球上各种不同的地表形态对人类的活动有很大影响,而人类的活动又在一定程度上改变着地表形态。

在古代,我国的黄河中下游地区,非洲的尼罗河三角洲,西亚的两河流域,是人类文明的摇篮。它们的发展是和那里地势平坦、水源充足、交通便利等优越的自然条件相联系的。地球上那些地表崎岖、水源奇缺的高寒区,或者是极端干旱的大沙漠中心,至今仍然缺乏人类生活的条件。

随着生产力水平的提高和人类社会的进步,人类活动对地表形态的影响也逐步增大。例如,填海造陆、开挖河道、修建水库等,人类活动不断地塑造着新的地表形态。世界闻名的低地国家荷兰,有将近一半的土地海拔不到一米高,27%在海平面以下。荷兰人民早在13世纪就筑堤造坝,用风力排水,把海滩变成农田,迄今已增辟土地7 000平方千米,相当于荷兰全国面积的15。我国在1949年以后,兴建了治理黄河、淮河、海河的大型水利工程,开挖了许多人工河道,修建了许多水库,这些都是人类活动改变地表形态,趋利避害的措施。

如果人类活动违背了自然规律,对地表形态的破坏就会产生消极的有害作用。现在世界上约有三分之一以上地区属于干旱区,这些地区大部分是荒漠。但是有些荒漠并非原来如此,而主要是人类活动造成的。例如,由于不合理的垦殖和放牧,森林与草原遭到破坏,世界若干地区荒漠化的发展速度惊人。据估计,撒哈拉沙漠过去50年吞没了65万平方千米宜农宜牧的土地。30年代,美国中西部大草原被破坏,造成了频繁的“黑风暴”,刮走了3亿吨尘土。50年代,原苏联开垦中央大草原,引起大风暴,遭受风蚀的耕地面积达几千万公顷。在我国,由于森林和草原被破坏而造成的后果也很严重。我国荒漠化的土地约有17万平方千米,其中近半个世纪以来形成的荒漠化土地约5万平方千米,大部分是滥垦和过度放牧造成的。我国的黄河流域,古代曾有很多森林和草原,由于几千年来人类活动的破坏,现在森林和草原已经很少,土壤缺乏植被保护,水土流失严重。黄土高原被侵蚀得千沟万壑,黄河流域每年被冲走的泥沙达十几亿吨。

因此,在世界人口日益增多,人类活动更加频繁的今天,人类必须很好地认识自然,掌握其发展变化的规律,使地表形态的改变,向着有利于人类生产和生活的方向发展。

问题和练习

1.外力作用有哪些主要表现形式?它们之间的关系如何?

2.风化作用是如何进行的?它受哪些因素的影响?

3.流水的侵蚀作用对地表形态有什么影响?观察当地大雨以后地表水土流失的情况,缓坡和陡坡、有植被和无植被地面各有什么不同。

4.风力作用塑造的地形有什么特点?

5.人类活动和地表形态有什么关系?试举例说明。

第七节 地壳的演化

人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律,测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部漫长的演变历史,一部不断变化、不断发展的历史。

地层和化石 地壳在发展过程中形成了各个时代的地层,在地层中还保存有各种化石,它们是记录地球历史的“书页”。研究地层的性质、厚度、相互关系以及化石,可以了解地壳的变化过程。在正常情况下,地层是按顺序排列的,老的在下,新的在上,呈水平状态。但是,由于构造运动的影响,自然界的地层往往错综复杂,有的地层倾斜甚至层序颠倒,有的地层缺失。如何确定地层的时代和顺序呢?人们对地层中所含的化石进行了研究和利用。

地层中的化石,多数是古生物的遗体,如骨骼、贝壳等,少数是古生物活动的遗迹,如足印、虫穴、粪便等。生物是由低级到高级、由简单到复杂不断地进化的。不同时代的地层一般含有不同的化石,而相同时代的地层里往往保存着相同或近似的化石。这样,我们可以根据岩层中保存下来的生物化石,确定地层的顺序和时代。如含三叶虫、大羽羊齿化石的,为古生代地层;含恐龙化石的,为中生代地层等。

地层由各种各样的物质组成。有砾石、砂等粗粒物质,有粉砂、粘土等较细物质,还有淤泥、化学沉积等细粒物质。地层中包含的化石,有的是陆地或淡水生物,有的是海洋生物。根据岩层组成物质的性质和化石特征,可以推知岩石沉积时的环境特征。例如,在温暖广阔的浅海环境中,可以形成由珊瑚礁组成的石灰岩;在湿热的森林茂密地区,可以形成有丰富植物化石的含煤地层,等等。

地壳的演化史 人们根据地层顺序、生物演化阶段、地壳运动和岩石的年龄等,把地球的历史分成五个代:太古代、元古代、古生代、中生代、新生代;每个代又分为若干个纪。人们把组成地壳的全部地层所代表的时代,总称为地质年代。

(一)太古代(距今25亿年以前) 地球上是一片深浅多变的广阔海洋,没有宽广的大陆。海洋里分散着一些火山岛,陆地上只有些秃山,一片荒凉。那时,岩浆活动剧烈,火山喷发频繁,经常出现烟雾满天的景象。太古代地层大都是变质很深的岩石,我国的泰山,就是由这些古老岩层构成的。太古代是形成铁矿的重要时代。太古代时,海水中逐渐形成了一种类似蛋白质的有机质,慢慢就成为最原始的生命体。

(二)元古代(距今25亿年~6亿年) 现在的陆地在那时仍大部被海洋所占据。那时地壳运动剧烈。元古代晚期,出现了若干大片陆地。元古代时,海水里的生命活动明显地加强了,除单细胞生物外,在海水里已有藻类、海绵等低等的多细胞生物出现。“元古代”的意思,就是原始生物的时代。

(三)古生代(距今6亿年~2.5亿年) 古生代是地壳发生剧烈变动的时期,许多地方反复上升和下沉。古生代早期,还是海洋占优势的时代,生物大大发展,是海生无脊椎动物空前繁盛的时代。海水里出现了许许多多种动物,如三叶虫、珊瑚等。到了中后期,陆地面积大大增加,亚欧大陆和北美大陆的雏形已基本形成。我国东北、华北已抬升成陆地。中期时,出现了脊椎动物——鱼类;到后期,鱼类逐渐演化成两栖类,动物从海洋向陆地发展。这时北半球的气候炎热潮湿,陆地上出现了大片植物,特别是蕨类植物繁生,森林茂密。古生代后期是重要的造煤时期。

(四)中生代(距今2.5亿年~0.7亿年) 我国大陆轮廓已基本形成。环太平洋地带地壳运动激烈,形成高大山系,也带来了丰富的金属矿产。生物的变化很大,爬行动物盛行,大大小小的恐龙繁生。后来空中出现了始祖鸟,爬行动物的一支开始向鸟类发展。中生代时期,蕨类植物趋向衰退,出现了大量的较高级的裸子植物。因此,中生代也是一个重要的造煤时期。

(五)新生代(距今0.7亿年至现在) 新生代是最新的一个代,又分为第三纪和第四纪。第三纪时发生了一次规模巨大的造山运动——喜马拉雅运动,现在世界上的许多高山都是在这次运动中造成的。这时,地球上的面貌,如海陆分布、山岳的位置、江河的流向等,跟现代接近。哺乳动物和被子植物大发展。出现了灵长类。第四纪(距今二三百万年)出现了气候寒冷的时期,称为第四纪冰期。冰期来临时,气候变冷,陆地上冰川覆盖面积加大,海面下降一百多米,许多大陆架成了大陆间人和动物来往的通道。第四纪冰期又分为若干亚冰期。两个亚冰期之间是间冰期,这时气候转暖,海面上升,海水浸没了若干低洼的地方。第四纪出现了人类,这是生物发展史上的重大飞跃。

地球有悠久的过去,还有着漫长的未来。生物的出现和进化只是其中的一小段,而人类的历史更是短暂的一瞬。地球演化史有力地证实了“自然界总是不断发展的”这一真理,证明了新陈代谢是宇宙万物的普遍规律。

问题和练习

1.为什么说地层和化石是地球历史的“书页”?

2.地史上划分为哪五个代?中生代、新生代在地壳运动和生物发展上各有什么主要特征?

3.画一个钟表面,把整个地球发展历史比作12小时,根据下页地质年代表上五个代和第四纪的距今时间,计算它们在钟表面上大约各占多少时间,把它们画出来。

4.利用假日,组织野外观察,看看当地的岩石、地质构造和地形的情况,并利用所学知识加以解释。


作者:未知 来源:本站转载 发布时间:2005年05月12日
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