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第9章 岩石圈与人类

1.岩石圈

人们常常把大地比作人类的母亲,其实与母亲相比,大地有过之而无不及。因为人类的吃、穿、住、行,皆来自土地,而我们不需要的东西,又莫不弃之于土地,若说儿子成人后,还有离开母亲的时候,而人类却未曾一刻离开过土地。

土地对人类实在是太重要了,古今中外,人类的多数战争是因争夺土地而展开的,然而,土地又实在是太平凡了,拾之皆是,一望无垠。与空气、水一样,土地是生命平凡而又伟大的元素。土地属于岩石圈的表层,那么,土地所属的岩石圈又是怎样的呢?

岩石圈是地球最外层带有弹性的坚硬岩石,由地壳和上地幔顶部组成。岩石圈下面是软流圈。

岩石圈厚度不均一,平均厚度约为100千米。

岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3以上,而大洋盆地约占海底总面积的45%,其平均水深为4000~5000米,大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中,其周围延伸着广阔的海底丘陵。

因此,整个固体地球的主要表面形态,可认为是由大洋盆地与大陆台地组成。对它们的研究,构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的“全球构造学”理论。

岩石圈可分为6大板块:欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块、南极洲板块,还有一些较小板块镶嵌在其中。

岩石圈表层是人类活动和其他生物活动的最重要的场所,因此,受人类的影响也最大。

在这里,各种地质作用复杂而活跃,大气、水、生物等的相互作用,使表层的变化及对人类社会的作用也最为显著,与人类的生存息息相关。

地质作用一般上是指,引起地壳组成物质、地壳构造、地表形态等不断变化和形成的作用。地质作用的能量,来源于两个方面,一方面来源来自地球内部的热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能;另一方面是来自地球外部的称为外能,主要有太阳辐射热、位能、潮汐能和生物能等。

2.地球的外力作用

根据能量来源的不同,地质作用可分为外力作用和内力作用。

外力作用主要受重力和太阳能的影响,包括风化作用、侵蚀作用、搬运作用。

沉积作用、固结成岩作用。

(1)风化作用使地表形成松散的风化壳,为外力侵蚀作用打下基础。

风化作用一般分三类:物理风化、化学风化和生物风化作用。

岩石在温度的变化下,表层与内部受热不均,产生膨胀与收缩,长期作用结果使岩石发生崩解破碎,这种作用属于物理风化作用。

岩石中的矿物成分,在氧、二氧化碳以及水的作用下,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,有的属不溶解物质残留在原地。这种作用是化学风化作用。

此外,植物根系的生长,洞穴动物的活动,植物体死亡后分解形成的腐植酸对岩石的分解,都可以改变岩石的状态与成分。

(2)侵蚀作用是在风化作用基础上,流水、风、冰川、生物等外力对地表进行的破坏作用。

流水侵蚀的作用强大而普遍,大陆面积约90%的地方都处于流水的侵蚀作用控制之下,降水冲蚀地表,沟谷和河流的流水使谷底和河床加宽加深,坡面上的流水冲刷着整个坡面,使之破碎。

流水侵蚀一般能形成沟(河)谷,如黄土高原的千沟万壑。

流水对岩石还有溶蚀作用,形成喀斯特地貌。地表水、地下水能溶解岩石中的可溶解性盐类,如碳酸钙、氯化钠等,形成天然溶液而随水流失,如桂林山水、云南石林等。

风力侵蚀能形成戈壁、裸岩荒漠等。

在高寒地区,巨大的冰川,可以刨蚀地面,形成U型谷、角峰、刃脊等;在全世界约27万千米长的海岸线上,海浪不断拍击岩石,形成了海蚀崖、海蚀洞、海蚀柱等侵蚀地貌。

搬运作用通过水流、波浪、潮汐流和海流、冰川、风和生物作用等将地表和近地表的岩屑和溶解质等风化物搬往它处,是自然界塑造地球表面的重要作用之一。在搬运过程中,以风力搬运为最好,冰川搬运为最差。

流水沉积能形成三角洲、冲积平原等,如长江三角洲;风力沉积能形成沙漠、黄土堆积等,如撒哈拉沙漠、塔克拉玛干沙漠、黄土高原等。

(3)固结成岩作用最终形成沉积岩。

总体上看,外力作用的强弱与气候因素有着密切的关系,因为影响地形发育的水文、植被等因素都受到气候条件的控制。

例如,寒冷的冰川覆盖地区以冻融崩解、冰川作用为主,干旱地区流水作用不显著而风沙作用占据优势,温暖潮湿地区的流水作用最为活跃。

决定气候条件的主要因素是气温和降水,而气温和降水在地球上的分布是不一样的。因此,不同地区的不同气候条件组合,就会产生独特的地貌组合。

3.地球的内力作用

内力作用包括地震、火山爆发、地壳运动、变质作用。

地球内力作用,使地球表面变得高低不平,形成高山和盆地,成为塑造地球表面形态的主力军,对地壳物质的形成和发展起主导作用,也是形成地形的基本力量。

地震是指地壳内部在不停地变化,由此而产生力的作用,使地壳岩层变形、断裂、错动的现象。地震是极其频繁的,全球每年发生地震约500万次。

地震波发源的地方,叫做震源。震源在地面上的垂直投影,地面离震源最近的一点称为震中,它是接受振动最早的部位。震中到震源的深度叫做震源深度。

对于同样大小的地震,由于震源深度不一样,对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅,破坏越大,但波及范围也越小,反之亦然。

破坏性地震一般是浅源地震,如1976年唐山地震的震源深度为12千米。

地震具有一定的时空分布规律。从空间上看,地震的分布呈一定的带状,称地震带,主要集中在环太平洋和地中海—喜马拉雅两大地震带。太平洋地震带几乎集中了全世界80%以上的浅源地震(0~70千米),全部的中源(70~300千米)和深源地震(300千米以上的),所释放的地震能量约占全部能量的80%。

(1)地震的类型

地震分为天然地震和人工地震两大类。此外,某些特殊情况下也会产生地震,如大陨石冲击地面(陨石冲击地震)等。

地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,到地面引起的房摇地动,称为构造地震。这类地震发生的次数最多,破坏力也最大,约占全世界地震的90%以上。

此外,由于火山活动、地下岩洞或矿井顶部塌陷、水库蓄水、油田注水、地下核爆炸、炸药爆破等均可引发地震。

(2)地震现象

地震发生时,最基本的现象是地面的连续震动,主要是明显的晃动。极震区的人在感到大的晃动之前,有时首先感到上下跳动。这是因为地震波从地内向地面传来,纵波首先到达的缘故,横波接着产生大振幅的水平方向的晃动,是造成地震灾害的主要原因。

延伸阅读

中国多次大地震

1556年中国陕西华县8级地震,死亡人数高达83万人,是目前世界已知死亡人数最多的地震。

1668年山东郯城大地震震级为8.5级。大地震破坏区面积50万平方千米以上,是中国历史上地震中最大的地震之一,史称“旷古奇灾”。

1933年8月25日中国四川茂县叠溪镇发生震级为7.5级的大地震。地震发生时,地吐黄雾,城郭无存。巨大山崩使岷江断流,壅坝成湖。

1950年8月15日的西藏墨脱8.6级地震是中国震级最大的一次。

1975年2月4日,中国辽宁省海城县发生震级为7.3级的大地震。由于此次地震被成功预测预报预防,使更为巨大和惨重的损失得以避免,它因此被称为20世纪地球科学史和世界科技史上的奇迹。

1976年7月28日,中国河北省唐山市发生震级为7.8级的大地震。地震死亡24.2万人,重伤16万人,为20世纪世界上人员伤亡最大的地震。

2008年5月12日,四川汶川县发生震级为8.0级的地震,直接严重受灾地区达10万平方千米。截至7月4日12时,四川汶川地震已造成遇难:69225人遇难,374640人受伤,失踪18624人,紧急转移安置1500万人,目前累计受灾人数4624万人。

全球二十世纪以来的最强地震

1960年5月22日的智利大地震,里氏8.9级(又有报为9.5级)是历史上震级最高的一次地震。

2004年12月26日印度尼西亚大地震,里氏8.7级,发生在位于印度尼西亚苏门答腊岛上的亚齐省。地震引发的海啸席卷斯里兰卡、泰国、印度尼西亚及印度等国,导致约30万人失踪或死亡。

火山

在古代,人们由于自然地理知识的匮乏,当看见火山喷发的现象时,便把这种山在燃烧的原因理解为火神在发怒。

实际上,地壳以下100千米至150千米处,存在着大量的岩浆。这些岩浆在高温、高压状态下,一旦从地壳薄弱的地段冲出地表,就形成了火山。火山在地球上主要分布在地壳的断裂带上。

从世界范围来说,火山主要集中在环太平洋一带和印度尼西亚向北经缅甸、喜马拉雅山脉、中亚、西亚到地中海一带,现今地球上的活火山99%都分布在这两个带上。

火山喷发的强弱与熔岩性质有关,喷发时间也有长有短,短的几小时,长的可达上千年。按火山活动情况,可将火山分为三类:活火山、死火山和休眠火山。目前,世界上大约有500座活火山。

历史记录《黑龙江外传》中,记述了黑龙江五大连池火山群中,两座火山喷发的情况。“墨尔根(今嫩江)东南,一日地中出火,石块飞腾,声振四野,越数日火熄,其地遂成池沼,此康熙五十八年事。”

火山是由什么形成的?

在地层深处,温度很高,这种高温足以熔化大部分岩石。岩石熔化时膨胀,需要更大的空间,从而导致了山脉的隆起,山脉的下面则形成了一个熔岩(也叫岩浆)库。

熔岩库里的物质沿着隆起造成的裂痕薄弱地带,向地表上升。当熔岩库里的压力大于上面岩石顶盖的压力时,便向外迸发成为一座火山。火山喷出的物质主要是气体,但是大量的火山岩和固体物质也随着喷了出来。

能利用的火山资源

最具威力、最壮观的火山爆发常常发生在俯冲带。这里的火山可能在沉寂达数百年之后再度爆发,而一旦爆发,威力就特别猛烈。

这样的火山爆发时喷出的大量火山灰和火山气体,对气候造成极大的影响,还有可能冲毁道路、桥梁,淹没附近的乡村和城市,可在短期内给人类的生命财产造成巨大的损失,它是一种灾难性的自然现象。

然而,火山喷发后,它能提供丰富的土地、热能和许多种矿产资源,还能提供旅游资源。

地热能是一种廉价的新能源,又无污染,因而得到了广泛的应用。现在,从医疗、旅游、农用温室、水产养殖一直到民用采暖、工业加工、发电方面,都可见到地热能的应用。

冰岛由于地处火山活动频繁地带,可开发的地热能资源相对较为丰富。那里的人们很好地利用了这一资源,虽然目前开发的仅占其中的7%,但已经给当地人们带来了很多效益。整个冰岛有85%的居民都通过地热取暖。地热资源干净卫生,大大减少了石油等能源进口。自从1975年后,冰岛空气质量大为改善。冰岛人还善于提高地热资源的使用效率,包括进行温室蔬菜花草种植,建立全天候室外游泳馆,在人行道和停车场下铺设热水管道以加快冬雪融化等。

现在,全世界有十几个国家都在利用地热发电,我国西藏羊八角建立了全国最大地热试验基地,取得了很好的成绩。

火山奇观

间歇泉是火山喷发后期的一种自然现象。当地下的高温将地下水加温到一定压力后,水和蒸气就会从喷口处冲出,压力降低后便停止喷出,进入下一个过程。美国黄石公园的间歇泉有些可射到100多米高,其惊涛骇浪般的吼声使人惊心动魄,老忠实泉喷出的水柱可达180米左右,沸水散发出的蒸气像一团洁白的云挂在蓝天上。它每一小时喷射一次,每次历时5分钟,非常准时,所以得了这么一个名字。

我国黑龙江省有一处“地下森林”,它是由7个死火山口演化来的。由于火山喷发物质经风化后形成了肥沃的土壤,一些植物便在这大坑里安下了家。这种地下森林是很少见的。

号称“世界第八奇迹”的恩戈罗火山口,它深达600多米,上面直径为18千米,面积254平方千米,底面积为260平方千米,活像一口直上直下的巨井。而在这口“井”里,还生活着狮子、长颈鹿、水牛、斑马等很多动物,简直像个热闹的动物园。

世界上最大的火山口是日本九州岛上的阿苏火山,这个火山口东西方向17千米,南北方向25千米,周长100多千米,从它的规模就可以想象当时爆发的巨大威力。

地壳运动通常是指在地球的内力和外力作用下地壳经常所处的运动状态。

地球表面的断层、褶皱、高山、盆地、火山、海沟等都是各种地壳运动的结果。同时,大陆漂移、地面上升和沉降以及地震都是这种地壳运动的反映。

地壳运动与地球内部物质的运动是紧密相联的,它们可以导致地球重力场和地磁场的改变,科学家通过研究地壳运动就可以提供地球内部组成、结构、状态以及演化历史的种种信息。

地壳运动的分类

按运动方向可分为水平运动和垂直运动。

水平运动指组成地壳的岩层,沿平行于地球表面方向的运动,也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常形成巨大的褶皱山系、海沟等。

垂直运动,又称升降运动、造陆运动,岩层表现为隆起和下降,可形成高原、断块山、盆地和平原,能够引起海陆的变迁。

地壳运动控制着地球表面的海陆分布,影响各种地质作用的发生和发展,形成各种构造形态,改变岩层的原始状态,所以有人也把地壳运动称构造运动。按运动规律来讲,地壳运动以水平运动为主。

地壳运动使沉积岩层发生弯曲,产生裂缝、断裂,并留下永久形迹,这样就形成了地质构造。

地壳运动是形成地质构造的原因,地质构造则是地壳运动的结果。

褶皱和断层

褶皱和断层两种是最基本、最常见的地质构造类型。

褶皱是指当岩层受到地壳运动产生的强大挤压作用时,发生的弯曲变形。

地壳发生褶皱隆起,常常形成山脉。世界上许多高大的山脉便是这样形成的,如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、科迪勒拉山系等,都是板块相互碰撞、挤压,在板块交界处发生大规模褶皱隆起而形成的。

褶皱是常见的地质构造之一,它有两种基本形态。

一般来说,中间向上隆起的叫背斜,中间向下凹陷的叫向斜。

断层是指岩石受力达到一定的强度,发生断裂,两侧的岩层沿断裂面产生的显著的位移。

在地貌上,大的断层常形成裂谷或陡崖,如东非大裂谷。断层一侧上升的岩块,常成为块状山地或高地,如我国的华山、庐山、泰山等。断层另一侧相对下沉的岩块,则常形成谷地或低地,如我国渭河平原、汾河谷地。

地表形态的塑造过程也是岩石圈物质的循环过程,它们存在的基础是岩石圈三大类岩石——岩浆岩、变质岩和沉积岩的变质转化。

在地球内部压力作用下,岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表,冷却凝固形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在风吹、雨打、日晒以及生物作用下,崩解成为砾石、沙子和泥土。这些碎屑被风、流水等搬运后沉积下来,经过固结成岩作用,形成沉积岩。同时,这些已经生成的岩石,在一定的温度和压力下发生变质作用,形成变质岩。

岩石在岩石圈深处或岩石圈以下发生重熔再生作用,又成为新的岩浆。岩浆在一定的条件下,再次侵入或喷出地表,形成新的岩浆岩,并与其他岩石一起再次接受外力的风化、侵蚀、搬运和堆积。如此,周而复始,使岩石圈的物质处于不断的循环转化之中。

我们今天看到的山系和盆地,以及流水、冰川、风成地貌等,是岩石圈物质循环在地表留下的痕迹。

总之,地球的地表现状是地球内外力共同作用并长期改造的结果。内力作用使地球内部和地壳的组成和结构变得复杂,造成地表高低起伏,外力作用使地壳原有的组成和构造改变,使地表变得平缓。

§§第三章 人类与地球的关系

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