普通地質(zhì)學(xué)第一章

第一章地球的起源 形態(tài)及其物質(zhì)組成 第一節(jié)地球的起源 一 宇宙 銀河系和太陽(yáng)系 宇宙 universe 是物質(zhì)世界 宇 是無(wú)邊無(wú)際的空間 宙 是無(wú)始無(wú)終的時(shí)間 宇宙是無(wú)限空間和無(wú)限時(shí)間的統(tǒng)一 在宇宙空間彌漫著形形色色的物質(zhì) 如太陽(yáng)系 銀河系 恒星 行星 氣體 塵埃 電磁波等 它們都在不停地運(yùn)動(dòng) 變化著 宇宙中物質(zhì)的存在形式具有多樣性 一部分物質(zhì)以電磁波 星際物質(zhì) 氣體 塵埃 等形式呈連續(xù)狀態(tài)彌散在廣漠的空間 另一部分物質(zhì)則積聚 堆積成團(tuán) 表現(xiàn)為各種堆積形態(tài)的積聚實(shí)體 通常將包括星際物質(zhì)和各種積聚態(tài)實(shí)體在內(nèi)的所有宇宙星體通稱為天體 恒星是宇宙中最重要的天體 恒星是由熾熱氣體組成的 能夠自身發(fā)光的球形或類似球形的天體 構(gòu)成恒星的氣體主要是氫 其次是氦 銀河系 milkywaysystem 是一個(gè)大約由400億顆恒星和大量星際物質(zhì)組成的龐大的天體系統(tǒng) 側(cè)面看呈中間厚邊緣薄的扁餅形 正面看呈旋渦形 太陽(yáng)系 solarsystem 是一個(gè)以太陽(yáng)為中心 受太陽(yáng)引力支配的天體系統(tǒng) 太陽(yáng)是其中唯一的一顆恒星 其質(zhì)量占整個(gè)太陽(yáng)系的99 87 能發(fā)出強(qiáng)烈的光和熱 圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的是一個(gè)行星體系 主要有九大行星 由里向外依次為 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海天星 冥王星 及眾多的小行星 主要分布于火 木星之間 衛(wèi)星 慧星和隕星等 太陽(yáng)系目前以冥王星軌道為邊界 直徑為l1 8 109km 太陽(yáng)系的主要特征 1 運(yùn)行軌道的規(guī)則性行星的公轉(zhuǎn)軌道都是橢圓形的 并分布在與黃道面交角約為7 的同一平面內(nèi) 冥王星除外17 9 2 運(yùn)轉(zhuǎn)方向的一致性全部行星都以同一方向繞日運(yùn)行 還各自以同一方向繞軸自轉(zhuǎn) 3 行星距離的規(guī)律性各行星與太陽(yáng)間的距離具有近似幾何級(jí)數(shù)遞增的規(guī)律 經(jīng)驗(yàn)公式為 d 0 4 0 3 2n d為天文單位 水星 金星 地球 火星 小行星 木星 土星 天王星 海王星和冥王星的n值依次取 0 1 2 3 4 5 6 6 63和7 4 行星分為兩大類 類地行星和類木行星 l 類地行星 水星 金星 地球和火星 距太陽(yáng)近 體積小 質(zhì)量小 密度大 重元素多 自轉(zhuǎn)慢 衛(wèi)星少 2 類木行星 木星 土星 天王星和海王星 距太陽(yáng)遠(yuǎn) 體積大 質(zhì)量大 密度小 輕元素多 自轉(zhuǎn)快 衛(wèi)星多 冥王星 具有類地行星的某些特征 5 角動(dòng)量 動(dòng)量矩 是角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積 角速度 質(zhì)量 轉(zhuǎn)動(dòng)半徑2 因此 太陽(yáng)占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99 86 但其角動(dòng)量只占1 2 6 太陽(yáng)同行星的物質(zhì)組成有差別太陽(yáng)組成的99 為氫 氦這兩種元素 而行星則主要由較重元素組成 在類地行星中鐵 氧 硅 鎂占90 左右 二 太陽(yáng)系和地球的起源 天體是怎樣形成的 以后又歷經(jīng)過(guò)什么樣的發(fā)展過(guò)程 18世紀(jì)以來(lái) 科學(xué)家們先后提出過(guò)30多個(gè)地球起源假說(shuō) 因?yàn)橄抻诋?dāng)時(shí)的科學(xué)水平 加以有些立論無(wú)據(jù) 不能圓滿解釋太陽(yáng)系存在的客觀規(guī)律 因而一個(gè)個(gè)相繼退出歷史舞臺(tái) 但是其中有些在促進(jìn)天體演化學(xué)發(fā)展上卻起了一定的積極作用 有的對(duì)當(dāng)代科學(xué)特別是地質(zhì)學(xué)的發(fā)展有極大影響 星云假說(shuō) 拉普拉斯 微粒假說(shuō) 康德 俘獲假說(shuō) 施密特 流行的太陽(yáng)和地球的起源假說(shuō)簡(jiǎn)介如下 大約在五 六十億年前 在銀河系所在位置存在一個(gè)巨大的氣體 塵埃 星云 太陽(yáng)云 solarnebula 太陽(yáng)云一開(kāi)始不穩(wěn)定地自轉(zhuǎn)著 在自身引力作用下進(jìn)行收縮 使大量物質(zhì)聚集于中心部位 根據(jù)角動(dòng)量守恒定律 體積縮小將導(dǎo)致自轉(zhuǎn)速度加快 于是 離心力隨之加大 太陽(yáng)云逐漸變扁 成圓盤(pán)狀 太陽(yáng)云收縮 密度壓力加大 導(dǎo)致溫度急劇上升 使原來(lái)寒冷的太陽(yáng)云內(nèi)部的溫度上升達(dá)數(shù)百萬(wàn)度 產(chǎn)生氫聚變?yōu)楹さ暮朔磻?yīng) 釋放出巨大的能量 向外產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射 于是 光芒四射的原始太陽(yáng)就此誕生 原始太陽(yáng)處于一個(gè)不穩(wěn)定階段 不斷拋射出大量物質(zhì) 這些拋出物質(zhì)參加到圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)中 旋轉(zhuǎn)速度加快 角動(dòng)量也增加到很大 在這個(gè)圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的盤(pán)狀星云赤道面上 離心力和吸引力可以達(dá)到相對(duì)平衡狀態(tài) 而內(nèi)部卻發(fā)生激烈分化 塵埃物質(zhì)作為氣體凝聚的核 形成一個(gè)個(gè)大大小小的團(tuán)塊 并逐漸形成一圈一圈的有規(guī)律間隔的塵環(huán) 環(huán)內(nèi)物質(zhì)在不均勻引力作用下 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度逐漸增加 相互碰撞粘合的機(jī)會(huì)大大增加 于是 大團(tuán)塊吸引小團(tuán)塊 聚集成為行星胚胎 原始行星的直徑較現(xiàn)在要大幾百倍 但是密度很小 因?yàn)樗鼈冊(cè)陂_(kāi)始階段含有大量的氫 氦 而只有少量重元素 一方面隨著重力場(chǎng)加強(qiáng) 不斷收縮而變得有較大的密度 同時(shí) 由于內(nèi)部產(chǎn)生重力分異 也可使重元素沉向中心 在距離太陽(yáng)較近的類地行星中 H He受太陽(yáng)風(fēng)的輻射壓力而被驅(qū)散 導(dǎo)致類地行星主要成分是Si O Mg Fe等 第二節(jié)地球的形態(tài) 一 地球的形狀與大小 通常所說(shuō)的地球形狀是指大地水準(zhǔn)面 是指由平均海平面所構(gòu)成并延伸通過(guò)陸地的封閉曲面 所圈閉的形狀 國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)1980年公布的地球形狀和大小主要數(shù)據(jù)為 赤道半徑 6378 137km兩極半徑 6356 752km平均半徑 6371 012km扁率 1 298 257赤道周長(zhǎng) 40075 7km子午線周長(zhǎng) 40008 08km表面積 5 101 108km2體積 10832 108km3 地球的外形是內(nèi)部狀況的反映 總的來(lái)看 地球十分接近正圓球體 扁率很小 相對(duì)地球半徑而言 表面起伏不大 然而 正是這樣 微小的 偏差 卻表明了地球物理方面的一些重要問(wèn)題 其一 地球?yàn)楸馇蝮w 旋轉(zhuǎn)橢球體 顯然是自轉(zhuǎn)離心力造成的 表明地球具有一定的塑性 同時(shí) 也表明自轉(zhuǎn)離心力對(duì)地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了明顯的影響 其二 地球表面并不與理想的扁球體重合 質(zhì)量增虧產(chǎn)生的應(yīng)力 必須由內(nèi)部某種不均勻性所支持 或者表明地球內(nèi)部有大規(guī)模的物質(zhì)對(duì)流 二 固體地球表面的形態(tài) 現(xiàn)代陸地大地測(cè)量和海洋測(cè)深已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的數(shù)據(jù) 可以提供有關(guān)全球地勢(shì)的基本情況 大陸平均高875米 珠穆朗瑪峰最高 為8848米 海洋平均深3729米 最深為馬里亞納海溝 深度超過(guò)ll000米 封l 2 3圖是三大洋的海底地勢(shì)圖 為了醒目 垂直比例已適當(dāng)放大 這些圖表明了占地表十分之七左右的海底形態(tài)特征 配合大陸的類似圖封4 可以看出地表形態(tài)在宏觀上最重要的兩個(gè)特點(diǎn) 第一 地表最大的地形區(qū)劃是海 陸的劃分 大陸和海底不僅僅是高度不同 從宏觀上看 都具有平面的特點(diǎn) 分別代表了兩個(gè)高低不同的平臺(tái) 大陸平臺(tái)大致高800米左右 海底則以深4000多米的深海底為平面主體 兩者相差約5000米左右 這個(gè)高差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)海 陸內(nèi)部的一般相對(duì)高差 這 宏觀的特征表明 大陸和海洋的深部地質(zhì)一定有著重要的區(qū)別 第二 海底 陸地 都有許多線狀的地形 如大陸和水下的山脈 海底的深溝等 它們之間則是相對(duì)較平坦的地塊 地表形態(tài)是由特高或特低的 條條 與相對(duì)平坦的 塊塊 鑲合而成 這種 條條塊塊 實(shí)際上反映了地下地質(zhì)情況的基本格局 這些線狀地帶 是地質(zhì)構(gòu)造最復(fù)雜 地殼最不穩(wěn)定的地帶 而它們之間的地塊則相對(duì)較穩(wěn)定 地質(zhì)構(gòu)造也較簡(jiǎn)單 三 大陸的地勢(shì)特征大陸上按形態(tài)和成因最具典型意義的地形單元為呈線狀延展的山脈和呈面狀展布的 平原 高原等 一 山地海拔較高 500米 地形起伏較大的地區(qū)稱為山地 一般海拔500一1000米者為低山 1000 3500米者為中山 3500米者為高山 除了個(gè)別孤立的火山外 絕大多數(shù)山地呈線狀延展 稱為山脈 山脈主要是地殼運(yùn)動(dòng)使地表隆起的結(jié)果 大致可分為 褶皺山巖層劇烈褶曲 一般認(rèn)為是地殼受擠壓 縮短的部位 如喜馬拉雅山 秦嶺 祁連山等以及阿爾卑斯山等都是著名的山脈 斷塊山山脈兩側(cè)或一側(cè)為高角度大斷裂 使整個(gè)山脈作為斷塊抬升形成 如沂蒙山 太行山等山脈 二 平原平原是較大的平坦地區(qū) 一般海拔 200米 其內(nèi)部相對(duì)起伏多不超過(guò)數(shù)十米 典型的平原一般為沖積平原 如華北平原 松遼平原等 主要為巨厚的松散沉積物覆蓋 其下伏基巖表面有時(shí)有較大起伏 表明原來(lái)是個(gè)低洼下沉的地區(qū) 以后被沉積物填平成平原 還有少數(shù)不很典型的平原 其上面的松散層很薄 許多地方基巖直接出露 如加拿大東部廣闊的低地 我國(guó)淮河中下游 三 高原高原是海拔較高 500 600米 表面較平坦 或有一定起伏的廣闊地區(qū) 高原為近期大面積整體隆起上升的地區(qū) 如我國(guó)西北的黃土高原 東 南 西三面均為地震較多 活動(dòng)性較強(qiáng)的地帶 地表被新生代的黃土覆蓋 表面平坦 但由于地勢(shì)高 被地表水系沖刷出許多很深的溝谷 實(shí)際上是一個(gè)上升了的平原 高原這個(gè)術(shù)語(yǔ)在地形和成因上不十分嚴(yán)格 如青藏高原內(nèi)部還有唐古拉 念青唐古拉等山脈 實(shí)際上是密集并排的活動(dòng)帶 四 裂谷系大陸 上有一些宏偉的線狀低地 許多地質(zhì)和地球物理證據(jù)表明 這些地帶是地球表面的巨型裂隙 地殼在這些地方被拉張而裂開(kāi) 稱為裂谷 riftvalley 或大陸裂谷系 裂谷一般寬30 50公里 兩壁或一壁多為陡峻的斷崖 中間為低凹下陷的谷地 最著名的為東非大裂谷 為 系列湖泊和峽谷 莫桑比克附近向北經(jīng)尼亞薩湖 坦噶尼喀湖 維多利亞湖 阿法爾 紅海 卡巴灣至死海附近 全長(zhǎng)約6500公里 兩側(cè)為高出谷底數(shù)百至一 二千米的大斷崖 其兩側(cè)的地形凸凹可以很好地拼合 五 丘陵丘陵為有一定起伏的低矮地區(qū) 般海拔在500米以下 相對(duì)高差只有幾十米而不超過(guò)200米 如我國(guó)中 南部的許多地區(qū) 丘陵的特點(diǎn)介于山地和平原之間 從成因上看 可以是山地發(fā)展的晚期 向平原方向轉(zhuǎn)化 或者是正在向山地轉(zhuǎn)化的平原 總之 是山地 平原的過(guò)渡產(chǎn)物 四 海底的地勢(shì)特征大量海洋考察證實(shí) 海底同樣具有廣闊的平原 高峻的山脈和深陡的裂谷 而且比大陸更為宏偉壯觀 最重要的地形單元有以以下幾種 一 洋脊 oceanicridge或洋中脊mid oceanicridge 海底的山脈泛稱海嶺 range 其中最主要的是那些現(xiàn)在經(jīng)常有地震 正在活動(dòng)的海嶺 稱為洋脊或洋中脊 洋脊在地形上為一系列平行的魚(yú)鰭狀山脈 兩側(cè)較低 中間最高 而且在中心最高部位常有一條巨大的裂谷 各大洋都有分布 而且互相連接 太平洋的洋脊中央裂谷不明顯 又稱為洋隆 rise 洋脊經(jīng)常被一系列斷裂錯(cuò)開(kāi) 這些斷裂在地形上表現(xiàn)為深溝 表明海底有大規(guī)模的水平運(yùn)動(dòng) 但是 到目前為止 從宏觀上看 還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有褶皺山 這是海底與大陸不同的地方 根據(jù)海底取樣的結(jié)果 洋脊的基巖都是玄武巖 表明它們是火山作用形成的海底山脈 洋脊的中央裂谷在形態(tài)上與大陸裂谷極為相似 而且有些地方互相連接 構(gòu)成了全球的裂谷系統(tǒng) 紅海的洋脊實(shí)際上是東非裂谷系的一段 大西洋洋脊到了冰島 轉(zhuǎn)為陸上的裂谷 二 海溝 trench 海底的長(zhǎng)條形洼地 泛稱海槽 Trough 其中較深且邊坡較陡者稱海溝 海溝的深度一般超過(guò)6 000米 是地球表面最低的地段 海溝一般較其附近的海底深幾千米 延長(zhǎng)可達(dá)數(shù)千公里 但寬度通常不超過(guò)100公里 海溝多位于深海邊部 其橫斷面多呈不對(duì)稱的V形 陸側(cè)坡度較陡 洋側(cè)較緩 海溝顯然是另一類型的巨型裂隙 大多數(shù)海溝的兩壁是不平整的 有一系列平行主溝的次級(jí)槽和脊 從地形上看 很象是次一級(jí)平行的裂隙 三 大洋盆地 oceanbasin 大洋盆地是海底的主體 約占海底面積45 由洋脊兩側(cè)向外展布 一般深4 000一5 000米 大洋盆地比較平坦 有一些低緩起伏 分為深海丘陵和深海平原兩種單元 深海丘陵一般分布于靠近洋脊的部位 在太平洋最為發(fā)育 占深洋底的80 85 深海丘陵的特點(diǎn)是在低平的海底有許多饅頭狀小丘 這些小丘高50一1000米 底寬l 10公里 為圓形或橢圓形彎丘 一般認(rèn)為是火山成因 深海丘陵向大陸方向逐漸轉(zhuǎn)為平原 即深海平原 在大西洋比較發(fā)育 深海平原的表面極平 其坡度只有萬(wàn)分之幾 最多不超過(guò)千分之一 是固體地球表面最平的平面 深海平原表層均為松散沉積物 一般認(rèn)為 深海平原是被來(lái)自大陸的沉積物填平的 而深海丘陵則代表了洋底的本來(lái)面目 四 島嶼和海山 seamount 海洋中的島嶼有的是微型的大陸 如日本列島 有的則是被海水淹沒(méi)的大陸露在水上的殘留部分 如海南島及許多大陸架上的島嶼 然而為數(shù)眾多的還是在大洋盆地的島嶼 如夏威夷群島等 這些島嶼無(wú)例外都是火山島 大洋底還有許多比較孤立的水下山丘 稱為海山 絕大部分海山是火山 有的海山頂部為較寬的平臺(tái) 稱平頂海山或蓋約特 Guyot 島嶼和海山呈線狀排列 稱為島鏈 靠近大陸邊緣 在海溝的陸側(cè)也經(jīng)常有一般呈凸向海洋的弧形排列 稱島弧 islandarc 島弧總是與海溝伴生 所以通常總稱之為島弧一海溝系 五 大陸邊緣只有深4 000 5 000米以上的深海底才是典型的洋底 海洋邊部的淺海 是被海水覆蓋的大陸 這一部分海底稱為大陸邊緣 大陸邊緣占海洋總面積15 3 其主體為大陸架 1 大陸架 continentalshelf 和大陸坡 continentalslope 大陸架是圍繞大陸分布的淺水臺(tái)地 其表面平坦 大陸架外緣有一坡度明顯變陡的坡折線 大陸架坡折線以下為 較陡的斜坡 稱大陸坡或大陸斜坡 是海底地形最復(fù)雜的地段 常有通向大洋方向的深峽谷 大