第一章地球演化和构造运动的假说

1、第一章 地球演化和构造运动的假说第一节 地球和太阳系起源及地球的基本结构一、 太阳系的构成1、太阳内部温度10×106K15×106K；2、组成太阳的物质主要是氢（约70%）和氦（27%）；3、太阳质量大约是太阳系全部质量的99.866%；4、类地行星和类木行星；5、太阳的转动惯量只占太阳系总转动惯量的2%二、太阳系起源的假说1、灾变假说：法国布丰（G. Buffon）于18世纪提出，慧星撞击（冷）。2、康德-拉普拉斯假说：德国学者康德（I. Kant）于1775年提出，热星云物质和万有引力。3、摩耳顿-张伯伦假说：外星吸引形成星子。4、太阳俘获气-尘埃-流星云的假说：太阳

2、俘获冷星云物质5、现代得到最多支持的假说：太阳气尘云与超新星；超新星爆发，太阳气尘云获得能量和重元素、放射性同位素等物质；旋转、热核反应、外抛、外环；中间成太阳，环绕成星子最终形成行星（卫星一样）。三、地球的形成和年龄1、地球的年龄地球澳大利亚西部锆石测得年龄为42亿年；月球岩石46亿年以上；太阳系的陨石46-47亿年之间。地球的年龄应有46亿年以上。2、陨石冲击事件3、地球外圈的形成4、地球内部圈层的形成四、地球构造概述1、地球的基本圈层地球外部圈层：大气圈、水圈和生物圈。大气圈总质量的99.9%集中在大气圈下部48km以内。水平铺的话，地球将是一个被2700m深的水所覆盖的“水球”。2、固

3、体地球的圈层结构2、固体地球的圈层结构1909年莫霍洛维奇（Mohorovìi, 1909，南斯拉夫）的56km莫霍面或M界面，这个面以上的圈层称为地壳，以下为地幔。德国1914年古登堡（Gutenberg）2900km为核幔边界。莱曼（Lehmann, 1936）内、外核边界（ICB）的深度约为5100km（内核半径1200-1250km）。1914年，美国地质学家巴雷尔（J. Barrell）提出软流圈（层）。1926年古登堡发现100-200km软流圈。第二节 地球演化及构造运动的假说 （一）概述（二）目前提出的对地学界有一定影响的假说（三）地球演化、构造运动和动力学方面已得到

4、公认的部分事实和证据（四）现有假说的比较分析和对“理想”假说的模拟1、地球收缩说:Jeffreys（1929） 2、地球膨胀学说:培根:（F. Bacon）(1620) 3、地球脉动说:布契尔:（W. N. Bucher）(1933) 4、涌流构造说:迈耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992） 5、大陆漂移说：魏格纳（Wegener）(1915) 6、海底扩张说：赫斯（Hess, 1962）和迪茨（Dietz, 1961） 7、板块构造学说:McKenzie（1967），Morgan（1968）等8、热点-地幔柱假说：摩根（Morgan, 1972）9、地槽与地台学说 ：霍尔（J

5、. Hall, 1857）和丹纳（J. D. Dana, 1873）阿巴拉契亚 7、板块构造学说McKenzie et al.（1967），Morgan（1968），Le Pichon（1968）共同提出：固体地球上层在垂向上分成弹粘性的岩石圈和粘性软流圈，下垫弹粘性的中圈。岩石圈在软流圈表面作相对运动。岩石圈在侧向上分成数目有限的大、小板块，它们是刚性的和相对稳定的，并按球面运动规律不断改变着彼此之间的相对位置。板块边界分为三种类型：A分离扩张型；B俯冲会聚型；C平移剪切型或转换型。板块在离散边界处的扩张增生得到会聚边界处俯冲消减的完全补偿，地球体积保持不变。地幔中的热对流是板块运动的驱动力

6、。 8、热点-地幔柱假说威尔逊（Wilson, 1963b）为解释火山岛链年龄的递变现象而提出了热点的概念。所谓热点是地幔中相对固定和长期的热物质活动中心，它们向活火山提供富集各种微量元素的岩浆。地幔柱是摩根（Morgan, 1972b）为解释热点成因而提出的概念。地幔柱是地幔深处，甚至核-幔边界上产生的圆柱状上升的热物质流。9、地槽与地台学说（1）美国地质学家霍尔（J. Hall, 1857）对阿巴拉契亚首次提出地槽学说。（2）1873年，美国地质学家丹纳（J. D. Dana, 1873）在其论文“论地球冷缩的一些结果，包括山脉起源和地球内部性质的讨论”使这个学说得到承认。（三）地球演化、

7、构造运动和动力学方面已得到公认的部分事实和证据1、海洋地壳薄，一般不足10 km，大多仅5-7km，大陆地壳厚，一般30-35 km；2、海洋地壳一般没有褶皱，一般也没有变质，大陆地壳毫无例外，都是由褶皱的且大多高度变质的岩石构成；3、古老的大陆壳，一般包括两层，底层的高度变质和褶皱的结晶底，及覆盖在其上面的没有变质且没有褶皱的沉积盖层，且这两层的形成年代相差很大，褶皱、变质的结晶底形成早，没有褶皱、变质的沉积盖层形成晚；4、现有的海洋壳的面积远大于陆地面积；5、在地球演化的早期，只有海洋壳，没有大陆壳，大陆壳是在地球演化过程中逐渐形成的，且大陆壳的面积在不断增加共60个 （四）现有假说的比较

8、分析和对“理想”假说的模拟1、对现有假说的分析地球演化过程中曾经收缩及其证据地球演化过程中曾经膨胀及其证据地球演化过程中曾经脉动及其证据地球演化过程大陆曾经漂移及其证据地球演化过程中曾经有海底扩张及其证据地球演化过程中曾经有地槽与山脉形成及证据地球演化过程中曾有地幔柱形成地球演化过程中曾经有板块的形成及其演化，相关证据2、对”理想”假说的定性模拟（1）在地球演化过程中，有一种力使地球膨胀，地球膨胀，洋中脊破裂，形成海洋岩石圈，海底扩张。（2）有一种力，使地球收缩，地球收缩，形成海盆或海山，进一步形成海沟，海沟形成地槽，地槽演化后形成山脉。这样，就造成了地球在演化过程中的脉动。（3）两块大陆之间

9、形成洋中脊，两侧大陆就漂离。两块大陆之间形成海沟，两侧大陆就漂合。（4）地球演化一定阶段，一定区域处于相对稳定，这些相对稳定的区域，就是所谓板块，板块与板块之间，相对活动的区域，就是板块边界。3、地球演化和构造运动的能量来源（1）四种可能的能量的分析及比较星子或星体相互撞击的动能地球分异过程中的重力势能放射能太阳能（2）对以上四种能量进行比较分析，从而得出结论：造成构造运动的能量只可能是太阳能。第二章 冰川的地质作用及其证据第一节 冰川的地质作用一、地幔浮力面理论浮力面浮力面平衡地幔浮力面地幔浮力面平衡图1. 木块浸水平衡实验. A，大比重木块；B，普通比重木块；C，小比重木块；D，木块；E，

10、加在上面的小木块；F，加在下面的小木块. 图2. 地球的内部结构. A，岩石圈；B，软流圈；C，部分上地幔；D，下地幔；E，地 核； F，地幔浮力面.二、冰川及其分类两极冰川单极冰川三、诱发地震及冰川形成时的造海作用1、诱发地震主要有水库地震和矿山地震2、冰川对地球形态的作用3、冰川对海底扩张的作用1、诱发地震主要有水库地震和矿山地震(1)水库地震：印度的Koyna水库6.4级（11-12-1967）中国的新丰江水库6.1级（19-03-1962）(2)矿山地震：德国东部Suna钾碱矿区5.2级（24-06-1975）波兰Lublin铜矿区4.5级（24-03-1977）中国湖南邵东煤矿3.2

11、级（04-09-1997）地震，都是由于采矿或采煤引起的地震。(3)发震规律，据统计发现（1981）：10m <坝高90m的11000座大坝，发生水库地震的概率为0.63%；90m <坝高140m的大坝，发生水库地震的概率为10%；坝高140m的大坝，发生水库地震的概率为21%。图3. 南极冰川形成引起的造海过程. A，岩浆从洋中脊涌出；B，南极冰川；C，老岩石壳；D，软流层；E，由洋中脊处涌出岩浆形成的新海洋岩石壳.图4. 洋中脊形成和海底扩张. A，海洋岩石壳外侧；B，海洋岩石壳内侧；C，岩浆流动方向；D，海底扩张方向；E，老洋底；F，早期形成的新洋底；G，较迟形成的新洋底；H

12、，最后形成的新洋底.四、冰川消融时的造山运动1、冰川消融对地球形状的作用2、冰川形成对地槽形成的作用 3、冰川形成对火山和地震形成的作用图5. 冰川消融引起的造山（陆）过程. A，南极冰川；B，老大陆岩石壳；C，由岩浆喷发形成的新海洋岩石壳；D，老海洋岩石壳；E，最新大陆岩石壳；F，较新大陆岩石壳. 图6. 地槽形成和造陆过程. A，岩石壳；B，早期沉积物；C，负压腔；D，后期沉积物；E，火山堆；F，类花岗岩岩浆层；G，类玄武岩岩浆层；H，玄武岩；“”示火山喷发. 图7. 岛弧的形成. A，海洋岩石圈；B，大陆岩石圈；C，软流层；D，海沟；E，负压腔；F，火山堆；“”示火山喷发. 五、古岩石壳

13、的形成及大陆的演化1、地球古壳的形成2、陆核的形成3、大陆的生长和扩张陆核的形成 图9. 陆核形成过程. a，示没有陆核的地球； b，示a图框内地壳的一部分放大；c，示地壳出现地向斜和地背斜（褶皱）；d，示褶皱挤压；e，褶皱挤压拼接；f，示已出现陆核的地球。A，海盆（或地向斜或地槽）；B，地背斜；C，海洋岩石圈；D，陆核.大陆的生长和扩张图8. 古岩石圈的形成和大陆的演化. A，古岩石圈；B次大陆岩石壳；C，陆核；D，较新形成的大陆岩石壳；E，最新大陆岩石壳；F；海洋岩石壳.六、地球均衡调整和岩石圈具有塑性的证据1、北美的证据自15000年前冰川消融，哈得逊湾抬升了300米。现在，这一地区仍以

14、每年2cm的速度抬升。经计算，如果该区域要恢复冰川前的高度，并重建重力均衡，它必须再上升80米 2、北欧的证据自10000年前冰川消融后，斯堪的纳维亚地区已经抬升250米，目前仍以每年1 cm的速度抬升。甚至有人估计，斯堪的纳维亚可能冰后抬升了近850 m 第三章 地球的去气作用和地球演化过程中的化学平衡 第一节 地球的去气作用 1 地球的起源及早期演化 2、岩石圈形成前的去气作用3、岩石圈形成后的去气作用1 地球的起源及早期演化1.1 概述（1）地球的圆球形状，说明其肯定熔融过。（2）造成熔融的能量只能是动能、重力势能、放射能三者之一。（3）通过能量分析，造成地球熔融的能量，只能是动能。1.

15、2 吸积作用及其演化由于万有引力的作用，太阳系起源的早期，相互吸积，逐渐形成地球等九大行星和其它星体。由于吸积作用，造成地球等吸积星体的表面的熔融。1.3 放射能和重力势能对地球熔融的作用当吸积作用完成后，由于放射能和重力势能的继续作用，地球内部逐渐完成熔融，并在重力势能的作用下，完成地球内部的分层。1.4 宇宙大气的形成及演化宇宙大气，是由宇宙物质吸积形成星体时，由宇宙物质带来的以氢、氦等为主的大气。宇宙大气较轻，由于受太阳风的影响而散失。由于大量宇宙大气的太阳风散失，逐渐被地球等星体吸积熔融而生成的原始大气所代替。 2、岩石圈形成前的去气作用岩石圈形成前，宇宙大气浓度较高，大气压相当大，地

16、球熔融产生的原始大气能否从地球内部排出，决定于熔融地球的熔融深度，原始大气的量，宇宙大气的量。这种宇宙大气和原始大气的混合物质的组成，受以上因素的制约，从而达到一定的平衡。总体来说是，宇宙大气受太阳风的作用，越来越少，而原始大气，因地球熔融深度的增加，越来越多。最终，宇宙大气被原始大气所代替。3、岩石圈形成后的去气作用3.2 后期去气作用的阶段性由于地球的破裂具有阶段性，地球内部气体排出也一定具有阶段性。地球的破裂是由于冰川形成和消融造成的，所以，地球去气的阶段性，是由冰川形成和消融的阶段性决定的。3.3 影响后期去气作用的因素由于地球岩石圈形成后，地球的去气作用，主要受冰川的形成和消融的影响

17、，所以，能影响冰川形成的因素，也应是影响地球去气作用的因素。如冰川形成的周期、植物量、植物的进化程度、两极是陆地或是海洋等。第二节 地球演化过程中的pH平衡 1 地球的去气作用及其对地球的作用 2 碳系统的平衡原理3 碳平衡系统对地球的作用 4 硅系统的平衡原理5 硅平衡系统对地球的作用6 pH值的演化过程7 有机碳沉积的作用1 地球的去气作用及其对地球的作用（1）地球的海洋、大气由地球去气作用形成。（2）地球的去气气体，除水外，主要是二氧化碳，二氧化碳是温室气体，维持地球不会成为大冰球。（3）太阳的发光能力是越来越强的。（4）地球去气作用，解决了地球降温的问题，可同时带来一个不断增温的过程。

18、2 碳系统的平衡原理3 碳平衡系统对地球的作用（1）地球的CO2平衡系统，将大气中大量的CO2通过转化为碳酸钙或碳酸镁等碳酸盐岩，重新埋入地壳。这样，使大气中的CO2浓度不太高，不至于产生水气化点以上的地球表面温度。是碳平衡系统对地球的最大贡献。（2）每1摩尔CO2最后变成1摩尔埋入地壳的碳酸盐，同时产生2摩尔H+。所以 ，要将大量的CO2转化为碳酸盐岩埋入地壳，必然会产生大量的H+。 （3）地球地去气作用时，不仅排出大量的CO2，还会排出大量的HCl、HF、H2S和SO2等酸性气体，原始海洋形成时，其pH值应很低，接近于0。 （4）碳平衡系统解决了地球去气作用使大气CO2浓度继续增高的问题，

19、但同时又和地球去气造成的其它酸性气体一道，产生了一个H+增多，使水圈变酸的问题。 4 硅系统的平衡原理5 硅平衡系统对地球的作用（1）1摩尔大气中的CO2最终转化为1摩尔埋入地壳的碳酸盐岩，消耗2摩尔H+，而1摩尔硅酸盐岩风化水解，最后形成1摩尔SiO2沉淀，埋入地壳，将消耗4摩尔H+。碳平衡系统，不断产生H+，完成CO2向碳酸盐岩的转化；硅系统，不断吸收H+，完成硅酸盐岩向SiO2岩的转化。 （2）在地球演化过程中，海洋里H+浓度高时，也即pH值低时主要是硅酸盐岩风化和SiO2的沉淀；海洋里H+浓度低时，也即pH值较高时主要是CO2溶于海洋和碳酸盐的沉淀。当这两者作用相等时，pH值不变，既不

20、会有SiO2的沉淀，也不会有碳酸盐的沉淀。（3）地球上如此大量的碳酸盐岩和SiO2岩是怎样形成的呢？也就是最后一个问题，碳酸盐岩和SiO2岩形成的动力学问题。6 pH值的演化过程（1）海洋刚形成时，pH值应是比较低的，应为0.3左右 。（2）由于地壳形成的早期，pH值较低，硅酸盐岩风化迅速，SiO2不断形成，从原始海洋形成至38亿年前，经近2亿年，pH值不断增高，达5.0以上，开始有二价铁的氢氧化物沉积（因这时的大气为强还原环境，不会有三价铁的存在）（3） 由于光合作用，约25亿年前， pH值升至7.2以上，大量的碳酸盐岩开始沉淀。（4）硅酸盐风化、碳酸盐岩沉淀和光合作用，共同维持现有的海洋p

21、H值。7 有机碳沉积的作用（1）(1Gt=109t)沉积碳酸岩为6×107Gt有机物沉积为1.5×107Gt。（2）光合作用。（3）n(CH2O)= C64H63O7+xH2O+yCO2第四章 生物演化对冰川的作用及太阳系的生命第一节 生物演化对冰川的作用一、有机碳的沉积1、地球上现已沉积1.5×107GT的有机矿物质，而其实，要沉积这么多的有机沉积物，需要的实际有机物，远大于现存的沉积有机物。原因是，植物光合作用形成的有机物，在转化成矿物有机物的过程中，必须要经历一个自氧化转化的过程。2、经计算，要形成一克的矿物有机物（干酪根），必须要消耗1.9克有机物。这样算

22、过来，形成目前已有的1.5×107GT的有机矿物质，实际消耗的有机物的量为2.85×107GT。二、二氧化碳与温室效应和冰川形成的关系1、二氧化碳是最重要的温室气体，当二氧化碳等温室气体量大时，地球表面的温室效应强，地球两极不会有冰川形成。2、当二氧化碳等温室气体浓度较低时，不足以提供足够的温室效应，使地球两极的冰川熔化，就会在两极形成冰川。3、二氧化碳主要由地球的去气作用产生，主要由植物的光合作用直接或间接消耗。三、生物的演化过程1、约38亿年前出现生命；2、约35亿年前出现可进行光合作用的生物；3、约23亿年前出现真核生物；4、约6亿年前左右出现多细胞生物；5、约4亿年

23、前左右出现陆生生物；6、蕨类是真正登陆成功的生物。7、中生代开始，裸子植物出现并繁盛，白垩纪被子植物出现并繁盛。四、新元古宙以前冰川期的形成1、35亿年前的冰川的形成，与蓝藻等原核光合作用植物的光合作用有关；也与原始海洋pH升高，导致大量二氧化碳溶于海洋，大气中二氧化碳等温室气体浓度降低有关。2、27亿年前和23亿年前的冰川形成，与原核细胞植物的光合作用大量消耗二氧化碳有关。3、8-10亿年前冰川的形成，与原核细胞和真核细胞共同的光合作用有关。五、新元古冰期的形成1、新元古冰川的形成，与原核生物、真核单细胞生物和真核多细胞生物共同作用而产生。2、由于大冰期（雪球地球）的形成而导致光合作用减弱，

24、去气作用增强而导致冰川的融化。六、奥陶纪冰期的形成1、奥陶纪冰川的形成，主要巨藻的强烈光合成作用有关。2、由于食巨藻生物（如海胆等）的出现而消亡。七、石炭、二叠纪冰期的形成1、石炭、二叠纪冰川的形成，主要与蕨类植物在大陆上的繁盛有关。2、当然，海洋里的单细胞藻类、多细胞藻类，及苔藓植物也参与其中。3、由于冰川的严寒和干旱，导致大量的蕨类植物的死亡，最终这次大冰期结束。八、第四纪冰期的形成1、第四纪冰川，主要由裸子植物和被子植物等高等种子植物的繁盛而引起。2、由于光合作用产生大量氧气，由氧气的增加，大气成为富氧大气，从而导致大火濒发，使第四纪的冰川被分为很多个小冰期。3、大火是控制第四纪冰川形成

25、和消融的一个主要原因，它使热带雨林这个不耐火的植被，逐渐演化为荒漠或沙漠这些十分耐火的植被。 第五章 地球构造演化的现状 第一节 地球的形状及其变化1 人类对地球形状的认识过程中国的天方地圆亚里士多德的球形地球牛顿的地球旋转椭球体人造卫生测量的梨形地球2 地球的内部结构及固体地球的塑性地球表面是固体的岩石圈，里被包被的是准液态的软流圈，且还有液态的外核。所以地球可以看成一个固体包围的液体球。3 固体地球的形变及其证据3.1 地球南北半球非对称变化的热力学证据经热力学论据证明，南半球是热半球，北半球是冷半球；北半球是挤压半球，南半球是膨胀半球。图2 由板块绝对运动模型HS2-NUVEL1计算的地

26、球纬圈长度年变化率（L）（Gripp and Gordon, 1990）3.2 地球南北半球非对称变化的板块运动证据板块运动的证据证实了3Ma以来，南半球中纬度地区在扩张，北半球中纬度地区在收缩。3.3 地球南北半球非对称变化的空间大地测量证据空间大地测量证据证明南半球中纬度地区在扩张，北半球中纬度地区在收缩；南半球纬线变化率均为正值，即南半球纬线在拉长，说明南半球纬线圈处于拉伸状态。3.4 地球南北半球变化速率变小(南半球在减速膨胀)的证据至少近20多年来，南半球的扩张在减速，而北半球的扩张在加速。或者说，3Ma来，整体上南半球在扩张，北半球在收缩，但近代（至少是20多年来），南半球的扩张在

27、减速，而北半球的收缩也在减速。南半球在收缩，北半球在扩张。但近代南半球扩张的速度在减慢，北半球的收缩也在减慢。南半球和北半球在发生相关变化。 图3 ITRF2000 全球水平矢量图（马宗晋等，2003） 图4 全球板块边缘相对运动速率变化（金双根和朱文耀, 2003） 图5 牛顿球形粘滞体在不同方向力作用下的形变。a，一个力从y轴方向相反的方向作用于牛顿粘滞体所产生的形变；b，a图由于力的作用已产生形变后，去掉力的作用，牛顿粘滞体在恢复过程中所产生的形变；A，球形牛顿粘滞体；B，由于力的作用后所产生的形变体；x，表示x 轴及其方向；y表示y 轴及其方向；“”表示力的作用方向。4 新生代冰川的分

28、布及其变化现今,北极冰川主要集中在格陵兰岛，总体积为2.95×106km3，占全球冰川的9.1%。南极冰盖体积为29×106km3，集中了全球90%的冰川，位于南极洲上。其它冰川与冰帽的总体积为0.18±0.04×106km3，不足全球冰川总量的1%。按顺序来说，首先在南极形成南极冰川，然后，在北极形成北极冰川，最后，北极冰川消失，只剩下南极冰川 40 M a 以来全球深海底栖有孔虫氧同位素曲线(Zachos J. C., 2001) 6 北极冰川消失和南极冰川扩大的原因北极为海洋，南极为大陆，是北极冰川逐渐缩小，而南极冰川逐渐增大的主要原因。7 南极冰

29、川形成或加厚对大地水准面的影响现今地球的梨形地球，就是南极冰川对地球作用的结果。8 地球形状今后的变化趋势第二节 厄尔尼诺形成及其证据 1 厄尔尼诺和拉尼娜形成的原因2 洋中脊岩浆上涌引起厄尔尼诺的证据2.1 热力学证据较早从高温的地球内部涌出的物质，冷却时间长，热流值低；较迟涌出的物质，冷却时间短，热流值高。在一定程度上，热流值的高低，代表地内热物质从高温的地球内部涌出的先后。所以，洋中脊处，是最后从高温的地内涌出的物质凝聚成的岩石圈层。而东及东南太平洋区域洋中脊，是最最后从地内涌出的物质凝聚的岩石圈层。或者说，东太平洋区域的洋中脊，可能是现今仍在涌出地内物质的区域。同时也说明，因为纬度和目

30、前地球特有岩石圈构造的原因，东太平洋及东南太平洋洋中脊处的岩石圈，是目前最容易破裂的岩石圈。 全球热流分布（Bott, 1982） 2.2 洋中脊证据整个东及东南太平洋海域，不仅是地球上洋中脊分布最为密集的海域，且这里的洋中脊，现代扩张速度较快；而东太平洋的洋中脊，是地球现今扩张最快的洋中脊。在最近15年（1979-1996），南极中纬地区的洋中脊，每年都可能有岩浆上涌，造成每年12-14mma以上的海底扩张。 全球大洋洋底年龄（徐茂泉和陈友飞，1999） 全球板块构造及洋脊扩张率（Chemicoff and Venkatalrishnan, 1995） 2.3 冰川学证据在每个El Nino

31、年，都有大量的地内岩浆物质涌出，喷发出的大量H2S及SO2气体，进入海洋或大气，进一步氧化成H2SO4，并随着冰雪进入南极沉积下来，造成了南极冰芯的高MSA和SO42-。从以上洋中脊的活动情况分析可知，现今活动性最强的洋中脊，是东及东南太平洋海域的洋中脊。换句话说就是，历史时期东及东南太平洋洋中脊岩浆涌出与El Nino具有很好的相关性。 图7 南极地区的MSA和nssSO4-2历史时期峰值与El Nino具有很好的相关性（Legrand and Feniet-Saigne, 1991）2.4 地球扁率和自转证据在厄尔尼诺年，地球的确出现了膨胀，在非厄尔尼诺年，地球的确出现了收缩；在拉尼娜年，

32、地球收缩程度最大。 这从一个侧面证明，厄尔尼诺现象的形成，的确是因为地球膨胀，造成洋中脊扩张致使岩浆上涌，使东太平洋海水异常升温而造成的。 1982-2001年的J2×1011变化情况(Dickey et. al., 2002) 东太平洋海温变化（SST）与日长年际变化的关系（上海天文台，1995） 火山的形成及种类1、地槽形成原理 2、海洋地背斜顶部火山的形成 3、岛弧形成及其火山活动 4、地堑形成及其火山活动 地槽形成和造陆过程. A，岩石壳；B，早期沉积物；C，负压腔；D，后期沉积物；E，火山堆；F，易形成花岗岩岩浆的浅地幔；G，易形成玄武岩岩浆的深地幔；H，玄武岩；“”示火山

33、喷发.地背斜火山形成示意图。a-i，示火山形成过程。A，岩石圈；B，软流层；C，负压腔及里形成的岩浆；D，火山堆；“”示火山喷发。 岛弧后火山和山脉的形成过程. A, 大陆岩石圈; B, 流体地幔; C, 海洋岩石圈; D,海沟; E,负压腔; F,火山气体和岩浆从负压腔喷出; G,最先形成的火山堆; H-I,第二及第三次形成的火山堆; “”示火山喷发. 地堑的形成过程. a-e, 示单侧岩石圈抬升形成地堑的过程; f-j,示两侧岩石圈均抬升形成地堑的过程. A,较厚岩石圈; B,较薄岩石圈; C,软流层; D,负压腔; E,在较薄岩石圈下新形成的岩石圈; F,负压腔里岩浆; G,火山堆;“”

34、示火山喷发.第六章 火山和地震的形成及种类第一节 火山的形成及种类第二节 地震的形成及种类世界十大火山圣海伦火山 所在国家：美国 喷发时间：1980年位于华盛顿州的圣海伦火山的喷发持续了9个小时，产生了有记录以来历史上最大规模的火山残骸。57人在这场浩劫中遇难，成为美国历史上最致命的火山喷发事件。克利夫兰火山，所在国家：美国喷发时间：2006年克利夫兰火山是座活火山，位于美国阿拉斯加州中部的阿留申群岛。这张火山喷发的壮观场景是从国际太空站拍摄的。喀拉喀托火山 所在国家：印度尼西亚 喷发时间：1883年喀拉喀托火山位于爪哇岛和苏门答腊岛之间，1883年8月26日和27日连续两天喷发，据统计有3.

35、6万人在这次灾难中丧生。火山喷发的声音响彻天空，甚至在2000英里以外的澳大利亚珀斯都能听得见。自此，喀拉喀托火山一直处于活跃期，最近一次喷发是在2008年。培雷火山 所在地区：马提尼克 喷发时间：1902年培雷火山(Mount Pelée)喷发被认为是20世纪最致命的火山灾难，夺去了3万人的生命。炽热的有毒气云和火山熔浆将圣皮埃尔整座城市湮没，在全市2.8万居民中，只有两个人躲过了这场浩劫。上图是岛民惊恐地远望灾后一片烟雾的可怕景象。培雷火山喷发的烟柱持续了11天之久。塔乌鲁火山 所在国家：巴布亚新几内亚 喷发时间：2006年塔乌鲁(Tavurvur)火山喷出浓浓的灰黑色烟尘，随风

36、飘向了拉波尔小镇的上空。岛民被疏散到另一个岛上，在海滩观看塔乌鲁火山喷发的景象。过去70年，拉波尔屡次遭受火山喷发的侵袭。1994年，该省政府因火山喷发而被迫将省会迁往别处。夏威夷火山国家公园 所在国家：美国火山国家公园位于夏威夷岛，世界上最大的火山莫纳罗亚(Mauna Loa)火山和世界上最活跃的火山之一基拉韦厄(Kilauea)火山都位于这座公园内。莫纳罗亚火山最后一次喷发是在1984年，而基拉韦厄火山从1983年起就一直在向外喷射岩浆。夏威夷火山（岩浆喷发）夏威夷火山（岩浆湖）夏威夷火山（岩浆流）夏威夷火山（绳状岩）柴滕火山 所在国家：智利 喷发时间：2008年经历了9000年的平静后，

37、柴滕火山于2008年5月终于爆发了，迫使柴滕镇及附近居民集体疏散到别的地区。通古拉瓦火山 所在国家：厄瓜多尔 喷发时间：2006年2006年，通古拉瓦火山喷发后，这具肿胀的牛尸被火山灰盖得严严实实。这次灾难至少造成5人丧生，13人受伤，5个村落被火山灰和炽热熔岩所湮没。这座位于安第斯山脉的火山在1999年开始进入活跃期，持续至今。 默拉皮火山 所在国家：印度尼西亚喷发时间：2006年这个圆锥形火山自1548年起就不断喷发。数千人生活在默拉皮火山(Mount Merapi)的侧翼。在这张拍摄于2006年的照片中，当地人目睹火山喷发后不久，厚重的烟尘和熔岩在火山顶部出现。熔炉峰 所在地区：留尼汪岛

38、 喷发时间：2007年5万年来，熔炉峰(Furnace Peak)一直处于活跃期，从1640年开始，总共喷发了180次，距离现在最近的一次是在2004年。它现在是留尼汪岛最著名的景点之一。第一节 火山的形成及种类一、火山形成原理 1、岩浆及岩浆房的形成 2、岩石圈破裂的原理及洋中脊火山的形成二、具体火山的形成及种类1、岩浆及岩浆房的形成地下高温的熔融物质（800-1200）称为岩浆，岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程，称为岩浆作用。岩浆喷出地表的作用，称为喷出作用，又称为火山作用。构成地球的某点物质，是呈固态或是液态，主要由三方面的因素决定：1是该点物质的熔点，2是该点的温度，3

39、是该点的压力。因温度变化不大，该点的压力变化也太明显，形成岩浆，主要由岩浆房降压形成液态的岩浆。由于岩浆房破裂，大于地表压力的岩浆喷出地表从而形成火山喷发。2、岩石圈破裂的原理及洋中脊火山的形成冰川形成和消融，是造成地壳破裂的主要动力和原因。冰川形成，造成地球固体地球体积膨胀，地球因膨胀而导致洋中脊处破裂，从而形成洋中脊处的火山喷发。冰川消融，导致地球收缩，因地球收缩，形成地槽和地台，槽相互作用，造成地槽两侧地壳破裂，引起火山爆炸性喷发。这是最主要的火山喷发，也是常规意义上的火山喷发。二、具体火山的形成及种类1、洋中脊火山形成原理（见上面） 2、地槽形成及其火山活动 3、海洋地背斜顶部火山的形

40、成 4、岛弧形成及其火山活动 5、地堑形成及其火山活动6、地外星体撞击及其火山活动2、地槽形成及其火山活动3.1 地槽形成原理3.2 地槽底部火山的形成3.3 地槽与地台间火山的形成地槽形成和造陆过程. A，岩石壳；B，早期沉积物；C，负压腔；D，后期沉积物；E，火山堆；F，易形成花岗岩岩浆的浅地幔；G，易形成玄武岩岩浆的深地幔；H，玄武岩；“”示火山喷发.3、海洋地背斜顶部火山的形成地背斜顶部，因折褶而断裂，而造成的爆炸式火山喷发。也有大量的火山气体贮藏地背斜火山形成示意图。a-i，示火山形成过程。A，岩石圈；B，软流层；C，负压腔及里形成的岩浆；D，火山堆；“”示火山喷发。4、岛弧形成及其

41、火山活动岛弧式火山喷发，与要槽和地台间的火山喷发类似，形成原理也较相近。只是地槽的两侧均会有爆炸式火山喷发，而岛弧只一有侧而已。这是一种左右相互作用力不均匀所致。岛弧后火山和山脉的形成过程. A, 大陆岩石圈; B, 流体地幔; C, 海洋岩石圈; D,海沟; E,负压腔; F,火山气体和岩浆从负压腔喷出; G,最先形成的火山堆; H-I,第二及第三次形成的火山堆; “”示火山喷发.5、地堑形成及其火山活动地堑式火山喷发的形成基本原理，可看成是两侧形成的岛弧火山喷发和造山运动。原理与岛弧相似，但规模不及岛弧。 地堑的形成过程. a-e, 示单侧岩石圈抬升形成地堑的过程; f-j,示两侧岩石圈均

42、抬升形成地堑的过程. A,较厚岩石圈; B,较薄岩石圈; C,软流层; D,负压腔; E,在较薄岩石圈下新形成的岩石圈; F,负压腔里岩浆; G,火山堆;“”示火山喷发.第二节 地震的形成和种类1 地震的一般原理1.1 概述1.2 地壳运动 1.3 重力异常1.4 地震发生地点的判定2 不同构造运动中的地震3 地震的预测和预报3.1 水平破裂导致的地震的预测和预报3.2 垂直运动导致地震的预测和预报世界上死人最多的地震一、地中海大地震。大约1201年7月在近东和地中海东部地区的所有城市都遭地震破坏，死人最多，现有估算约达110万。二、陕西华县大地震。1556年1月23日，我国陕西华县发生8.0

43、级大地震，死亡人数达83万余人。地震有感范围达15个省（区），200多个县，波及了大半个中国。这是迄今人类历史确凿记载中死亡人数最多的一次地震。三、唐山大地震。近代地震死亡人数的最高记录是发生在1976年7月28日凌晨3点42分的中国唐山大地震(震级为7.8)。死亡数为242000人。 四、甘肃古浪大地震。1927年：甘肃古浪大地震 8级 死亡4万余人1927年5月23日，古浪发生8级地震。地震波及甘肃、青海、陕西等地。武威、塔儿庄、张义堡、黑松驿、黄羊川等地破坏极为严重。古浪县城受到严重破坏。死亡人数20万五、宁夏海原大地震，发生于1920年12月16日。地震震级为8.5级，震中烈度度,有感

44、范围远达上海、北京、汕头、香港，甚至越南海防的摆钟也因此停摆。地震时震中区出现了长达200多公里的断层带,走向为北西北西西，主要是左旋平推错动，也有垂直向错动。这次地震是中国第一次用现代科学观点进行调查的一次，它促使中国地学工作者开始研究中国地震。死亡人数18万。六、日本关东大地震。1923年9月1日，日本关东地区发生7.9级（8.2级）强烈地震。地震灾区包括东京、神奈川、千叶、静冈、山梨等地，地震造成15万人丧生，200多万人无家可归，财产损失65亿日元。1 地震的一般原理1.1 概述地震，是由于地壳水平或垂直方面上的剧烈运动，所造成的地震动。地震也就是因为地壳断裂，使构造运动的能量在短时间

45、内释放，从而造成地震动。地震动会造成地表建筑物及矿井破坏，给人类的生命和财产造成巨大损失。1.2地壳运动地壳的运动，主要水平运动和垂直运动两种，这两种运动中，只要有能量的贮备，就有可能造成能量在短时间内释放，从而造成地震。1.3重力异常重力异常，是垂直运动常引起的一种地质参量的变化，也是构造运动可供观察的重要指标。1.4地震发生地点的判定地震地点的，主要由地壳的运动来判断，地壳运动异常点，往往是地震的濒发点。地壳运动的功能贮备点，就是地震常发点。主要根据地壳的相对运动规律来判断地震的发震点。2 不同构造运动中的地震2.1 洋中脊式地震的形成洋中脊式地震是冰川形成造成地球膨胀，引起洋中脊处地壳破

46、裂而造成。2.2 地槽形成过程中地震的形成2.3 海岭顶部地震的形成2.4 岛弧式地震的形成2.5 地堑式地震的形成2.6 撞击式地震的形成2.7 人致地震2.7.1 水库地震的形成2.7.2 矿山地震的形成2.2 地槽形成过程中地震的形成2.2 地槽形成过程中地震的形成2.2.1 地槽底式地震的形成这是一种深层地震，对人类的影响不大。2.2.2 地槽与地台间地震的形成这是常造成自然灾害的地震。也是对地球演化作用较大的地震或构造运动。是造山运动的必然。图1. 地槽形成和造陆过程. A，岩石壳；B，早期沉积物；C，负压腔；D，后期沉积物；E，火山堆；F，易形成花岗岩岩浆的浅地幔；G，易形成玄武岩

47、岩浆的深地幔；H，玄武岩；“”示火山喷发; “”，地震发生处.2.3 海岭顶部地震的形成这是一种海洋地震，对人类的生活影响较小 图2 海岭地震形成示意图。a-i，示火山形成过程。A，岩石圈；B，软流层；C，负压腔及里形成的岩浆；D，火山堆；“”示火山喷发; “”，地震发生处。2.4 岛弧式地震的形成这又是一种重要的、对人类常造成巨大损失的地震。图3. 岛弧后火山和山脉的形成过程. A, 大陆岩石圈; B, 流体地幔; C, 海洋岩石圈; D,海沟; E,负压腔; F,火山气体和岩浆从负压腔喷出; G,火山堆; H,逆冲断层发生处; “”示火山喷发； “”,地震发生处.2.5 地堑式地震的形成地

48、堑形成过程中形成的地壳断裂而引发的地震。这种地震也常是浅源地震。图4. 地堑的形成过程. a-e, 示单侧岩石圈抬升形成地堑的过程; f-j,示两侧岩石圈均抬升形成地堑的过程. A,较厚岩石圈; B,较薄岩石圈; C,软流层; D,负压腔; E,在较薄岩石圈下新形成的岩石圈; F,负压腔里岩浆; G,火山堆;“”示火山喷发; “”，地震发生处.2.6 撞击式地震的形成1、41-39亿年前地球的主要地震，是外星体撞击地球而造成的地震。震级大小由撞击地球时的外星体大小和撞击速度决定，主要为浅源地震。2、在地球还没有形成冰川之前，地球还没有自己的构造运动，这时的地震，主要是撞击地震。地球形成早期，外

49、星体撞击比较频繁，会产生很多的撞击地震。地球形成的后期，还是会有外星体撞击地球，但频率大为减小，地球的地震，主要为冰川的形成和消融而造成的自己特有的构造地震。人类出现后，由于人类的活动，又有了水库地震等诱发地震。 2.7 人致地震水库地震和矿山地震，规模虽然不大，但对人类的生命财产常能造成巨大损失。2.7.1 水库地震的形成2.7.2 矿山地震的形成3 地震的预测和预报3.1 水平破裂导致的地震的预测和预报3.2 垂直运动导致地震的预测和预报第七章 地球演化对矿藏形成的影响第一节 地球演化对前寒武纪成矿的影响1 pH演化原理2 溶矿作用 3 成矿作用 4 前寒武纪矿床变质的原因 1 pH演化原

50、理1.1 地球去气作用的降pH作用1.2 硅系统的升pH作用1.3 碳系统对pH的调节作用1.1 地球去气作用的降pH作用地球去气作用排出的二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等酸性气体，冷凝后形成的液体，或溶解于水后形成的液体，pH值相当低，可达0.3甚至0。地球的大气，除氧气外，都是由去气气体形成的；地球的海洋水，也是由去气气体形成的。所以，由去气气体形成的海洋，pH相当低。当海洋形成后，pH值已升高，若有大量的去气气体排出，也会使局部的pH值降低。1.2 硅系统的升pH作用在低pH环境里，构成地球的主要物质硅酸盐岩酸解风化，最终变为二氧化硅。每一分子硅酸盐最终变为二氧化硅，将消耗4

51、分子氢离子。所以，当大量的硅酸盐风化分解，将消耗大量的氢离子，使海洋pH值升高。这也是海洋pH值升高的一个主要原因。硅系统的平衡原理 1.3 碳系统对pH的调节作用在碳系统的缓冲范围内，当pH升高时，二氧化碳逐渐转化为碳酸盐沉淀；二氧化碳转化为碳酸盐时，将释放出大量氢离子。这些释放的氢离子，将使海洋的pH得到缓冲（下降）。当pH值下降时，沉淀的碳酸盐将溶解，并逐渐转化为二氧化碳。碳酸盐转化为二氧化碳时，将消耗大量的氢离子。大量的氢离子的消耗，将使pH得到缓冲（上升）。碳系统的平衡原理 2 溶矿作用2.1 原始海洋的溶矿作用2.2 大陆地壳形成后的去气作用造成的溶矿作用2.1 原始海洋的溶矿作用

52、由于刚形成的海洋，pH值相当低，具有强烈的溶解硅酸盐的作用。所以，pH值接近0的原始海洋一旦形成，就会对海底具有强烈的溶解作用。硅酸根，最终转化为二氧化硅；硅酸盐里金属离子，则被电离出来，溶解于原始海洋中。这样，原始海洋中的各种金属离子浓度越来越高，为今后的成矿作好了物质准备。2.2 大陆地壳形成后的去气作用造成的溶矿作用大陆地壳形成后，去气作用造成的pH值降低，也会造成一定的溶矿作用。这种溶矿作用在局部作用，造成pH值相当低，也会有强的溶矿作用。 3 成矿作用3.1 条带式硅铁质的沉积3.2 其它矿质的沉积3.3 pH值影响矿质沉积的一般规律 3.1 条带式硅铁质的沉积铁是地球里含量仅次于氧

53、和硅的物质。当pH值低于3里，所有的铁均处于溶解状态。随着pH值的升高，铁最先大量沉淀出来。但是，当地球的去气作用加强时，pH值降低，将会造成二氧化硅的沉淀。这样，就会造成在地球起源的早期，大量的硅和铁的交替沉淀，这就是条带式硅铁质的沉积。3.2 其它矿质的沉积由于铁的含量最大，所以，太古宙主要形成的是硅铁质条带式沉积，但其它金属，在这次成矿作用中，也会得到一定的富积，只是因为其它金属的含量太微，虽然经过次富积，仍难达到矿藏的标准，尚不能称之为矿床。但金、铀等贵金属，虽然含量仍然较低，但也能形成一定量的矿床。3.3 pH值影响矿质沉积的一般规律随着前寒武纪pH值的逐渐升高，不同金属元素，逐渐沉淀下来。逐渐富积而形成不同的矿床。4 前寒武纪矿床变质的原因前寒武纪的地壳，在地球的演化过程中，都会逐渐经褶折而形成陆地岩石圈。沉淀在地壳上的各种矿床，也会随着岩石圈褶折而褶折。所以，前寒武纪的矿床，均为变质矿床。 1 地球的去气作用2 岩浆与去气气体的形成3 矿体pH演化机理4 溶矿作用 5 成矿作用第二节 热液矿床成因1 地球的去气作用1.1 地球具有去气作用1.2 地球去气作用与火山喷发和地震有关2 岩浆与