地球的起源(上)

PAGEPAGE5地球的起源（上）目录1.前言22.地球特征22.1地球的转动、形状、大小和结构22.2地球的表面形态52.3地球的一些活动现象92.4有关地学的理论和假说123.地球的成因183.1地球的成因183.2地球成为太阳系的行星193.3地球内部运动204.地壳运动的产生204.1概念和动力来源204.2模拟试验214.3地球自转离心力导致地壳各区块向赤道方向运动225.地表构造形态的成因226.地磁、地震、火山的成因256.1地磁成因256.2地震的成因266.3火山的成因281.前言1.1问题的提出1978年——1981年，作者在长春地质学院地质系读书时，学习《地质学基础》、《地质力学》、《构造学》等等课程，就向老师请教：地球是怎么形成的？地球为什么会转？地震、地磁、火山是怎么形成的？地壳为什么会运动……？时至今日，这些问题仍然是问题。无论是从事地学教育、地学科研、地质生产工作，这些问题是不能回避的。1.2地学和天文学应结合地球是太阳系的一颗普通行星，是宇宙中的一个普通天体。地学的上述问题的答案与太阳系的成因，与宇宙奥秘是连在一起的。在以往的教学和科研中，地学和天文学是分离的。地学只限于脚下的地球，天文学只是仰望头上的天空。离开太阳系，地球就是宇宙中的一颗孤星，地球上的所有物质都是宇宙物质。地学仅仅限于地球，将是“一足”之见。地球是人类踩在脚下，生存其上的宇宙天体、太阳系的行星。天文学的研究若不顾地球，将是无“基”只谈。地学和天文学应充分结合，完成星球、星系起源和宇宙奥秘的使命。1.3科学研究工作程序科学的研究工作一般遵循以下程序：=1\*GB3①、收集资料收集资料包括前人已有资料，也包括自己调查资料和实验资料，既要收集本学科资料，也要收集相关学科资料。根据所要研究的课题和所要解决的问题，尽可能详尽、客观和系统地收集各种有关的数据、样品和其它资料。=2\*GB3②、归纳、综合和推论，提出理论或假说对所收集的资料进行加工整理、归纳、综合，并利用科学的研究方法和原理，作出符合客观实际的推论，提出理论或假说。=3\*GB3③、检查验证通过生产实践或科学实验来证实或检验推论是否正确，并在实践的过程中不断地修正错误，提高认识，总结规律。由于不能用实验的方法将地球的成因、发展和演化做出来，只能提出一些假说。对假说进行比较分析，哪一个假说能更多和全面解释所研究对象的特征，这个假说就接近真理。2.地球特征要探讨地球的成因就必须认识地球了解其特征，也就是收集和整理地球资料。2.1地球的转动、形状、大小和结构2.1.1地球的转动地球是一颗倾斜在轨道上自转和绕太阳公转的行星，地球绕太阳公转的轨道面叫做黄道面，地球的赤道面同黄道面的夹角为23°26′，图2-1-1是地球倾斜在轨道上转动的示意图。(2)、印度洋海底地形图2-2-2是印度洋海底地形构造图。印度洋海底地形具有以下特点：=1\*GB3①其山脉和构造带呈“人”字形分布，“人”字头部指向赤道；=2\*GB3②海底山脉发生向北即赤道方向平移错动；=3\*GB3③在低纬度赤道附近构造错动强烈。图2-(3)、大西洋海底地形图2-2-3是大西洋海底地形图。大西洋海底地形具有以下特点：=1\*GB3①海底地形复杂，有众多的海脊和海盆；=2\*GB3②北大西洋和南大西洋海底地形有所不同，可以分为北大西洋海底地形和南大西洋海底地形两大部分；=3\*GB3③所谓的大西洋海脊没有相互连接，分为北大西洋海脊和南大西洋海脊，这两大海脊在赤道附近各自弯曲，两者相距近千公里；=4\*GB3④大西洋中的海脊有多条弯曲呈弧状，在弧的内侧为广阔的海盆，海盆的外侧为海脊。2.2.2、陆地地形(1)、欧亚大陆地形图2-1-4是世界地形图，欧亚大陆地形具有以下特点：=1\*GB3①世界最高的山峰位于欧亚大陆的喜马拉雅山的珠穆朗玛峰，海拔8848米；=2\*GB3②山脉呈弧状，弧凸向赤道，在弧的内侧为广阔的平原，平原之中分布一条南北向的山脉即乌拉尔山脉。图2-(2)、北美洲和南美洲地形北美洲和南美洲的山脉位于西部，同太平洋相邻。山脉也存在弧形弯曲，在低纬度近赤道附近弯曲度大，高纬度弯曲度小。在弯曲山脉的内侧为广阔的平原。通过河流的分布和流向可以看出，在平原内分布低矮隆起或丘陵。(3)、非洲地形非洲的山脉位于东部，在低纬度也存在弧形弯曲，弧凸向陆地，弧的内侧为海盆。2.2.3、海洋地形和陆地地形的共同特点(1)、在低纬度的隆起、高原或山脉呈弧形，而且弯曲度大；(2)、在呈弧形弯曲的隆起、高原或山脉的内侧是开阔的平原或海盆；(3)、在开阔的平原或海盆内分布有隆起和山脉；(4)、各大陆和大洋的面积大小不同，形状不同，高低纬度位置不同，其地形地貌各有特点；(5)、东太平洋高原、印度洋和大西洋的海脊在南极海底相连。图2-1-42.3地球的一些活动现象2.3.1地球的磁性地球是有磁性的，简称叫做地磁，磁针能指明地磁南北两极。地理两极和地磁两极不在一个位置。目前北半球的磁极位于北纬70°50′和西经100°50′的点上，该点位于加拿大北瑟斯岛，南半球的磁极位于南纬66°20′和东经140°的点上，该点在南极。地磁子午线即磁针在某点水平面上所指的方向与地理子午线有一个夹角，这个夹角叫做磁偏角。在火山岩和沉积岩形成过程中，一些能被地磁场磁化的矿物，在它们的成岩过程中就保留了当时的地磁场情况。通过古地磁研究，现在已经证明地磁在地质历史时期中多次发生磁极倒转。图2-3-1是大西洋脊一个位置的古地磁测量成果图，图中黑色部分是正磁异常，白色部分是负磁异常。图2-3-2是地磁极反向与正向年代图。地磁不仅在地质历史中发生极性变化，而且在现在，地磁强度在地球上各处是不相同的。图3-3-3是全球地磁场强度图。图2-3-1图2-3-4地磁北极光照片图2-3-2图2-3-3地球的磁场和太阳黑子所产生的磁场强度相差上万倍。太阳所发生的磁爆给地球磁场造成相当大的影响。在迎着太阳方向，地球的磁场能向外延伸5万公里；在背着太阳的方向，地球磁场能向外延伸10万多公里。在地磁两极，由于地磁场捕获高能电子，这种高能电子在地磁场两极产生极光现象。在南极的叫南极光，在北极的叫北极光，见图2-3-4。这是磁场和电子的作用，除了产生光外，能否产生热量呢？还没有见到这方面的资料。2.3.2地震在地球内任何一部位发生的快速颤动叫做地震。(1)、地震的破坏1976年7月28日中国唐山发生7.8级大地震，造成近25万人死亡；2008年5月12日中国汶川发生8.0级大地震，造成近10万人死亡；2010年4月14日中国玉树发生7.1级大地震，造成2千多人死亡。这些地震都给人类造成巨大伤亡和财产损失。图2图2-3-5(2)、地震在地球纵方向的分布通过地震仪的记录，在地球上每年发生500多万次地震，见表3-3-1。表3-3-1地震震级与地震次数统计表地震震级8.0-8.97.0-7.96.0-6.95.0-5.94.0-4.93.0-3.92.5-2.9＜2.5地震次数1181208006,20049,000100,0004,850,000地震大多数发生在地下5-20公里的地壳范围，有的地震震源深度可达地下700多公里。图2-3-6是地球部分地区震源深度剖面图。图3-3-6中国东北——(3)、震中在地球表面的分布在地球上，绝大多数地震发生在大洋海脊、大洋边缘和陆地山脉强弯曲地带，图2-3-7是世界地震震中分布图。图2-3-72.3.3火山与岩浆活动人类已目瞩了地球上火山喷发的壮观景象，以及火红的岩浆从地下涌出的惊人场景。2010年4月14日冰岛第五大冰川——埃亚菲亚德拉冰盖冰川下一座火山发生喷发，火山烟尘横扫欧洲，迫使许多机场关闭，航班取消。每天给欧洲航空业造成1.47亿欧元(约合2亿美元)损失。图2-3-8是图2-3-82.3.4地壳活动地壳活动导致岩层、地层发生弯曲或产生错动和裂开，这些地壳活动所形成痕迹，在野外的岩层和地层中常常能看到：图2-3-9是复式褶皱照片，图2-3-10是单式褶皱照片，图2-3-11和图2-3-12是岩层错动照片。图2-3-9复式褶皱照片图2-3-1图2-3-11岩层错动照片图2-3-12.4有关地学的理论和假说2.4.1收缩说在十六世纪，意大利天文学家布鲁诺提出：地球上产生的岩层弯曲是由于地球收缩引起的。地球好比一个苹果干了，苹果皮就会发生收缩和褶皱。该学说认为地球原来呈熔融体状态，由于散热冷却发生凝固形成地壳。后来这个学说随着星云学说的兴起而得到了发展。图2-4-1是该学说地球收缩机制示意剖面图。图2-4-12.4.2膨胀说膨胀学说是依据物质的相变原理而提出来的。在地壳下层是玄武岩，而在地幔上部是橄榄岩。这两种岩石的化学成分大体相同。但是玄武岩比橄榄岩密度小体积大。两种岩石可以相互转化，在高温高压下形成橄榄岩，在相对低温低压下形成玄武岩。当地球的温度降低时，橄榄岩会转变形成玄武岩，因此地壳体积增大密度变小。所以该学说认为地球不是在收缩，而是在膨胀。膨胀作用使地球表面产生张性裂口，以及裂口之间地块的相互挤压，这样地球表面就形成了岩层的弯曲发生褶皱和断裂。由于地球热量的不均衡以及各部分物质的不均衡，也必将产生差异的挤压和断裂。2.4.3均衡说从图2-4-2Ａ我们知道，将相同截面面积和相同重量而密度不同的三块物体放到液体中，三块物体在液体里都处在一个平面上，但露出液体面的高度不同，密度小的比密度大的物体高于液体面。从图2-4-2Ｂ我们知道，在相同截面和相同密度下，将三块重量不同的物体放入液体中，重量大的物体在液体中比其它两块深，这就是物体在液体中的均衡现象。均衡学说认为：当地球表面的高山在风化作用下被剥蚀变低了，剥蚀掉的物质被搬运到低洼处沉积下来（见图2-4-2Ｃ），为了保持均衡，被剥蚀变低的地方就会抬升，而接受剥蚀物的低洼处就会下降，以此来保持均衡，由于抬升和下降，从而引起地壳运动。图2-4-22.4.4板块构造学说这门学说是现在地学的主流学说，受到众多地学界人士的认可。这门学说的前身是大陆漂移学说，进一步发展为海底扩张学说，最后成为板块构造学说。1910年，德国气象学家魏格纳患病在床上，他发现挂在墙上的世界地图，大西洋两岸的轮廓竟是如此地相对应，因此在他的脑海里就形成了非洲大陆和南美洲大陆在地质时期里曾经是在一起的，大西洋是后来从这两个大陆中间形成的，发生了大陆漂移。后来，魏格纳又从古生物上寻找大陆漂移的证据。在大西洋两岸大陆相对应的一些位置，有相同的古生物群分布。在大陆漂移学说提出之前，有人提出陆桥学说来解释这些古生物群相似或相同的现象。除从大西洋两岸陆地存在的古生物上获得支持大陆漂移的证据外，魏格纳又从大西洋两岸陆地对应的地层岩石和地质构造上寻找大陆漂移的证据。从所搜集到的这些资料，对大陆漂移学说起到了一定的有利证明作用。在古冰川学研究方面所取