地球的起源(上)

PAGEPAGE5地球的起源（上）目錄1.前言22.地球特征22.1地球的轉(zhuǎn)動(dòng)、形狀、大小和結(jié)構(gòu)22.2地球的表面形態(tài)52.3地球的一些活動(dòng)現(xiàn)象92.4有關(guān)地學(xué)的理論和假說(shuō)123.地球的成因183.1地球的成因183.2地球成為太陽(yáng)系的行星193.3地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)204.地殼運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生204.1概念和動(dòng)力來(lái)源204.2模擬試驗(yàn)214.3地球自轉(zhuǎn)離心力導(dǎo)致地殼各區(qū)塊向赤道方向運(yùn)動(dòng)225.地表構(gòu)造形態(tài)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問(wèn)題的提出1978年——1981年，作者在長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院地質(zhì)系讀書時(shí)，學(xué)習(xí)《地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》、《地質(zhì)力學(xué)》、《構(gòu)造學(xué)》等等課程，就向老師請(qǐng)教：地球是怎么形成的？地球?yàn)槭裁磿?huì)轉(zhuǎn)？地震、地磁、火山是怎么形成的？地殼為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)……？時(shí)至今日，這些問(wèn)題仍然是問(wèn)題。無(wú)論是從事地學(xué)教育、地學(xué)科研、地質(zhì)生產(chǎn)工作，這些問(wèn)題是不能回避的。1.2地學(xué)和天文學(xué)應(yīng)結(jié)合地球是太陽(yáng)系的一顆普通行星，是宇宙中的一個(gè)普通天體。地學(xué)的上述問(wèn)題的答案與太陽(yáng)系的成因，與宇宙奧秘是連在一起的。在以往的教學(xué)和科研中，地學(xué)和天文學(xué)是分離的。地學(xué)只限于腳下的地球，天文學(xué)只是仰望頭上的天空。離開太陽(yáng)系，地球就是宇宙中的一顆孤星，地球上的所有物質(zhì)都是宇宙物質(zhì)。地學(xué)僅僅限于地球，將是“一足”之見。地球是人類踩在腳下，生存其上的宇宙天體、太陽(yáng)系的行星。天文學(xué)的研究若不顧地球，將是無(wú)“基”只談。地學(xué)和天文學(xué)應(yīng)充分結(jié)合，完成星球、星系起源和宇宙奧秘的使命。1.3科學(xué)研究工作程序科學(xué)的研究工作一般遵循以下程序：=1\*GB3①、收集資料收集資料包括前人已有資料，也包括自己調(diào)查資料和實(shí)驗(yàn)資料，既要收集本學(xué)科資料，也要收集相關(guān)學(xué)科資料。根據(jù)所要研究的課題和所要解決的問(wèn)題，盡可能詳盡、客觀和系統(tǒng)地收集各種有關(guān)的數(shù)據(jù)、樣品和其它資料。=2\*GB3②、歸納、綜合和推論，提出理論或假說(shuō)對(duì)所收集的資料進(jìn)行加工整理、歸納、綜合，并利用科學(xué)的研究方法和原理，作出符合客觀實(shí)際的推論，提出理論或假說(shuō)。=3\*GB3③、檢查驗(yàn)證通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)或檢驗(yàn)推論是否正確，并在實(shí)踐的過(guò)程中不斷地修正錯(cuò)誤，提高認(rèn)識(shí)，總結(jié)規(guī)律。由于不能用實(shí)驗(yàn)的方法將地球的成因、發(fā)展和演化做出來(lái)，只能提出一些假說(shuō)。對(duì)假說(shuō)進(jìn)行比較分析，哪一個(gè)假說(shuō)能更多和全面解釋所研究對(duì)象的特征，這個(gè)假說(shuō)就接近真理。2.地球特征要探討地球的成因就必須認(rèn)識(shí)地球了解其特征，也就是收集和整理地球資料。2.1地球的轉(zhuǎn)動(dòng)、形狀、大小和結(jié)構(gòu)2.1.1地球的轉(zhuǎn)動(dòng)地球是一顆傾斜在軌道上自轉(zhuǎn)和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的行星，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道面叫做黃道面，地球的赤道面同黃道面的夾角為23°26′，圖2-1-1是地球傾斜在軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖。(2)、印度洋海底地形圖2-2-2是印度洋海底地形構(gòu)造圖。印度洋海底地形具有以下特點(diǎn)：=1\*GB3①其山脈和構(gòu)造帶呈“人”字形分布，“人”字頭部指向赤道；=2\*GB3②海底山脈發(fā)生向北即赤道方向平移錯(cuò)動(dòng)；=3\*GB3③在低緯度赤道附近構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)強(qiáng)烈。圖2-(3)、大西洋海底地形圖2-2-3是大西洋海底地形圖。大西洋海底地形具有以下特點(diǎn)：=1\*GB3①海底地形復(fù)雜，有眾多的海脊和海盆；=2\*GB3②北大西洋和南大西洋海底地形有所不同，可以分為北大西洋海底地形和南大西洋海底地形兩大部分；=3\*GB3③所謂的大西洋海脊沒有相互連接，分為北大西洋海脊和南大西洋海脊，這兩大海脊在赤道附近各自彎曲，兩者相距近千公里；=4\*GB3④大西洋中的海脊有多條彎曲呈弧狀，在弧的內(nèi)側(cè)為廣闊的海盆，海盆的外側(cè)為海脊。2.2.2、陸地地形(1)、歐亞大陸地形圖2-1-4是世界地形圖，歐亞大陸地形具有以下特點(diǎn)：=1\*GB3①世界最高的山峰位于歐亞大陸的喜馬拉雅山的珠穆朗瑪峰，海拔8848米；=2\*GB3②山脈呈弧狀，弧凸向赤道，在弧的內(nèi)側(cè)為廣闊的平原，平原之中分布一條南北向的山脈即烏拉爾山脈。圖2-(2)、北美洲和南美洲地形北美洲和南美洲的山脈位于西部，同太平洋相鄰。山脈也存在弧形彎曲，在低緯度近赤道附近彎曲度大，高緯度彎曲度小。在彎曲山脈的內(nèi)側(cè)為廣闊的平原。通過(guò)河流的分布和流向可以看出，在平原內(nèi)分布低矮隆起或丘陵。(3)、非洲地形非洲的山脈位于東部，在低緯度也存在弧形彎曲，弧凸向陸地，弧的內(nèi)側(cè)為海盆。2.2.3、海洋地形和陸地地形的共同特點(diǎn)(1)、在低緯度的隆起、高原或山脈呈弧形，而且彎曲度大；(2)、在呈弧形彎曲的隆起、高原或山脈的內(nèi)側(cè)是開闊的平原或海盆；(3)、在開闊的平原或海盆內(nèi)分布有隆起和山脈；(4)、各大陸和大洋的面積大小不同，形狀不同，高低緯度位置不同，其地形地貌各有特點(diǎn)；(5)、東太平洋高原、印度洋和大西洋的海脊在南極海底相連。圖2-1-42.3地球的一些活動(dòng)現(xiàn)象2.3.1地球的磁性地球是有磁性的，簡(jiǎn)稱叫做地磁，磁針能指明地磁南北兩極。地理兩極和地磁兩極不在一個(gè)位置。目前北半球的磁極位于北緯70°50′和西經(jīng)100°50′的點(diǎn)上，該點(diǎn)位于加拿大北瑟斯島，南半球的磁極位于南緯66°20′和東經(jīng)140°的點(diǎn)上，該點(diǎn)在南極。地磁子午線即磁針在某點(diǎn)水平面上所指的方向與地理子午線有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角叫做磁偏角。在火山巖和沉積巖形成過(guò)程中，一些能被地磁場(chǎng)磁化的礦物，在它們的成巖過(guò)程中就保留了當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)情況。通過(guò)古地磁研究，現(xiàn)在已經(jīng)證明地磁在地質(zhì)歷史時(shí)期中多次發(fā)生磁極倒轉(zhuǎn)。圖2-3-1是大西洋脊一個(gè)位置的古地磁測(cè)量成果圖，圖中黑色部分是正磁異常，白色部分是負(fù)磁異常。圖2-3-2是地磁極反向與正向年代圖。地磁不僅在地質(zhì)歷史中發(fā)生極性變化，而且在現(xiàn)在，地磁強(qiáng)度在地球上各處是不相同的。圖3-3-3是全球地磁場(chǎng)強(qiáng)度圖。圖2-3-1圖2-3-4地磁北極光照片圖2-3-2圖2-3-3地球的磁場(chǎng)和太陽(yáng)黑子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度相差上萬(wàn)倍。太陽(yáng)所發(fā)生的磁爆給地球磁場(chǎng)造成相當(dāng)大的影響。在迎著太陽(yáng)方向，地球的磁場(chǎng)能向外延伸5萬(wàn)公里；在背著太陽(yáng)的方向，地球磁場(chǎng)能向外延伸10萬(wàn)多公里。在地磁兩極，由于地磁場(chǎng)捕獲高能電子，這種高能電子在地磁場(chǎng)兩極產(chǎn)生極光現(xiàn)象。在南極的叫南極光，在北極的叫北極光，見圖2-3-4。這是磁場(chǎng)和電子的作用，除了產(chǎn)生光外，能否產(chǎn)生熱量呢？還沒有見到這方面的資料。2.3.2地震在地球內(nèi)任何一部位發(fā)生的快速顫動(dòng)叫做地震。(1)、地震的破壞1976年7月28日中國(guó)唐山發(fā)生7.8級(jí)大地震，造成近25萬(wàn)人死亡；2008年5月12日中國(guó)汶川發(fā)生8.0級(jí)大地震，造成近10萬(wàn)人死亡；2010年4月14日中國(guó)玉樹發(fā)生7.1級(jí)大地震，造成2千多人死亡。這些地震都給人類造成巨大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。圖2圖2-3-5(2)、地震在地球縱方向的分布通過(guò)地震儀的記錄，在地球上每年發(fā)生500多萬(wàn)次地震，見表3-3-1。表3-3-1地震震級(jí)與地震次數(shù)統(tǒng)計(jì)表地震震級(jí)8.0-8.97.0-7.96.0-6.95.0-5.94.0-4.93.0-3.92.5-2.9＜2.5地震次數(shù)1181208006,20049,000100,0004,850,000地震大多數(shù)發(fā)生在地下5-20公里的地殼范圍，有的地震震源深度可達(dá)地下700多公里。圖2-3-6是地球部分地區(qū)震源深度剖面圖。圖3-3-6中國(guó)東北——(3)、震中在地球表面的分布在地球上，絕大多數(shù)地震發(fā)生在大洋海脊、大洋邊緣和陸地山脈強(qiáng)彎曲地帶，圖2-3-7是世界地震震中分布圖。圖2-3-72.3.3火山與巖漿活動(dòng)人類已目矚了地球上火山噴發(fā)的壯觀景象，以及火紅的巖漿從地下涌出的驚人場(chǎng)景。2010年4月14日冰島第五大冰川——埃亞菲亞德拉冰蓋冰川下一座火山發(fā)生噴發(fā)，火山煙塵橫掃歐洲，迫使許多機(jī)場(chǎng)關(guān)閉，航班取消。每天給歐洲航空業(yè)造成1.47億歐元(約合2億美元)損失。圖2-3-8是圖2-3-82.3.4地殼活動(dòng)地殼活動(dòng)導(dǎo)致巖層、地層發(fā)生彎曲或產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)和裂開，這些地殼活動(dòng)所形成痕跡，在野外的巖層和地層中常常能看到：圖2-3-9是復(fù)式褶皺照片，圖2-3-10是單式褶皺照片，圖2-3-11和圖2-3-12是巖層錯(cuò)動(dòng)照片。圖2-3-9復(fù)式褶皺照片圖2-3-1圖2-3-11巖層錯(cuò)動(dòng)照片圖2-3-12.4有關(guān)地學(xué)的理論和假說(shuō)2.4.1收縮說(shuō)在十六世紀(jì)，意大利天文學(xué)家布魯諾提出：地球上產(chǎn)生的巖層彎曲是由于地球收縮引起的。地球好比一個(gè)蘋果干了，蘋果皮就會(huì)發(fā)生收縮和褶皺。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球原來(lái)呈熔融體狀態(tài)，由于散熱冷卻發(fā)生凝固形成地殼。后來(lái)這個(gè)學(xué)說(shuō)隨著星云學(xué)說(shuō)的興起而得到了發(fā)展。圖2-4-1是該學(xué)說(shuō)地球收縮機(jī)制示意剖面圖。圖2-4-12.4.2膨脹說(shuō)膨脹學(xué)說(shuō)是依據(jù)物質(zhì)的相變?cè)矶岢鰜?lái)的。在地殼下層是玄武巖，而在地幔上部是橄欖巖。這兩種巖石的化學(xué)成分大體相同。但是玄武巖比橄欖巖密度小體積大。兩種巖石可以相互轉(zhuǎn)化，在高溫高壓下形成橄欖巖，在相對(duì)低溫低壓下形成玄武巖。當(dāng)?shù)厍虻臏囟冉档蜁r(shí)，橄欖巖會(huì)轉(zhuǎn)變形成玄武巖，因此地殼體積增大密度變小。所以該學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球不是在收縮，而是在膨脹。膨脹作用使地球表面產(chǎn)生張性裂口，以及裂口之間地塊的相互擠壓，這樣地球表面就形成了巖層的彎曲發(fā)生褶皺和斷裂。由于地球熱量的不均衡以及各部分物質(zhì)的不均衡，也必將產(chǎn)生差異的擠壓和斷裂。2.4.3均衡說(shuō)從圖2-4-2Ａ我們知道，將相同截面面積和相同重量而密度不同的三塊物體放到液體中，三塊物體在液體里都處在一個(gè)平面上，但露出液體面的高度不同，密度小的比密度大的物體高于液體面。從圖2-4-2Ｂ我們知道，在相同截面和相同密度下，將三塊重量不同的物體放入液體中，重量大的物體在液體中比其它兩塊深，這就是物體在液體中的均衡現(xiàn)象。均衡學(xué)說(shuō)認(rèn)為：當(dāng)?shù)厍虮砻娴母呱皆陲L(fēng)化作用下被剝蝕變低了，剝蝕掉的物質(zhì)被搬運(yùn)到低洼處沉積下來(lái)（見圖2-4-2Ｃ），為了保持均衡，被剝蝕變低的地方就會(huì)抬升，而接受剝蝕物的低洼處就會(huì)下降，以此來(lái)保持均衡，由于抬升和下降，從而引起地殼運(yùn)動(dòng)。圖2-4-22.4.4板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)這門學(xué)說(shuō)是現(xiàn)在地學(xué)的主流學(xué)說(shuō)，受到眾多地學(xué)界人士的認(rèn)可。這門學(xué)說(shuō)的前身是大陸漂移學(xué)說(shuō)，進(jìn)一步發(fā)展為海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)，最后成為板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)。1910年，德國(guó)氣象學(xué)家魏格納患病在床上，他發(fā)現(xiàn)掛在墻上的世界地圖，大西洋兩岸的輪廓竟是如此地相對(duì)應(yīng)，因此在他的腦海里就形成了非洲大陸和南美洲大陸在地質(zhì)時(shí)期里曾經(jīng)是在一起的，大西洋是后來(lái)從這兩個(gè)大陸中間形成的，發(fā)生了大陸漂移。后來(lái)，魏格納又從古生物上尋找大陸漂移的證據(jù)。在大西洋兩岸大陸相對(duì)應(yīng)的一些位置，有相同的古生物群分布。在大陸漂移學(xué)說(shuō)提出之前，有人提出陸橋?qū)W說(shuō)來(lái)解釋這些古生物群相似或相同的現(xiàn)象。除從大西洋兩岸陸地存在的古生物上獲得支持大陸漂移的證據(jù)外，魏格納又從大西洋兩岸陸地對(duì)應(yīng)的地層巖石和地質(zhì)構(gòu)造上尋找大陸漂移的證據(jù)。從所搜集到的這些資料，對(duì)大陸漂移學(xué)說(shuō)起到了一定的有利證明作用。在古冰川學(xué)研究方面所取