地球科學(xué)課件

地球科學(xué)

第一章地球的形成與結(jié)構(gòu)

背景材料地球的形成時間科學(xué)家在澳洲西部發(fā)現(xiàn)了距今44億年的結(jié)

晶“錯石”，并根據(jù)這粒錯石的化學(xué)成份研究，在它形成時，地球的溫度已冷卻到足

以形成水和表面巖層的程度，這說明海洋和大陸形成的年代要比一般認為的提早5億

年左右，而地球上出現(xiàn)生物的時間，也可能跟著提前。

科學(xué)界普遍認為，地球是在四十五億六千萬年前以熔巖和金屬形式生成的，而熔巖冷

卻到足以形成大陸和水需要大約七億年的時間，而水更是地球產(chǎn)生生命的最重要因素。

美國、英格蘭和澳洲的科學(xué)家對澳洲西北山區(qū)巖石層中發(fā)現(xiàn)的一粒古老結(jié)晶錯石做了

詳細的分析，研究判定這粒鉆石距今已有四十四億年，是迄今所發(fā)現(xiàn)最古老的礦物質(zhì)。

偌石是由矽、氧、錨(zirconium)和其他成份所構(gòu)成的。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這粒四十四億年前的錯石中含氧量相當高，顯示它在形成后，被地表上的

水所冷卻。換句話說，那時候地球上已經(jīng)有水，比原先科學(xué)界所認為地球在三十八、

九億年前出現(xiàn)水要提前了五億年左右，而地球生成的時間，也勢必跟著提前。這項研

究成果，發(fā)表在最新一期《自然界》雜志上。

機經(jīng)原文：

本文講了地球形成固體行星時間的最終確定過程。

以前的資料表明地球是在大約四十億年前形成的，當時地球還是很熱的巖漿狀態(tài)。那么，這

個資料是不是準確？地球到底是什么時候冷下來的(cooloff)呢？

1980年左右在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了鉆石(ziivon),這種物質(zhì)有粘性。通過對錯石的研究，表明

地球的冷卻的實際年齡應(yīng)該比以前認為的年齡更大。但是80年代由于技術(shù)不太發(fā)達，所以

部分科學(xué)家不太相信新的研究結(jié)果，因為新的研究結(jié)果和原來的預(yù)想有很大差距。

90年代，隨著技術(shù)的進步，科學(xué)家證實這個說法。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)錯石里面有一些很古老的成

分。而這塊偌石曾經(jīng)出現(xiàn)在一片火海的原始地球的巖漿中。科學(xué)家由此推斷：地球大概在四

十五億年前就形成了冷卻的外殼，這個發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了原有的地球形成時間的理論。

機經(jīng)要點：(1)早期理論認為地球是在大約40億年前形成的。

(2)80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了偌石，通過對偌石的研究表明地球的形成時間為45億年前。

(3)90年代，隨著科學(xué)進步，科學(xué)家證實了80年代提出的觀點是準確的

背景材料地殼均變說1830年5月29日，英國地質(zhì)學(xué)家賴爾

出版了《地質(zhì)學(xué)原理》一書，提出地質(zhì)進化的均變說，他在書中系統(tǒng)地提出了地球

表面發(fā)展變化的漸變理論和“將今論古”的現(xiàn)實主義方法論，第一次把理性帶進地質(zhì)學(xué)

中。他以地球的慢變化這種漸進作用，代替了造物主的作用。在《地質(zhì)學(xué)原理》

中，賴爾針對當時流行的地質(zhì)變化的“災(zāi)變論”，用大量確鑿的事實說明，地球

地殼的變化，不是什么超自然力量或者巨大的災(zāi)變造成的，而是由于最平常的自

然力，如風(fēng)、雨、溫度、水流、潮汐、冰川、火山、地震等等，在漫長的時間里

逐漸形成的。例如巖石的剝蝕、堆積等是一個緩慢的、不引人注意的、長期積累

的過程。他提出，地殼上升或者下降是地球內(nèi)力和外力相互作用的結(jié)果，巖石的

結(jié)構(gòu)差別是在長期歷史中形成的。達爾文對賴爾的這部著作十分推崇，贊嘆說：

“讀完每一個字，我心中充滿了欽佩之感?！辟嚑栔螌W(xué)十分嚴謹，這部著作于

1830年開始出版，1833年出版了第三卷，以后他又對《地質(zhì)學(xué)原理》進行了反

復(fù)多次修訂，在發(fā)行第十版時，許多章節(jié)幾乎進行了重寫。他的這部著作為近代

地質(zhì)學(xué)奠定了科學(xué)的理論基礎(chǔ)，因此他被人稱為“近代地質(zhì)學(xué)之父”。

地殼均衡說地殼均衡說是按照阿基米德原理（輕物質(zhì)漂浮于液態(tài)重物質(zhì)之上，力求達到

均衡的現(xiàn)象），用以解釋地殼運動原因的一種假說。1855年，普拉德和艾利同樣主張地球

的固體地殼漂浮平衡了液態(tài)底層之上，但前者認為固體地殼各處密度不同，如隆起的山脈部

分密度小、下陷的海盆部分密度大，地形起伏不平，但它和液態(tài)底層的界面——均衡補償面

是水平的；后者認為固體地殼各處密度相同，地殼增厚的地區(qū)、如山脈與地殼變薄的地區(qū)、

如海盆，不僅表現(xiàn)于其上界的高低起伏，下界呈鏡象反映（山脈越高、山根越深），而且其

界面是起伏不平的。1889年，道頓以某?地區(qū)的地殼因剝蝕而負荷減輕，另?地區(qū)的地殼

因沉積而負荷加重，均衡遭到破壞，使負荷減輕的地區(qū)上升，負荷加重的地區(qū)下降，以求得

到的地殼平衡，以此解釋地殼升降運動的原因.現(xiàn)代重力測量和地震研究資料表明普拉德和

艾利的假設(shè)各有可取之處，二者結(jié)合可對巖石圈的平衡作出解釋，

機經(jīng)

.地形的上升很容易發(fā)現(xiàn)，但是事實上原因很復(fù)雜；上升的原因地殼上的重量變輕了

也提到了當山被侵蝕，重量下降，因此山會變得更高上升的部分跟被侵蝕的部分樣多還

提到了地殼crust比地慢mantle還要密度低，因此浮在比較上面同理，說了冰川的例子，

冰川形成，冰川把地面壓得下陷，冰川融化了，地面又上升了。

1.有關(guān)山脈的侵蝕與上升?侵蝕與上升一樣多

2.為何提到冰河？重量卜.降地面上升

3.consistently=regularly

現(xiàn)實論actualism現(xiàn)代研究地球科學(xué)的理論;。它接受均變論的基本前提，認為在

整個地質(zhì)歷史時期，物理的和化學(xué)的規(guī)律是不變的，但是導(dǎo)致地質(zhì)作用的結(jié)果的速率

和強度可能有很大的變化；有些重要的、普遍的地質(zhì)事件實際上是災(zāi)變性的，例如地

震和冰期。而且，由于地球在漫長的歷史時期內(nèi)，它的大氣圈、水圈和巖石圈不斷地

變化，在演變的過程中，地球上或地球內(nèi)部所發(fā)生的地質(zhì)作用，相對地來說，隨著時

間的變化是會發(fā)生顯著變化的。

大陸漂移與板塊構(gòu)造

機經(jīng)原文：

本文講魏格納(Wegener)最早提出了大陸板塊漂移理論根據(jù)這個理論，地幔運動造成地

球表面上升而形成山；于此同時陸地與陸地之間相互撞擊，于是逐漸形成了今天的世界大

陸與海洋格局。魏格納利用這一理論還解釋了島嶼的形成，此理論認為原來地球大陸是連接

在一起的，一些板塊邊緣分離，從而形成島嶼；一些板塊擠壓形成山。而形成的島嶼又可

以分成兩種類型。魏格納利用這一理論合理地解釋了地球早期發(fā)展的過程和一些相隔較遠的

地方地貌吻合的現(xiàn)象。

盡管很多學(xué)者反對，魏格納還是堅持并繼續(xù)發(fā)展了這一理論。一直到他去世之前，魏格納都

在修正和完善這一理論。但魏格納的理論有一個致命弱點：大陸板塊漂移的動力。根據(jù)魏

格納的說法，潮汐力和日月引力是板塊飄移的動力。但是，日月引力和潮汐力實在是太小了，

根本無法推動廣袤的大陸。因此，大陸漂移學(xué)說在興盛了十幾年后就逐漸銷聲匿跡了。

美國學(xué)者海斯(H.H.Hess)提出海底擴張學(xué)，修正了魏格納的大陸板塊漂移理論。這個理

論最大的貢獻就是回答了板塊漂移的動力問題。他認為地幔中的巖漿上升涌出使海嶺地區(qū)

形成新巖石，并推動整個海底向兩側(cè)擴張，最后在海溝地區(qū)俯沖沉入大陸地殼下方，使得地

殼緩慢移動。

大陸板塊學(xué)說具有很重要的科學(xué)意義，它充分利用了當時收集到的所有相關(guān)的材料和數(shù)據(jù)，

并且對地球表面很多地區(qū)的地形特征進行了完善的解釋。例如：魏格納認為地球兩端的兩

塊陸地上都發(fā)現(xiàn)了一種生物化石然而這種生物是不會游泳的，可以說明，這兩塊陸地實際

是連在一起的(這里出了?個推斷題這個生物的例子說明大陸板塊學(xué)說成功的解釋地球兩

端的陸地以前是相連的，現(xiàn)在就分開了)。

機經(jīng)要點：

(1)魏格納最早提出了大陸板塊漂移理論。

(2)雖然這個觀點存在缺陷，但是魏格納還是堅持并繼續(xù)發(fā)展了這一理論。

(3)美國學(xué)者赫斯(H.H.Hess)提出海底擴張學(xué)，修正「魏格納的大陸板塊漂移理論理論。

(4)大陸板塊學(xué)說具有很重要的科學(xué)意義。

真題再現(xiàn)：

(1)問：文章為什么提到山和島嶼的形成？

答：為了比較兩者的差異。

（2）問：魏格納用這個理論解釋了什么？

答：解釋了相隔較遠的地方地貌吻合的現(xiàn)象。

海底板塊擴張學(xué)說

大陸板塊漂移學(xué)說與板塊構(gòu)造學(xué)說

組成地球的元素

地震波與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（-）地震波

P波：P代表主要（Primary）或壓縮（Pressure）,為一種縱波，粒子振動方向和波前進

方平行，在所有地震波中，前進速度最快，也最早抵達。P波能在固體、液體或氣體中傳

遞。

S波：S意指次要（Secondary）或剪力（Shear）,前進速度僅次于P波，粒子振動方向

垂直于波的前進方向，是一種橫波。$波只能在固體中傳遞，無法穿過液態(tài)外地核。

（-）軟流層

軟流層（Asthenosphere）又叫軟流圈，位于上地幔上部巖石圈（Lithosohere）之下，深度在

50-250km之間，是一個基本上呈全球性分布的地內(nèi)圈層。軟流層的分布具有明顯的區(qū)域性

差異，總的規(guī)律是大洋之下位置較高（一般在60km以下），大陸之下位置較深（深度在

120km以下）。軟流層頂?shù)捉缑娌皇执_定，與巖石圈之間無明顯界面，具有逐漸過渡的

特點。

軟流層是在地震波傳播速度研究中發(fā)現(xiàn)的?？茖W(xué)家在研究地震波傳播速度在地球內(nèi)部的變

化時發(fā)現(xiàn)，上地幔接近頂部的位置有一個地震波傳播速度明顯減緩的層，稱為“古登堡低

速層”。推測此層地震波傳播速度慢的原因是積累的熱量使巖石軟化并局部熔融，故稱為

“軟流層”。

（三）巖石圈

地球最外層平均厚度約100千米的帶有彈性的堅硬巖石。由地殼和上地幔頂部組成。巖石

圈下面是軟流圈。巖石圈可分為6大板塊：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、

印度洋板塊、南極洲板塊。還有一些較小板塊鑲嵌其間。板塊邊界有4種類型：海嶺洋

脊板塊發(fā)散帶、島孤海溝板塊消減帶、轉(zhuǎn)換斷層帶和大陸碰撞帶。

機經(jīng)原文:

用地震波研究地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

地震波有P波和S波之分，這兩種波有不同的性質(zhì)。

當?shù)卣鸩ń?jīng)過的物質(zhì)密度小的時候，地震波傳播的速度就小，當?shù)卣鸩ń?jīng)過的物質(zhì)密度大的

時候，地震波傳播的速度就大。

通過I960年智利大地震研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地球最表面的?層是巖石構(gòu)成的，密度大而且

堅硬，也就是巖石圈(lithosphere)。地殼下面有一層軟流層密度較小，而且柔軟。這個發(fā)現(xiàn)

支持了魏格納的大陸板塊飄移理論。

機經(jīng)要點：

(1)地震波有P波和S波兩種，可以用來探測地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

(2)P波和S波性質(zhì)不同。

(3)地球表層是地殼，由巖石構(gòu)成；地殼下面是軟流層。

第二章氣候

數(shù)值天氣預(yù)報方法的缺陷20世紀50年代以來，動力氣象學(xué)原理、數(shù)學(xué)

物理方法、統(tǒng)計學(xué)方法等，廣泛應(yīng)用于天氣預(yù)報。用高速電子計算機求解簡化了的大

氣流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組，可及時作出天氣預(yù)報。尤其是60年代發(fā)射氣象衛(wèi)星以

來，衛(wèi)星的探測資料彌補了海洋、沙漠、極地和高原等地區(qū)氣象資料不足的缺陷，使

天氣預(yù)報的水平顯著提高。數(shù)值天氣預(yù)測也并不足以解決任何問

題，尚不能作到百分之百的準確。與目前我國所接收的氣象資料每秒七十五個位元相比，

數(shù)值天氣預(yù)測計畫完成后，每秒的氣象資料將在二千四百個位元左右，而且是一天二十四小

時不停地進入。這么多的資料中必然存有些許差錯，如何使電腦能妥善地處理這大量的資

料，就是一個問題所在。

其次是，即使日后的氣象觀測資料更豐富了，但在時間上它仍是不連續(xù)的資料，而空間

匕也并不完整。資料上的不充分、不完整，將使數(shù)值天氣預(yù)測無法作到盡善盡美。這些隨

著時間而大量增加，而又有先天不完整缺陷的資料?，不論在實際預(yù)報技術(shù)上或?qū)W術(shù)理論研究

上，都將給氣象界提供豐富的、具有挑戰(zhàn)性的研究課題。

地球運動對氣候的影響

機經(jīng)原文：聽力

本文講氣候的變化是和地球的運動有關(guān)聯(lián)的。

地球的公轉(zhuǎn)（revolution圍繞太陽運動）軌道形狀會影響到氣候變化。地球的公轉(zhuǎn)軌道并不

像手表一樣是圓形的，而是橢圓形的。當?shù)厍蜻\行到近日點（perihelion）的時候，地球表

面平均溫度升高，冰川會融化。

地球自轉(zhuǎn)（rotation）的傾斜角度對氣候也有影響。因為地球自轉(zhuǎn)傾斜角的出現(xiàn)，所以一年

之中有了四季之分，一年之中的晝夜長短也有了變化。

板塊漂移也會對地球氣候造成影響，這種情況很復(fù)雜。這個假說被提出來后，一開始因為沒

有證據(jù)，所以沒人相信。直到最近，海洋學(xué)家（oceanographer）用海底采集到的沉淀證明了

這個假說。

但是，后來在美國附近海底有一個叫魔鬼洞（devilhole）的地方發(fā)現(xiàn)的沉淀卻證明這種假說

是不對的。后來教授又解釋說魔鬼洞那地方發(fā)現(xiàn)的沉淀只能證明地區(qū)的氣候沒有受到大陸板

塊飄移的影響，不能證明全球的氣候都不受這個因素的影響，所以這個假說還是正確的。

真題再現(xiàn)：

（1）問：教授舉手表的例子，是想說明什么？

答：說明地球公轉(zhuǎn)是橢圓的，地球公轉(zhuǎn)同手表不一樣。

（2）問：地球表面溫度升高，冰川融化時最可能在什么時候？

答：當?shù)厍蜻\行到近日點（perihelion）的時候

（3）問：板塊漂移的假說，后來是怎么證明的？

答：通過海洋學(xué)家在深海海底找到的沉積證明的。

機經(jīng)要點：

氣候的變化受地球運動的影響；

地球圍繞太陽運動的軌道是橢圓的；地球離太陽時近時遠，接收到的太陽的能量不一樣；

地球自轉(zhuǎn)軌道的傾斜角度也影響氣候；

地球大陸板塊漂移會影響地球氣候。

溫鹽環(huán)流溫鹽環(huán)流，又稱“輸送洋流"、“深海環(huán)流”等，是一個依靠海水的溫度

和含鹽密度驅(qū)動的全球洋流循環(huán)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的運作現(xiàn)況是，以風(fēng)力驅(qū)動的海面水流如

墨西哥灣暖流等將赤道的暖流帶往北大西洋，暖流在高緯度處被冷卻后下沈到海底，這些

高密度的水接著流入洋盆南下前往其他的暖洋位加熱循環(huán)，一次溫鹽循環(huán)耗時大約1600年,

在這個過程中洋流運輸?shù)牟粏问悄芰浚囟?熱能），當中還包括地球固態(tài)及氣體資源等,

不過溫鹽環(huán)流最受人類關(guān)注的是其全球恒溫的功能。溫鹽環(huán)流推測主要是由于北大西洋及

南冰洋之間的鹽分及溫差對流而觸發(fā)的。

在北大西洋，環(huán)流的表面暖水向北流而深海冷水向南流，造成凈熱量向北輸送。

表面海水在位于高緯度的固定下沉區(qū)下沉。

表面風(fēng)對于100米左右以下深度的海水環(huán)流所起的作用微乎其微，而海水溫度

和鹽度的變化則足以使海水密度產(chǎn)生差異。

海水密度的差異使得產(chǎn)生了密度梯度，導(dǎo)致海流的形成。這種方式產(chǎn)生的海流流

速非常慢（每年只有若干公里），只有通過特殊的手段才能發(fā)現(xiàn)這種海流，也就是通

過把不同深度的水團的溫度、鹽度和氧含量表示在圖上，才能發(fā)現(xiàn)它的存在。

圖為由Broecker最早提出的全球溫鹽環(huán)流輸送帶示意圖，其中的陰影部分表示海

洋淺層較曖的、流回北大西洋的洋流，未加陰影的部分表示海洋深層冷而咸的、流出北大

西洋的洋流。可見形成于北大西洋的冷水團在深層以西邊界流的形式向南流去，之后圍繞著

南極繞極急流，部分和形成于威德爾海的南極底層水混合，流向太平洋和印度洋，在那里上

翻穿過溫躍層達到上層海洋。

溫鹽環(huán)流的重要性在于，它和大氣中著名的Hadley環(huán)流、Ferrel環(huán)流和極地環(huán)流

等一起，構(gòu)成了對于維持全球氣候系統(tǒng)的能量平衡至關(guān)重要的經(jīng)向環(huán)流體系。

眾所周知，對于全球氣候系統(tǒng)而言，熱帶存在輻射盈余，極地則存在輻射虧損，

為保持整個系統(tǒng)的能量平衡，在低緯與高緯之間，必須存在強的經(jīng)向能量輸送。以前

人們認為，這種輸送作用主要通過大氣過程來實現(xiàn)?，F(xiàn)在研究表明，海洋的極向熱輸

送約占海氣耦合系統(tǒng)中極向熱輸送總量的50%,在北半球，它把低緯的熱量輸送到高

緯，在50N附近（那里的海洋西邊界流最強）通過強烈的海氣熱交換，把大量的熱量

輸送給大氣，再由大氣把能量向更高緯度輸送。海洋經(jīng)向熱輸送強度的變化，將對全

球氣候產(chǎn)生重要影響。

在當前氣候中，大西洋是主要的向高緯度的熱輸送器。北大西洋灣流

屬于暖水系環(huán)流，溫鹽環(huán)流屬于冷水系環(huán)流，冷、暖水在北大西洋高緯的

轉(zhuǎn)換，向大氣釋放出大量的熱量。據(jù)估算，在24N處，大西洋的熱輸送為

1.2PW,而該緯度上所有大洋的經(jīng)向熱輸送總量為2.0PW,大氣的熱輸送總

量為3.0PW。在北大西洋，向高緯的熱輸送以及冬季的熱釋放，可以補充年

日射的25%,盛行西風(fēng)帶將這些熱量帶至相臨大陸?，使得北歐氣候溫暖。溫

鹽環(huán)流活動的任何變化，都將給區(qū)域乃至全球氣候造成可觀的影響

厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象

是指南美赤道附近(約北緯4度至南緯4度，西經(jīng)150度至90度之間)幅度數(shù)千公里的海水帶的異常增

溫現(xiàn)象。

原來，太平洋洋面并不是完全水平的。在南半球的太平洋上，由于強勁的東南信風(fēng)向西北橫掃，將海水也

由東南向西推動，結(jié)果是位了澳大利亞附近的洋面要比南美地區(qū)的洋面高出約50厘米。與此同時，南美沿

岸大洋下部的冷水不停上翻，給這里的魚類和水鳥等海洋生物輸送大量養(yǎng)料。

令人不解的是，每隔數(shù)年，這種正常的良性環(huán)流便被打破。一向強勁的東南信風(fēng)漸漸變?nèi)跎踔量赡艿罐D(zhuǎn)為

西風(fēng)。而東太平洋沿岸的冷水上翻也會勢頭減弱或完全消失。于是太平洋上層的海水溫度便迅速上升，并

且向東四流。這股上升的厄爾尼諾洋流導(dǎo)致東太平洋海面比正常海平面升高：三十厘米，溫度則升高2-5

攝氏度。這種異常升溫轉(zhuǎn)而乂給大氣加熱，引起難以預(yù)測的氣候反常。經(jīng)如，厄爾尼諾曾使南部非洲、印

尼和澳大利亞遭受過空前未有的早?災(zāi)，同時帶給秘魯、厄瓜多爾和美國加州的則是暴雨、洪水和泥石流。

那次厄爾尼諾效應(yīng)造成了1500余人喪生和80億美元的物質(zhì)損失。關(guān)于厄爾尼諾現(xiàn)象的成因，迄今科學(xué)家

們尚未找到準確的答案。

有人認為，可能是太平洋底火山爆發(fā)或地殼斷裂噴涌出來的熔巖的加熱作用造成洋流變曖，進而導(dǎo)致信風(fēng)

轉(zhuǎn)弱和逆轉(zhuǎn)。另有人則推斷，也許是因為地球自轉(zhuǎn)的年際速度不均造成的。他們說，每地球自轉(zhuǎn)的年際

速度由加速變?yōu)闇p速之后，便會發(fā)生厄爾尼諾現(xiàn)象.令人憂慮的是，厄爾尼諾現(xiàn)象的出現(xiàn)越來越頻繁。原

來認為5年、7年乃至10年來臨?次，后來乂以3至7年為周期出現(xiàn)。但進入90年代以來似乎每兩三年

就降臨一次。

盡管厄爾尼諾的成因尚未查清，但人類并未在它面前聽天由命、無所作為。1986年國外科學(xué)家成功地提前

一年預(yù)報了厄爾尼諾現(xiàn)象的來臨，并積極探索溫室效應(yīng)與厄爾尼諾現(xiàn)象之間的聯(lián)系?？梢灶A(yù)言，人類終將

能解開這一肆虐人類的大自然之謎，并找出辦法，避免它的危害。

城市熱島效應(yīng)城市熱島效應(yīng)(Urbanheatislandeffect)是指城市中的氣溫明顯高于

外圍郊區(qū)的現(xiàn)象。在近地面溫度圖上，郊區(qū)氣溫變化很小，而城區(qū)則是一個高溫區(qū)，

就象突出海面的島嶼，由于這種島嶼代表高溫的城市區(qū)域，所以就被形象地稱為城市

熱島。城市熱島效應(yīng)使城市年平均氣溫比郊區(qū)高出1℃,甚至更多。夏季，城市局部

地區(qū)的氣溫有時甚至比郊區(qū)高出6。＜2以上。此外，城市密集高大的建筑物阻礙氣流通

行，使城市風(fēng)速減小。由于城市熱島效應(yīng)，城市與郊區(qū)形成了一個晝夜相反的熱力環(huán)

流。

晴朗無風(fēng)的夏日，海島上的地面氣溫，高于周圍海上氣溫，并因此形成海風(fēng)環(huán)流

以及海島上空的積云對流，這是海洋熱島效應(yīng)的表現(xiàn)。近年來，由于城市人口集中，

工業(yè)發(fā)達，交通擁塞，大氣污染嚴重，且城市中的建筑大多為石頭和混凝土建成，它

的熱傳導(dǎo)率和熱容量都很高，加上.建筑物本身對風(fēng)的阻擋或減弱作用，可使城市年平

均氣溫比郊區(qū)可高2℃,甚至更多，在溫度的空間分布上,城市猶如一個溫暖的島嶼，

從而形成城市熱島效應(yīng)。熱島效應(yīng)是由于人們改變城市地表而引起小氣候變化的綜合

現(xiàn)象，在冬季最為明顯，夜間也比白天明顯，是城市氣候最明顯的特征之一。

20世紀初，英國氣候?qū)W家賴克?霍德華在《倫敦的氣候》一書中把這種氣候特征

稱為“熱島效應(yīng)”。

近年來，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市熱島效應(yīng)也變得越來越明顯。城市熱島

形成的原因主要有以下幾點：

首先，是受城市下墊面特性的影響。城市內(nèi)有大量的人工構(gòu)筑物，如混凝土、柏

油路面，各種建筑墻面等，改變了下墊面的熱力屬性，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容

量小，在相同的太陽輻射條件下，它們比自然下墊面（綠地、水面等）升溫快，因而

其表面溫度明顯高于自然下墊面。

另一個主要原因是人工熱源的影響。工廠生產(chǎn)、交通運輸以及居民生活都需要燃

燒各種燃料，每天都在向外排放大量的熱量。此外，城市里中綠地、林木和水體的減

少也是一個主要原因。隨著城市化的發(fā)展，城市人口的增加，城市中的建筑、廣場和

道路等大量增加，綠地、水體等卻相應(yīng)減少，緩解熱島效應(yīng)的能力被削弱。

湖區(qū)效應(yīng)大湖效鷹指的是冷空氟遇到大面稹未^冰的水面（通常是湖泊）優(yōu)中得

到水蒸汽和熱能，然彳叁在向凰的湖岸形成降水的現(xiàn)象，通常是以雪的形式出現(xiàn)。造情形

以在美閾柬北部的五大湖岸的降雪最卷著名。類直似的情形在大蜜湖也有彝生，耦卷大鞭

湖效鷹。降雪地點取決于使云移動風(fēng)向和風(fēng)速。風(fēng)速決定了暴風(fēng)雪行進的距離，風(fēng)越強

烈，其攜帶的水汽走得越遠，晚秋與初冬時節(jié)，其行進的距離最遠。降雪量取決于以

下因素：冷氣團與水面的溫差，溫差較大時，水溫越高，冷氣團溫度越低，冷凝的水汽

就越多，雪量就大，一般在12月和1月容易出現(xiàn)這種溫差，也最容易產(chǎn)生暴風(fēng)雪；冷

空氣在水面行進的距離，即吹程也會影響降雪量，冷空氣與暖水面接觸時間越長，氣團

就會攜帶越多的水汽。如果水面結(jié)冰，水汽供給停止，大湖效應(yīng)就會停止。

赤道無風(fēng)帶赤道無風(fēng)帶是指赤道附近南、北緯5之間間的地帶。這里太陽終年近乎直射，是

地表年平均氣溫最高地帶。由于溫度的水平分布比較均勻，水平氣壓梯度很小，氣流以輻合上升為

主，風(fēng)速微弱,故稱為赤道無風(fēng)帶。氣溫高，地面氣壓降低，產(chǎn)生赤道低壓帶。由副熱帶

高壓向赤道低壓輻合的信風(fēng)，強空氣垂直運動，但此上升氣流地面不感覺有風(fēng)。

赤道無風(fēng)帶內(nèi)天氣狀況單調(diào)而富規(guī)律。持續(xù)的高溫全年各月在攝氏二十六度上

下，氣溫年差最小，無年變化可言。旺盛的對流作用，容易產(chǎn)生積雨云及午后的雷陣

雨，這是地表云量最多，降雨最豐的地帶。在正常情形之下，春分和秋分前后，應(yīng)是

雨量曲線上的兩個高點；夏至、冬至前后，是兩個低點。赤道無風(fēng)帶內(nèi)氣壓梯度小，

風(fēng)力和緩，風(fēng)向不定，常出現(xiàn)靜風(fēng)天氣，雖有午后陣雨可以消暑，但仍感暑熱難耐。

倒是濱海地帶，晝夜間海、陸風(fēng)環(huán)流，有調(diào)劑溫度之作用，適於健康和居住.

機經(jīng)

美國的奇'星夏天.個美國奇怪的夏天，說美國1816年夏天很冷cold,6月份沒有夏天。

美國的農(nóng)業(yè)受影響，當時的總統(tǒng)杰克遜在文章提到此事件。?開始人們認為是太陽的磁暴，后來

發(fā)現(xiàn)是前年的火山爆發(fā)，火山灰把太陽擋住了，所以就冷了，最后說樹的年輪可以告訴答案

山體對氣候的影響在山區(qū)，由于山坡與山谷對溫度日變化的影響速度不同，故產(chǎn)

生了山谷風(fēng)，白天，風(fēng)由山谷吹向山坡，夜晚，風(fēng)由山坡吹向山谷，當山體高度超過

水汽凝結(jié)高度時，在山體的迎風(fēng)坡往往產(chǎn)生比較多的降水，氣候比較溫潤，而氣流翻

過山頂后絕熱下沉，增溫，使背風(fēng)坡炎熱干燥。

降雨的形成

降雨的形成其實就是云滴增大為雨滴并降至地面的過程。（通常把半徑小于100口m的水滴稱為云滴，半

徑大于100pm的水滴稱雨滴。標準云滴半徑為10pm,標準雨滴半徑為lOOOpm,從體積來說，半徑1mm

的雨滴約相當于100萬個半徑為10口m的云滴）。

使云滴增大的過程主要有二：一為云滴凝結(jié)或凝華增長.一為云滴相互沖并增長。實際上，云滴的增長是

這兩種過程同時作用的結(jié)果。

凝結(jié)或凝華增長過程是指云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚而增長的過程。在云的形成和發(fā)展階段，由于

云體繼續(xù)上升，絕熱冷卻，或云外不斷有水汽輸入云中，使云內(nèi)空氣中的水汽壓大于云滴的飽和水汽壓，

因此云滴能夠由水汽凝結(jié)而增長。但是，不論是凝結(jié)增長過程，還是凝華增長過程，都很難使云滴迅速增

長到雨滴的尺度，而且它們的作用都將隨云滴的增大而減弱?？梢娨乖频卧鲩L成為雨滴，勢必還要有另

外的過程，這就是沖并增長過程。

云內(nèi)的云滴大小不一，相應(yīng)地具有不同的運動速度。大云滴下降速度比小云滴快，因而大云滴在下降過程

中很快追上小云滴，大小云滴相互碰撞而粘附起來，成為較大的云滴。在有上升氣流時，當大小云滴被上

升氣流向上帶時，小云滴也會追上大云滴并與之合并，成為更大的云滴。云滴增大以后，它的橫截面積變

大，在下降過程中又可合并更多的水云滴。有時在有上升氣流的云中，當大小水滴被上升氣流挾帶而上升

時，小水滴也可以趕上大水滴與之合并。由于沖并作用，雨滴不斷增大，當雨滴增大到一定的程度時不能

克服空氣阻力和上升氣流的頂托下降到地面就形成了降雨。

風(fēng)向和風(fēng)蝕作用氣象上把風(fēng)吹來的方向確定為風(fēng)的方向。因此，風(fēng)來自北方叫做

北風(fēng)，風(fēng)來自南方叫做南風(fēng)。氣象臺站預(yù)報風(fēng)時，當風(fēng)向在某個方位左右擺動不能肯

定時，貝IJ加以“偏”字，如偏北風(fēng)。當風(fēng)力很小時.，則采用“風(fēng)向不定”來說明。

。風(fēng)向的測量單位，用方位來表示。陸地上，一般用16個方位表示，海上多

用36個方位表示；在高空則用角度表示。

.對于風(fēng)向的運用，自古以來，人們在生產(chǎn)生活等各種領(lǐng)域有意無意地在運用其

威力，也有不習(xí)其規(guī)律的受損的例子。

1、風(fēng)引起空氣流動帶來降水、降雪。

2、大范圍的空氣流動引起洋流運動，平衡海水的熱量分布。

3、調(diào)節(jié)大氣的溫度差異，將赤道地區(qū)的上升熱氣流向兩極擴散。

4、風(fēng)媒植物的傳粉和繁殖。

5、風(fēng)能發(fā)電。

6、空氣凈化，污染空氣擴散

風(fēng)蝕作用是指風(fēng)對地表物質(zhì)的侵蝕、搬運和堆積過程。表現(xiàn)為風(fēng)的吹蝕作用和磨

蝕作用。吹蝕作用是指風(fēng)吹過地面產(chǎn)生紊流，沙粒或塵土離開地面，使地表物質(zhì)遭受

破壞的過程；磨蝕作用是指由于風(fēng)沙流貼近地面運動，運動的沙粒對地表物質(zhì)（巖石

等）進行的沖擊、摩擦作用的過程。

風(fēng)蝕作用是土壤沙化的主要機制。風(fēng)蝕現(xiàn)象是一種自然現(xiàn)象，強烈的風(fēng)蝕作用會造成

土壤侵蝕和生態(tài)環(huán)境的破壞。具體地講，風(fēng)蝕即風(fēng)力侵蝕作用?空氣流動形成風(fēng)，風(fēng)

具有很大動能，作用于物體時就形成風(fēng)力。當風(fēng)力超過地表土抗蝕力時，土粒等就會

被風(fēng)吹走，這種現(xiàn)象叫做風(fēng)蝕作用。風(fēng)蝕主要以兩種方式進行，i種是吹蝕，吹蝕作

用是單純依靠氣流的沖擊力和紊流作用，把暴露地表的部分松散細小碎屑吹離地表的

過程。吹蝕作用的強度主要取決于風(fēng)力的大小、地表碎屑顆粒的粒徑及其聯(lián)結(jié)力。把

松散無聯(lián)結(jié)的大小不同的碎屑吹起來的臨界風(fēng)速是不同的。風(fēng)力越大、地表碎屑愈細，

吹揚作用愈強。另一種是磨蝕。磨蝕就是在吹蝕過程中，地面氣流中攜帶大量砂粒，

對所經(jīng)地表和物體產(chǎn)生很強的打磨作用，這種過程叫磨蝕。在風(fēng)蝕過程中這兩種方式

往往是兼而有之。它們像兩把刻刀，不斷地雕琢著地貌，形成種種沙漠景觀。風(fēng)的吹

蝕作用和磨蝕作用是相互聯(lián)系的過程，實際上總是同時同地進行著的。

風(fēng)吹經(jīng)地面時，因為地面不平，氣流發(fā)生亂流作用，可以吹揚地面的沙粒。風(fēng)吹

起沙粒并挾帶沙粒向前移動，形成風(fēng)沙流，運動的沙粒對巖石表面或巖石裂隙等凹部

進行摩擦和旋磨，因此風(fēng)蝕作用實際上包括對地表的吹蝕使沙離開地表，從而使地表

物質(zhì)遭受破壞，并對巖石磨蝕，即指風(fēng)沙流移動時，沙粒對地表物質(zhì)的沖擊、摩擦。

風(fēng)沙流的含沙量是隨高度增加而減少的，絕大部分顆粒在距地面30厘米以下運動，

特別集中在10厘米以下運動。因此沙主要是貼近地面遷移的風(fēng)蝕作用隨離地面高度

的增加而減弱，這些作用在干旱地區(qū)最為活躍，由于土壤、巖石大都是裸露的，幾乎

整個地面都受到吹蝕。風(fēng)在進行吹蝕時具有選擇性。最小的顆粒，象粘土和粉砂之類

最容易被揚起并上升到高空。沙粒僅僅為中等強度以上的風(fēng)所移動，并貼近地面遷移。

礫面碎屑在平坦地面上受強風(fēng)作用而發(fā)生滾動，但它們不會移動很遠。

空氣中的污染物——霾

第三章火山

火山成因地球內(nèi)部處于高溫和高壓的狀態(tài)，當上覆巖層發(fā)生破裂或地殼背斜褶皺

升起時，

地下的熾熱巖漿將沿地層的破裂面或背斜軸部噴出地表，形成火山。這種噴出的現(xiàn)象

叫火山噴發(fā)，火山噴發(fā)的形式有兩種：裂隙噴發(fā)和中心噴發(fā)。地球內(nèi)部充滿著熾熱的

巖漿。在極大的壓力下，巖漿便會從薄弱的地方?jīng)_破地殼，噴涌而出，造成火山爆發(fā)。

火山可分活火山、死火山和休眠火山。前面講到的坦博拉火山和夏威夷群島上的火山，現(xiàn)在

還在活動，這就是活火山。死火山是指史前有過活動，但歷史上無噴發(fā)記載的火山。

猛烈的火山爆發(fā)會吞噬、摧毀大片土地，把大批生命、財產(chǎn)燒為灰燼。可是令人驚訝的是，

火山所在地往往是人煙稠密的地區(qū)，日本的那須火山和富士火山周圍就是這樣。原來，火山

噴發(fā)出來的火山灰是很好的天然肥料，富士山地區(qū)的桑樹長得特別好，有利于養(yǎng)蠶業(yè)；維蘇

威火山地區(qū)則盛產(chǎn)葡萄。火山地區(qū)景象奇特，往往成為旅游勝地。

在人類能夠控制火山活動之前，加強預(yù)報是防止火山災(zāi)害的唯一辦法?？茖W(xué)家對火山爆發(fā)問

題的研究，常常得益于動、植物的某種突然變化。許多動物往往在火山爆發(fā)之前就紛紛逃離

遠去，似乎知識大禍即將臨頭。印度尼西亞爪哇島上有一種奇特的植物，在火山爆發(fā)之前會

開花，當?shù)鼐用癜阉凶觥盎鹕綀缶ā薄?/p>

火山爆發(fā)可能是全球氣候變暖的一個重要原因

火山運動和地球內(nèi)部熔融之流質(zhì)，所帶動板塊運動有密切關(guān)系。板塊運動地球表面及淺

處部分可分為若干個大板塊。板塊包括地殼和地函上部，相當于巖石圈，約100公里厚?各

板間在其板塊邊界做相對運動：?是擴張（Divergence）,-是隱沒（Convergence）；這

就是板塊運動。而板塊運動使得巖漿生成并上升，流出地面造成火山。巖漿的生成和流

出火山活動是指地下深處的巖漿流至地面的現(xiàn)象。而我們所能看得到的火山活動，只是從

巖漿流到地面上開始，到活動停止這一段期間的各種現(xiàn)象而已。在地下進行的活動必須使

用其它方法來推測。以下是有關(guān)巖漿地下活動：巖漿生成的場所：巖漿大部分產(chǎn)生于地殼

下部至地函上部部之間（大約20公里至200公里間），而多在地函上部中。

巖漿生成的條件：地球內(nèi)部溫度的分布，在地下200公里處的溫度，據(jù)估計在1200℃至

1600C左右。在這種溫度之下，該處的超基性矽酸鹽礦物大部分不會熔融。因為若熔融，溫

度必須提高，不然矽酸鹽礦物的熔點就要降低。因此巖漿生成的原因有：溫度增高、含水量

增多、壓力減低等。

溫度增高的方式有：地函內(nèi)的熱對流，可使部分地函的溫度升高；某種應(yīng)力加強而使

部分地函的溫度升高。地函內(nèi)壓力減少會使矽酸鹽礦物熔融點降低，地函內(nèi)水分增多也曾使

矽酸鹽礦物的熔點降低等。地球各地巖漿生成的原因并不相同，即各地巖漿生成機制不同。

海洋山脊下的巖漿、大陸邊緣下的巖漿、島弧下的巖漿及大陸下的巖漿，其生成機制都

互有差異。巖漿的上升與成分變化：巖漿內(nèi)的壓力若超過上蓋巖層的壓力時，巖漿就沿裂

縫上升至地面。巖漿在上升期間，隨溫度及壓力的降低，部分礦物開始結(jié)晶，而巖漿成分也

開始變化。結(jié)果流至地面上時，就生成各種火成巖。

對于巖漿的上升機制和成分變化（分異作用）也有種種看法，如巖漿生成后直接上升至

地表，上升期間，巖漿成分有的會發(fā)生變化，有的不會發(fā)生變化：巖漿（原始巖漿）生成后

開始上升，但在半途停留一段時間（形成所謂巖漿庫，Magmareservoir）后在上升至地表，

在此情形下，巖漿成分在原始巖漿上升中、在巖漿庫中或第二次上升中都可能發(fā)生變化。至

于巖漿的停留次數(shù)?成分變化的場所可以做多種考慮。

盾形火山和層狀火山根據(jù)火山噴發(fā)的特點和形態(tài)特

征，劃分以下類型。盾形火山.（ShieldVolcanoes）：盾狀火

山是具有寬闊頂面和緩坡度側(cè)翼（盾狀）的大型火山。由于火山

擠出的產(chǎn)物主要為低粘滯性的玄武巖巖漿。夏威夷島（大島）是

典型的盾狀火山。大島是由5個連續(xù)年齡的火山連接而成。其中

的MaunaLoa火山是最大的，從海底到山頂有9090米。

復(fù)合型火山（層狀火山）Composite

Volcanoes（Stratovolcanoes）：復(fù)合型火山為多次噴發(fā)所建造，

其復(fù)發(fā)周期可以是幾十萬年，也可以是幾百年。形成復(fù)合型火山

的最經(jīng)常的是安山巖，但也有例外。雖然安山巖復(fù)合型火山錐主

要由火山碎屑組成，有些巖漿侵入使錐體內(nèi)部破裂而形成巖墻或

巖床。這樣多次侵入形成的巖墻或巖床將碎石編織成巨大堆積。

這樣的構(gòu)造可以比單獨由碎屑物構(gòu)成的火山錐高。由于其太高，

有可能使其太陡、不穩(wěn)定而在重力作用下垮塌。地球上一萬年來

已知1,511火山噴發(fā)，其中699座為層狀火山。地球上最高的

火山為層狀火山---智利的NevadoOjosdelSalado火山高

6,887m.歷史上噴發(fā)過的最高的火山為高6,739m的

Llullaillaco火山，二者都在北智利安第斯山脈。圣海侖斯火山

為Cascades最年輕的層狀火山，同時也最活動，地質(zhì)學(xué)家識別

出過去3500年35層噴發(fā)的火山灰。Shasta火山是Cascades

最大的層狀火山。

圣海倫火山的爆發(fā)圣海倫火山（英語：MountSt.Helens）是一座活火山，位于美國

太平洋西北區(qū)華盛頓州的斯卡梅尼亞縣，西雅圖市以南154公里，波特贏市東北85公

里處，是喀斯喀特山脈的一部分。山的名稱來自英國外交官娶海偷^爵，他是18世紀

對此地進行勘測的探險家喬治?溫哥華的朋友。圣海倫火山是包含160多個活火山的環(huán)

太平洋火山帶的一部分，因火山灰噴發(fā)和火山碎屑流而聞名。

圣海倫火山最著名的一次爆發(fā)發(fā)生在1980年5月18日的08:32（太平洋標準時間）叫

這是美國歷史上死傷人數(shù)最多和對經(jīng)濟破壞最嚴重的一次火山爆發(fā)（1912年阿拉斯加卡

特邁火山爆發(fā)是美國歷史上規(guī)模最大的一次火山爆發(fā)）。圣海倫火山爆發(fā)造成57人死

亡，250座住宅、47座橋梁、24公里鐵路和300公里高速公路被摧毀?；鹕奖l(fā)引發(fā)的

大規(guī)模山崩使山的海拔高度從爆發(fā)前2950米下降到了2550米，并形成了1.5公里寬、

125米深的馬蹄形火山口⑵。噴發(fā)出的火山灰和碎屑的體積達到了2.3立方公里，是歷

史記載中最大規(guī)模的一次⑵。雖然與其他地質(zhì)年代發(fā)生過的火山爆發(fā)相比則有所遜色。

與喀斯喀特山脈其他火山類似，圣海倫火山呈圓錐形，由熔巖、火山灰、輕石和其它沉

積物交替層疊堆積而成。圣海倫火山還包括玄武巖和安山巖層，幾個英安巖火山穹丘即

為從中噴發(fā)形成。最大的一個火山穹丘構(gòu)成了老的山峰，另一個則構(gòu)成了北側(cè)的「山羊

石」。1980年的爆發(fā)將其全部摧毀

怎樣預(yù)測火山噴發(fā)

宏觀前兆異常，是指以肉眼和感官容易察覺的火山騷動反應(yīng)及表

現(xiàn)。主要包括：

1.會有地光出現(xiàn)；

2.可見的地表變形標志。

3.從蒸氣噴孔、噴氣孔、泉眼等發(fā)出氣體氣味、顏色、噪聲及其

噴發(fā)物體積和速率的增減變化；火山口有氣體冒出或著比以前的

氣體冒出速度加快；火山口及周圍地區(qū)可以聞到刺激性氣味，一

般是硫磺和硫化氫的味道。

4.水位、水溫、水化學(xué)等異常變化?；鹕街車乃疁貢绕綍r的

高很多。

5.生物異常'，包括植物褪色、枯死與小動物（如豬、狗、貓、家

禽等）的行為異常（如：煩躁不安）及死亡等。

6.地下發(fā)出噪聲，有感地震和其他由地震而引起的震動。

微觀前兆異常，是指信號微弱而不易被人體或動物感官系統(tǒng)所察

覺，只能通過儀器才能檢測到的異常現(xiàn)象。主要包括：

1.火山性地震活動。

2.火山地表形變。

3.電磁變化?；鹕娇谥車碾姶挪òl(fā)生異常變化；

4.重力變化。

5.地?zé)嶙兓?/p>

6.地下水水位、溫度及化學(xué)成分變化。

火山噴發(fā)是因為地殼變動等原因，噴發(fā)前地磁場會有變化，也會

產(chǎn)生人感覺不到（機器和動物可以感到）的巖層震動，測量這些

就可以預(yù)測。

當然，也可以不是被動的收集數(shù)據(jù)，也可以主動的用次聲波回聲

定位等對地殼進行探測。

海底熱液在廣袤靜謐的大洋深處，在冰冷黑暗的海底世界，總有些特殊的地段，不斷噴

出濃重的黑色、白色或黃色的熱液流體，隨后結(jié)晶堆積，歸于沉寂，這就是海底熱液活動

20世紀海洋地質(zhì)學(xué)最重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)之對海底熱液的研究處于當今科學(xué)研究的前沿。由

于洋中脊巖漿活動，海水滲入地層，被熔巖加熱，最后從“黑煙囪”里排出，高溫?zé)嵋号c周

圍冷海水混合，硫化物沉淀到“煙囪”和附近的海底，多金屬元素也在此富集。同時，巨大

的熱通量、海底熱液生物、“黑暗生物鏈”等內(nèi)生命起源有關(guān)的因素的存在，也使該區(qū)域成

為科學(xué)研究的天然海底實驗室。

科研人員是在開曼海溝(CaymanTrough)發(fā)現(xiàn)世界上最深海底熱液噴發(fā)口的，將其命名為

“黑煙鬼”。開曼海溝又名“巴特利特海溝”，是加勒比海最深海溝，位于開曼群島和牙買加

島之間。開曼海溝平均深度5000?6000米，最深點達7680米。這里的溫度奇高無比，正

是這種近乎極端的高溫高壓以及相對隔絕的地理位置，使得開曼海溝成為孕育化學(xué)合成細

菌、奇異生物和其他新物種的溫床。之所以命名為“黑煙鬼”，是因為這一熱液噴發(fā)口噴發(fā)

出的熱液中含有硫化鐵，呈現(xiàn)黑色。黑色熱液是溫度最高的。事實匕?些海底熱液噴發(fā)口

也會噴出白色熱液，溫度稍低，而且包含白色的化合物。此前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的最深海底熱液

噴發(fā)口位于海下4200米。

熱液噴口附近的奇異生物

正如此次發(fā)現(xiàn)的海底熱液噴發(fā)口一樣，大多數(shù)熱液噴發(fā)口都是在海洋中部海底山行處發(fā)現(xiàn)

的。在海底山脊處，巨大的地球板塊常常會開裂，巖漿甚至能沖破海水的阻擋噴發(fā)出海面。

科學(xué)家最初發(fā)現(xiàn)海底熱液噴口是在厄瓜多爾海岸附近的加拉帕格斯裂谷。

海底噴發(fā)口噴出的熾熱的水似乎對生物構(gòu)成了“危險”信號。不過，令科研人員吃驚的是，

海底熱液噴發(fā)口區(qū)域卻生活著大量好似來自外星的生物。比如，太平洋的海底熱液噴發(fā)口生

活著2米長的管蟲、巨蛤，而大西洋的海底熱液噴發(fā)口有無眼蝦和其他極端生命形式存在。

海底熱液-研究意義

研究人員表示，在開曼海溝底部海水產(chǎn)生巨大的壓力,相當于500個標準大氣壓。除THyBIS

遙控海底機車，科研人員還借助“Autosub6000”機器人潛水艇對開曼海溝的海床進行考察。

接下來，科研小組將會把開曼海溝海底深淵發(fā)現(xiàn)的海洋生物同其他深海海底熱液噴發(fā)口發(fā)現(xiàn)

的生物進行對比。他們還將研究熱液的化學(xué)成分，并對發(fā)現(xiàn)熱液噴發(fā)口的海底火山的地質(zhì)構(gòu)

造進行研究。對海底熱液噴發(fā)口這種極端環(huán)境中的生命形式進行研究，有助于科學(xué)家探究

其他星球生命的uj■能性，甚至有助于揭開地球生命起源之謎。⑴

第四章礦物、巖石與土壤

礦物地殼中存在的自然化合物和少數(shù)自然元素，具有相對固定的化學(xué)成分和性

質(zhì)。大部分是固態(tài)的（如鐵礦石），有的是液態(tài)的（如自然汞）或氣態(tài)的（如氫）。礦

物是組成巖石的基礎(chǔ)，?般為固體，但也有液態(tài)的礦物，如汞（水銀）。

目前科學(xué)已經(jīng)能夠制造出某些礦物，如人工水晶，人工鉆石等。

目前已知的礦物約有3000種左右，絕大多數(shù)是固態(tài)無機物山，液態(tài)的（如石油、

自然汞）、氣態(tài)的（如天然氣、二氧化碳和氮）以及固態(tài)有機物（如油頁巖、琥珀）

僅占數(shù)十種。在固態(tài)礦物中，絕大部分都屬于晶質(zhì)礦物，只有極少數(shù)（如水鋁英石）

屬于非晶質(zhì)礦物。來自地球以外其他天體的天然單質(zhì)或化合物，稱為宇宙礦物。由人

工方法所獲得的某些與天然礦物相同或類同的單質(zhì)或化合物，則稱為合成礦物如人造

寶石。礦物原料和礦物材料是極為重要的一類天然資源，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及科學(xué)技

術(shù)的各個部門

煤的化學(xué)成分很不穩(wěn)定不是礦物，是典型的混合物。

在科學(xué)發(fā)展史上，礦物的定義曾經(jīng)多次演變。按現(xiàn)代概念，礦物首先必須是天然

產(chǎn)出的物體，從而與人工制備的產(chǎn)物相區(qū)別.但對那些雖由人工合成，而各方面特性

均與天然產(chǎn)出的礦物相同或密切相似的產(chǎn)物，如人造金剛石、人造水晶等，則稱為

人工合成礦物。早先，曾將礦物局限于地球上由地質(zhì)作用形成的天然產(chǎn)物。但是，近

代對月巖及隕石的研究表明，組成它們的礦物與地球上的類同。有時只是為了強調(diào)它

們的來源，稱它們?yōu)樵聨r礦物和隕石礦物，或統(tǒng)稱為宇宙礦物。另外還常分出地幔礦

物，以與般產(chǎn)于地殼中的礦物相區(qū)別。其次，礦物必須是均勻的固體。氣體和液體

顯然都不屬于礦物。但有人把液態(tài)的自然汞列為礦物；?些學(xué)者把地下水、火山噴發(fā)

的氣體也都視為礦物。至于礦物的均勻性則表現(xiàn)在不能用物理的方法把它分成在化學(xué)

成分上互不相同的物質(zhì)。這也是礦物與巖石的根本差別。此外，礦物這類均勻的固體

內(nèi)部的原子是作有序排列的，即礦物都是晶體。但早先曾把礦物僅限于“通常具有結(jié)

晶結(jié)構(gòu)這樣，作為特例，諸如水鋁英石等極少數(shù)天然產(chǎn)出的非晶質(zhì)體，也被劃入

礦物。這類在產(chǎn)出狀態(tài)和化學(xué)組成等方面的特征均與礦物相似，但不具結(jié)晶構(gòu)造的天

然均勻固體特稱為似礦物（mineraloid）。似礦物也是礦物學(xué)研究的對象，往往并不把似

礦物與礦物嚴格區(qū)分。每種礦物除有確定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)外，還都有一定的化學(xué)成分，因

而還具有一定的物理性質(zhì)。礦物的化學(xué)成分可用化學(xué)式表達，如閃鋅礦和石英可分別

表示為ZnS和SiO2o但實際上所有礦物的成分都不是嚴格固定的，而是可在程度不

等的一定范圍內(nèi)變化。造成這一現(xiàn)象的原因是礦物中原子間的廣泛類質(zhì)同象替代。例

如閃鋅礦中總是有Fe2+替代部分的Zn2+,Zn：Fe（原子數(shù)）可在1:0到約6：5間變

化，此時其化學(xué)式則寫為（Zn,Fe）S,石英的成分非常接近于純的SiO2，但仍含有微

量的A13+或Fe3+等類質(zhì)同象雜質(zhì)。最接，礦物一般是由無機作用形成的。早先曾把

礦物全部限于無機作用的產(chǎn)物，以此與生物體相區(qū)別，后來發(fā)現(xiàn)有少數(shù)礦物，如石

墨及某些自然硫和方解石，是有機起源的，但仍具有作為礦物的其馀全部特征，故

作為特例，仍歸屬于礦物。至于煤和石油，都是由有機作用所形成，且無一定的化學(xué)

成分，故均非礦物，也不屬于似礦物。絕大多數(shù)礦物都是無機化合物和單質(zhì)，僅有極

少數(shù)是通過無機作用形成的有機礦物，如草酸鈣石［Ca（C2O4）-2H2O］等。

巖石的風(fēng)化與土壤的形成當巖石處在風(fēng)化它的環(huán)境條件下時，它是很穩(wěn)定的，但一

旦條件發(fā)生的變化，為了在新的條件下達到平衡，巖石必然發(fā)生相應(yīng)的變化。位于地殼深部的巖

石，由于地質(zhì)作用的結(jié)果露出地表，巖石本身因外壓力的減少而產(chǎn)生膨脹，導(dǎo)致巖石產(chǎn)生縫隙和

裂紋。同時巖石與大氣接