《地球科学概论》 2005年专业课讲课提纲 绪论 1地球科学的学科领域 自然科学分为数、理、化、天、地、生，其中“地”即地球科学，是研究地球的一门基础学科。本课程所指的“地球科学”包括以下学科领域：地质学，地理学中的自然地理部分，大气科学中的一部分，海洋科学中的一部分，环境科学中有关地球生态环境的部分。 2地球科学的研究内容 资源——提供人类生存发展所必需的资源 环境——保护人类生存发展所必需的环境 灾害——预防和减少自然灾害对人类的影响 起源——探索宇宙、地球、生命、人类的起源 演化——建立地球的演化历史、预测演化趋势 3地球科学的特点 时间漫长、空间巨大——时空尺度跨度大，思维方式和研究方法也要有所不同 系统庞大、对象复杂——强调系统思想，有时定性分析和逻辑推理比定量计算更重要 重现性差、探索性强——现场直接观测非常重要，不要受经验和理论所局限 信息量大、超越国界——大量使用高新技术，重视学科交叉、国际合作 4地球科学的基本方法 调查观测——推断解释——实践实验 类比方法：由此及彼 由已知到未知 将今论古 将古论今 注意，对于不可逆过程和偶然事件不能盲目地使用类比方法 5本课程的目的和要求 地球是人类的家园，人类从在地球上出现的那一天开始就没有停止过对地球和宇宙的探索。对地球和宇宙的认识每前进一步，都使人类的思想更加远离愚昧，从而使文明和科学出现一次大的发展。今天，如果一个受过教育的人对我们周围的地球和宇宙一无所知，那么，他所受到的教育是不完全的。他可能具有某些才能和知识，但不一定具有良好的科学素养。他不一定信神信鬼，但有可能被伪科学所迷惑。 本课程的目的就是要使大家了解我们的地球，了解人类在宇宙中的位置，了解人类与地球的关系。在人类的力量足以改变地球的今天，思考一下我们应该怎样与地球保持和谐，使人类社会持续发展。 地球科学是一门综合性学科，与大多数学科都有联系，运用几乎所有先进的技术手段，地球科学家要有很宽的知识面。本课程是地球科学的入门课程，要求了解地球科学的基本知识和基本理论，从整体上把握地球科学的系统脉络，避免在今后的学习中只见树木不见森林。 本课程要求在学习专业知识的同时，特别注意培养科学素质和科学精神。 第一章　宇宙、太阳系、地球 1宇宙、星系和宇宙起源 人类探索地球和宇宙的历程 天圆地方；共工触不周山；古希腊，毕达哥拉斯，亚里士多德；公元前240年，埃拉托尼色，亚历山大港的井；1519~1522，麦哲伦，环球航行；天地之体，形如鸟卵；亚里士多德—托勒密的地心说；哥白尼（1473~1543）的日心说；1600，布鲁诺，1632，伽利略；开普勒，提丢斯，哈雷，牛顿，康德，拉普拉斯；爱因斯坦，哈勃，宇宙大爆炸学说；射电望远镜，宇宙飞船，太空望远镜。 地球在宇宙中的位置 人类经过漫长的探索认识到：地球是一个球体，平均半径6371千米，两极略扁。地球是围绕太阳运转的一颗行星，而非宇宙中心。太阳是一颗恒星，太阳系中已知有九颗大行星，66颗卫星，1万多颗小行星（估计超过10万颗），数以亿计的彗星和流星。太阳系是银河系中的一个天体系统，银河系中有2000多亿颗恒星。银河系是总星系中的一个星系，总星系中有500亿个星系。总星系就是人类目前能够观察到的宇宙，大小超过150亿光年，年龄超过150亿年。 在如此巨大的宇宙中，地球是微不足道的，人类更不可妄自尊大，认为人类可以主宰宇宙是愚昧无知的。 宇宙的起源 唯物主义哲学认为宇宙是无边无际、无始无终的。但是我们可以观测到的宇宙是有限的客观存在，应该是有边有际、有始有终的。 1927年勒梅特写了一本名为《BIG BANG》的书，提出宇宙起源于一次大爆炸的设想。 1929年，哈勃根据星系红移现象的大量观测和计算发现，距离我们越远的星系，离开我们而去的速度越快，这就是著名的哈勃定律。它表明我们周围的星系正在四散离开，宇宙正在膨胀。 宇宙大爆炸模型 大爆炸前，宇宙物质和能量全部集中在一个点上，温度约为1032K，平衡只能维持极短时间。爆炸开始后，在10-34秒内体积膨胀1030倍。１秒后温度降至1010K，物质存在形式为辐射能和基本粒子。３分钟后温度降至109K，形成氘核、氦核、锂核。１百万年后宇宙间弥漫着等离子体。2.5亿年后温度降至103K，形成正常气体。10亿年后星系开始形成。50亿年后首批恒星出现。150亿年后的今天，温度降至3K，仍在膨胀。 支持宇宙大爆炸学说的证据有：哈勃的发现；氦的丰度；3K微波背景辐射。 科学家对宇宙大爆炸模型提出了一些问题，并且不断地提出新的模型，使我们对于宇宙起源的探索不断深入。 宇宙是永远膨胀下去还是转为收缩？——目前的认识是如果宇宙的总质量小于某个临界值则将永远膨胀下去，我们已知物质（包括暗物质）的总质量小于临界值的10%，据此应该永远膨胀而不会转为收缩。但可能有未知形式的物质。因为已经膨胀了150亿年，所以即使现在开始收缩，宇宙应该至少还会存在150亿年。 大爆炸最初阶段物质是什么状态？为什么在我们周围的宇宙中正物质比反物质多得多？——李政道和杨振宁，克罗宁和费兹两对诺贝尔奖获得者的研究可以解释。 如果宇宙是有始有终、有边有际的，那么大爆炸之前的宇宙是什么？宇宙之外又是什么？——仍然需要一个上帝？——霍金提出“无边界模型”，试图回答上述问题，在“无边界模型”中宇宙是无始无终、无边无际的——不需要上帝？ 2 太阳系和太阳系的形成 太阳系的形成 星云说是目前关于太阳系形成的比较合理的假说。星云说认为，距今100亿年前，银河系中出现恒星。大恒星很快演化为超新星，又变为星云。经过多次星云——恒星——超新星——星云这样的过程，到50亿年前，某一团星云形成了太阳系。太阳属中等恒星，不会演化为超新星，所以寿命很长。星云由气体和宇宙尘埃组成，在引力作用下逐渐收缩，并且越转越快。由于离心力的作用，在星云的赤道上分离出一个或几个圆盘。中心收缩形成太阳。圆盘中的物质相互吸引形成行星和卫星。太阳风把气体吹到远处，形成类木行星（木星、土星、天王星、海王星），近处留下的固体物质形成类地行星（水星、金星、地球、火星）。冥王星可能是一个例外。在火星与木星之间有10万颗小行星，木星的引力使它们无法形成大行星。在5000亿千米之外还有一个奥尔特云带，其中有5万亿颗彗星。 3 地球的起源和演化 盘古开天地，“混沌初开，乾坤始奠。轻清者上浮为天，重浊者下凝为地。” 地球是和太阳系同时形成的。地球的形成和早期演化过程：星云吸积——形成最初的地球——收缩、撞击、放射性元素——变热、熔融、重力分异——形成地核、地幔、地壳——引力足够大——形成大气圈——温度下降——形成水圈——有机大分子——出现生物。 地球的年龄是46亿年；地壳的年龄是42亿年；最早的生物出现于38亿年前。 4 地球上存在生命的条件和生命起源问题 行星地球的主要特征 地球到太阳的距离＝1.496×108km=1天文单位；地球的半径＝6371km；地球的质量＝5.976×1024kg；地表平均温度＝15℃；地球上的逃逸速度＝11.2km/s；地球上有液态水；有土壤；地球大气成分以氮气和氧气为主，氧气多达21%。 地球接受的太阳辐射能量 太阳表面温度6000K，中心温度1.5×107K，密度160g/cm３。在这样的高温高压下，物质处于等离子状态，氢聚变为氦，放出能量。1克氢聚变为氦损失0.029/4.0316=0.007193g质量，产生6.281×1011J，即1.5×108kcal的能量，按每千克标准煤发热7000kcal计算，相当于燃烧21.43吨标准煤。 太阳以电磁波的形式向外辐射能量，从无线电波到γ射线，主要波长范围是4000～150nm，50%为可见光（760～400nm），43%为红外线，7%为紫外线。 在日地平均距离（1.496×108km）处正对太阳的地球大气层顶面接受的太阳辐射能量为8.25J/cm2·min，这一数值称为太阳常数。 取大气层顶面距地面的高度为250km，则大气层顶面每分钟接受的全部太阳辐射能量为8.25×π(6.621×108)2＝1.136×1019J，相当于燃烧3.876×108吨标准煤。一年累计为5.97×1024J，按1kWh=3.6MJ计算，相当于发电1.659×1018kWh。 太阳发出的辐射能量为8.25×4π(1.496×1013)2＝2.32×1028J/min，地球接受的仅仅是其20亿分之一。太阳每秒钟转变为能量的质量为4.3×106吨，50亿年来累计损失质量为6.78×1023吨，仅占太阳总质量的0.034%。 由于大气削弱作用，就全球平均而言，到达地面（或海面）的太阳辐射大约只有太阳常数的45%。每平方米地面每小时接受的太阳辐射能量大约为8.25×0.45×60×104＝2.23×106J=0.62kWh，或者说到达地面的太阳辐射的功率大约为620W/m2。这一数值随纬度、海拔高度、水汽、日照时间等因素的变化而变化，不同地点有很大差异，通常在进行有关计算时取1000W/m2作为理论数值或标准数值，实际数值用辐照计在当地长期观测得到。 地球是已知唯一有生命的星球 地球到太阳的距离不远不近，不至于太热或太冷，恰好可以有液态水； 地球的自转产生昼夜变化，使光照均匀，温差不至于太大； 地球内部的热能可以使岩石熔化，从而分异出水和气体； 地球的大小适中，引力足以抓住水和气体； 大气圈不太厚，能够保温又不至于使地面温度过高； 因为有液态的地核和比较快的自转，所以有磁场，屏蔽了太阳风； 有臭氧层吸收了来自太阳的紫外线； 大气圈挡住了大部分撞向地球的陨石； 所有这些条件恰巧集于一身，得天独厚，所以地球上才有生命。 生命起源问题 生命起源问题至今尚未解决，目前一般认为，早期地球的海洋是热的，酸的，类似于今天的海底火山喷气口。生命很可能就起源于这样的“原始汤”中。从无机物到有机物，再到蛋白质、核酸这样的大分子有机物，再到非细胞生物，再到原核细胞生物，再到真核细胞生物，一步步进化。 生命是物质的最复杂的运动形式。地球上的生物丰富多彩，千姿百态。今天在地球上生存的物种估计有450万个。寒武纪以来曾经在地球上生存过的已绝灭的物种估计有3亿个。所有的物种都有一个共同的起源，人类也不例外。了解生物的起源和演化，了解人类和其他生物的关系，了解生物和地球环境的关系，有助于了解地球的历史和把握人类自己的未来。 “外星人” 不排除在太阳系的其他行星或卫星上存在某种简单生物的可能，但肯定没有高等生物。太阳系以外应该存在与地球相似的行星，但找到外星人的可能性并不大。天文学家推测宇宙中有１万颗行星上有生命，其中有的行星可能有智慧生物。这个概率并不大，在上百亿年的时间和上百亿光年的空间中，人类与它们相遇的概率就更小了。 5 地球毁灭的可能性 不能排除地球在宇宙中被毁灭的可能，但是概率很小。 小行星或彗星确实有可能撞击地球，地球历史上也多次发生过撞击事件，但引起巨大灾难的撞击平均大约5000万年才有1次，而且从未使地球毁灭。 太阳的寿命约100亿年，稳定存在的时间至少70亿年。也就是说，地球至少还可以稳定地存在20亿年。 人类还可以存在多少年呢？人类所担心的毁灭是否发生，实际上取决于人类自己的行为。 第二章　地球的天体运动 1 地理坐标系和大地测量 纬线——垂直于自转轴的平面与地面的交线称为纬线，分北纬和南纬，各90°，赤道为0°，两极为90°。 经线——包含自转轴的平面称为子午面，子午面与地面的交线称为经线（子午线），分东经和西经，各180°，通过原格林威治天文台的经线（本初子午线）为0°。 用经度和纬度构成的坐标系称为地理坐标系，可以表示地球表面上任何一点的平面位置。再加上海拔高度，便可以表示三维空间地理位置。 全球定位系统（GPS）使测量地理位置变得极为方便，目前精度已达米级或厘米级。 在大地测量中，用一个旋转椭球面拟合地球表面，这个椭球称为地球椭球。采用不同的椭球，有不同的地理坐标系，也称大地坐标系。我国目前常用的有1954北京坐标系，1980国家坐标系（也称西安坐标系），WGS-84坐标系。 　　我们通常使用的地图是平面直角坐标系，是用数学方法将地球表面的点投影到平面上得到的。投影方法有多种，我国的地图多采用高斯—克吕格投影。 2 地球自转与时差和科里奥利现象 地球的自转 地球自转和公转的方向都是自西向东，从北极上空向下看为逆时针转动。 地球自转周期——太阳日为24小时，恒星日为23小时56分4秒。地理北极和南极——地球自转轴与地面的交点。赤道面——通过地心且垂直于自转轴的平面。赤道——赤道面与地面的交线。 时差 地球自转产生昼夜变化，世界各地昼夜不同时。古时世界各地的日期和时间是不同的。现在世界各地都用公元纪年和世界时作为计算日期和时间的统一的标准。但是，由于习惯，各地的人们都认为还是使用根据当地的日出日落来确定的地方时比较好。为了解决各地时间不一致的问题，人们规定了时区和国际日期变更线。 将全球分为24个理论时区，每个时区的中央经线相差15°，地方时相差1小时，以中央经线的地方时作为该时区的标准时间，称为区时。 由于行政管理的需要，时区的界线照顾到国家或地区的疆界，各国有自己的规定。例如，中国国土跨东５区到东９区，但全国都用东８区的中央经线的地方时作为标准时间，称为北京时间。 国际日期变更线 由于地球自转，世界各地进入新的一天的时间有先有后。习惯上各地都以午夜０点作为新的一天的开始。当北京为当地时间上午８点时，伦敦为当地时间０点，因为伦敦在北京的西面，比北京晚见到日出，所以说伦敦时间比北京时间晚８个小时。此时惠灵顿时间为12时，因为惠灵顿在北京的东面，比北京早见到日出，所以说惠灵顿时间比北京时间早４个小时。此时温哥华时间为16时，如果认为温哥华在惠灵顿的东面，更早见到日出，那么温哥华时间比北京时间早８个小时，是当天下午；如果认为温哥华在伦敦的西面，更晚见到日出，那么温哥华时间比北京时间晚16个小时，是前一天的下午。 显然，必须规定一条东、西方的界线，这就是国际日期变更线，在这条线的西侧最早见到日出，东侧最晚见到日出，相差24小时。 各地时间用各自的地方时，日期用同一个日历。 从西向东跨越国际日期变更线要将日期退一日，例如星期三变为星期二；反之要进一日。 科里奥利现象 沿南北向运动的流体，在北半球的运动方向总是向右偏转，例如河流右岸冲刷较重，浮运木材向右岸漂，在南半球则向左偏转。此处的右（左）岸是指面向河流下游站立时右（左）手一侧的河岸。引起这种偏转的“力”称为科里奥利力。实际上并不存在这个力，而是流体因惯性保持原来的运动方向，地面因地球自转改变了方向，所以流体的方向相对发生偏转，看上去似乎流体受到一个力的作用。称为“科里奥利现象”更恰当。 沿东西向运动的流体也会发生科里奥利现象，沿其他方向的运动可看成南北向和东西向运动的合成，也存在科里奥利现象。把浴盆里的水放掉时，大多数会出现逆时针旋转的旋涡，就是科里奥利现象。 洋流和大气环流也存在科里奥利现象。 想象北半球一条南北向河流，河床与经线平行。在t1时刻河水流向恰与经线平行，到t2时刻河床随地球自转转过一个角度，仍然平行于经线，但河水因惯性仍保持原来的流向，于是河水冲向右岸。在南半球则冲向左岸。在赤道附近经线是互相平行的，所以不存在科里奥利现象。纬度越高，科里奥利现象越明显。 3 月球、潮汐和地球自转变慢 地球与月球的关系 月球半径为1738km，质量为7.35×1022kg，密度3.34。月面引力是地面引力的1/6。无大气和水，无磁场。 地月距离为384401km，是地球半径的60倍。 月球绕地球公转的周期——朔望月约为29.5日，恒星月约为27.3日。 月球的自转周期与公转周期相同，方向也相同，所以总是一面朝向地球。 月球对地球的引力形成海洋潮汐和固体潮，固体潮是地壳弹性变形，升降幅度可达7～15cm。潮汐摩擦使地球自转速度减慢，化石表明4亿年前的一年有400日。 地球自转减慢使地壳运动变得比较平缓。 4 地球公转和米兰科维奇学说 地球的公转 黄道——地球公转轨道平面称为黄道面，黄道面与天球的交线称为黄道。 黄赤交角——赤道面与黄道面的夹角，在缓慢变化，2000年为23°26′21.42″。 地球公转周期为365.25恒星日。 地球公转轨道为一椭圆，目前的偏心率（焦点距与长轴之比）为1/60。 太阳回归运动——由于地球自转轴是倾斜的，即存在黄赤交角，所以一年中太阳光直射地面的位置是往返移动的，最北的位置称为北回归线，最南的位置称为南回归线，回归线的纬度等于黄赤交角。阳光直射北回归线的这一天称为夏至日，直射南回归线的这一天称为冬至日。一年中阳光两次直射赤道，分别为春分日和秋分日。 由于存在黄赤交角，不同纬度不同季节的昼长不同。 米兰科维奇学说 南斯拉夫科学家米兰科维奇于1920年提出，地球轨道偏心率、地球自转轴倾角、岁差这三个要素的周期性变化导致地球夏季半年（春分至秋分）日照量减少是冰期形成的主要原因。50年后，这一观点得到古气候研究成果的支持，被广泛接受。 米兰科维奇学说不仅可以解释冰期的形成，同样也可以解释地球南北纬30度附近的两条干旱带的变迁。 第三章 地质事件和地质年代 1地质事件 地球在形成以来的漫长时间内发生了一系列变化，其中一些大的变化在地壳中留下的痕迹，是我们研究地球的线索，我们把其中有意义的称为地质事件。 地质事件的规模有大有小，例如原始海洋的形成、生物物种的出现和绝灭、大陆分裂漂移和碰撞、冰期和间冰期、地磁场反转等是全球性的重大事件，火山爆发、河流改道、洋底浊流等是区域性的事件。 地质事件的持续时间有长有短，如山脉隆起时间以百万年计，而山体滑坡则只有几分钟。 地质事件主要记录在地壳岩石中，我们通常根据岩石中特征的物质和特征的现象来识别地质事件。 不仅要知道发生过什么事件，而且要知道事件发生的时间。地质事件的时间有两个含义： 事件发生的先后顺序——相对地质年代；事件距离今天的时间——同位素年龄。 例如，2003年，在新疆罗布泊勘探钾盐的钻井中普遍发现泥层中夹有一层含石膏的细砂层，经过研究识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件，距离今天约80万年。它反映青藏高原的一次快速上升。 2相对地质年代 相对地质年代是指地质事件发生的先后顺序。确定地质事件的先后顺序的原理有地层层序原理、化石层序原理和切割关系原理。 地层层序原理 地层是层状岩石的总称，包括沉积岩、火山岩和浅变质岩。地层形成的顺序叫做层序，先形成的地层在下面，后形成的在上面。只要不发生倒转或推覆，我们看到的地层一定是上新下老。这一原理称为地层层序原理，也称为地层层序律。 在正常情况下，新地层中不可能出现老的事件。如果事件A只出现在老地层中，事件B只出现在新地层中，那么A早于B。 地层形成时，上新下老，一般是水平的，称为正常地层。地层受到构造作用的影响会发生褶皱，水平地层变为倾斜地层，只要还是上新下老，就还称为正常地层。如果变为上老下新，则称为倒转地层。 在野外，仔细观察地层的某些特征，可以帮助我们判断地层是正常还是倒转。例如，波痕、交错层理、粒序层理、包卷层理等。 某些逆断层可以把老地层推到远处的新地层之上，这种现象称为推覆构造。推覆构造也会打乱正常的地层层序。老地层和新地层各自的小的层序可能都是正常的，但包括老地层和新地层的大的层序是不正常的。 地层并不总是连续的、完整的，而且连续的地层也会受到后期的改变和破坏。 地层好比记载地球历史的一大套书，这套书分散在世界各地，有的前后颠倒，有的被拆散，有的因为被撕碎、被火烧、被磨损而缺页，而且所有的书都没有页码。要把这套书整理好，还要有别的方法。 化石层序原理 生物死亡后，遗体被沉积物掩埋，在地层中保存下来，称为化石 。生物活动的痕迹也可以被保存下来，称为遗迹化石，如足迹。对化石的研究使我们知道生物是如何从低级到高级、从简单到复杂逐渐演化的。演化是不可逆的，所以称为进化。虽然达尔文的生物进化论需要发展，但“生物进化不可逆”是正确的。 生物物种的出现和绝灭是特殊的事件，根据进化不可逆原理可以判断这些事件的先后顺序；根据地层层序原理也可以判断化石的新或老。两方面结合，不断发现，反复对比，就可以建立不同化石出现的先后顺序和绝灭的先后顺序。 根据地层中的化石的年代可以判断地层的年代，进而可以判断地层中记录的地质事件的年代。这一原理称为化石层序原理。 某些生物演化比较快，物种存在时间比较短，而且它们分布的范围比较广。用它们的化石判断地层的时代比较准确，而且比较容易在不同地区之间进行对比。这样的化石称为标准化石。 切割关系原理 若地质体A被地质体B切割或穿插，则B一定晚于A。这一原理称为切割关系原理。 例如，岩浆岩侵入围岩中，岩浆岩一定晚于围岩。一个岩体侵入于另一个岩体，靠同位素年龄可能难以判断先后，如果找到穿插关系，则可以确定。 再如，在砂砾岩的层面上常常见到冲刷面，因为冲刷面只可能切割先形成的岩层中的微层理，不可能切割后形成的岩层中的微层理，所以据此可以判断地层层序是否正常。 又如，被矿脉充填的断裂是成矿前断裂，切割矿脉的是成矿后断裂。 3同位素年龄 放射性元素的衰变存在如下规律： t = ( 1 / λ ) ln ( 1 + M / Nt ) 式中：t为衰变时间，λ为半衰期，M为新生子体，Nt为现存母体。 只要测出样品中新生子体和现存母体的原子个数之比，就可以计算出衰变时间。这一时间是从样品中的放射性同位素最近一次被封闭在一个体系（如矿物晶体）中开始到今天的时间，称为同位素年龄。 同位素年龄并非绝对年龄，因为它只能给出体系最近一次被封闭的年龄，而且要求封闭时体系中没有子体，封闭后也没有子体和母体的渗入渗出。给出的常常是样品经历的最近一次热事件的年龄，而不是样品形成的年龄。例如，造山带的岩石的同位素年龄常常是造山事件的年龄，而岩石的年龄可能老得多。一般情况下，造山过程中会有多次热事件，而且不会把岩石全部彻底改造，因此同一造山带的不同岩石样品的同位素年龄往往不一致。甚至一粒矿物的核部与边部的同位素年龄也可能不同。 4地球生物进化的重大事件和演化趋势 地球生物进化的过程和特点： 非细胞生物→原核细胞生物→真核细胞生物； 藻类→裸蕨类（孢子植物）→裸子植物→被子植物； 无脊椎动物→脊椎动物； 鱼类→两栖类→爬行类→鸟类、哺乳类； 从海洋到陆地； 逐渐远离水； 先有植物进化后有动物进化； 既有渐变过程也有突变过程； 人类今天的行为极大地影响了生物进化过程。 地球生物进化的重大事件： 最早的细菌——南非3800Ma，西澳3500Ma 厌氧自养原核生物——蓝细菌，光合作用——2000Ma 真核生物——宏观藻类——1800Ma，繁盛于1000Ma 软躯体动物——伊迪卡拉动物群——氧气——650Ma 有壳动物——澄江动物群——540Ma 鱼类——435Ma 植物登陆——臭氧层——400Ma 两栖类——350Ma 爬行类——250Ma 鸟类——140Ma 哺乳类——65Ma 人类——3Ma 生物大爆发事件 元古代晚期，植物在海洋中制造了足够多的氧气，为动物的出现和演化创造了条件。650Ma前首先出现以伊迪卡拉动物群为代表的生物爆发，但演化失败了，很快都绝灭了。 540Ma前的寒武纪早期，出现了以云南澄江动物群为代表的生物大爆发，动物界的各个门几乎同时出现了，门类之多，形态之丰富，出现之突然，甚至使人们对从简单到复杂的生物进化理论产生了怀疑。 生物大绝灭事件 元古宙末（650Ma）、寒武纪末(495Ma)、奥陶纪末(435Ma)、晚泥盆世弗拉斯期末(365Ma)、二叠纪末(251Ma)、三叠纪末(203Ma)、白垩纪末(65Ma)，共发生7次大规模生物绝灭事件。 二叠纪末的绝灭事件中，科减少了52%，种减少了90%以上。有人估计今天物种绝灭速度是二叠纪末的1000倍，确实值得忧虑了。 5地质年代表 经过地球科学家200多年的研究，已经识别出了生物进化的一系列事件及其顺序，据此建立了地质年代表。在地质年代表中，将地球历史分为几个大的阶段，即几个宙，每个宙又分为几个代，显生宙的每个代又分为几个纪，一个纪又分为几个世。近几十年又给根据化石建立的相对地质年代表加上了同位素年龄。地球科学家还在不断地完善地质年代表，使其更加精细和准确。 第四章 地球的物理性质和圈层结构 1地球的质量、密度和密度分布 1797年，卡文迪什用扭称法求出地球引力常数为6.754×10-8，1930年，海莱对卡文迪什的装置改进后测得为6.670×10-8。据此计算出地球的质量为5.9472×10-24吨。 地球的平均密度为5.516g/cm3。地壳上部沉积岩的平均密度为2.6，花岗岩的密度为2.85，地壳下部的密度为2.9。 密度的分布在垂向上是不连续的，在横向上也不完全是均匀的。 地球内部的密度的研究主要依靠地震波提供的信息。 2地震波 地震波分为纵波（P波）、横波（S波）和面波（M波）。主要利用纵波和横波来了解地球内部情况。 利用地震波可以了解地球内部各圈层的物质状态，还可以了解岩石圈内的构造界面。例如，石油勘探中主要依靠地震波来了解油田的构造。 纵波和横波的主要特点： 波速与地球内部物质的密度成正比，与物质的刚性成正比。纵波比横波快。横波不能通过液态和气态物质。 纵波和横波在遇到两种物质的界面时会发生折射和反射，并且会派生出新的纵波和横波，分别称为PP、PS、SP、SS震相，二次折射或反射后的称为PPP、PPS等震相。 穿过外核的纵波称为PKP波，穿过内核的纵波称为PKIKP波。 地球的弹性、塑性和粘性 弹性是物体在受力时发生变形，力去除后变形很快完全恢复的性质。地球的弹性表现为能传播地震波（弹性波），还表现为固体潮。 塑性是物体在受力时发生变形，力去除后变形不能完全恢复的性质。地球的塑性表现为地球是一个旋转椭球体，还表现为地壳岩层受力时往往发生弯曲褶皱。 粘性是物体在受力时发生变形，力去除后变形缓慢恢复的性质。地球的粘性表现为地震波的衰减，还表现为冰川消融后地面缓慢回升。 3地球的重力场和重力均衡 重力是地心引力与地球自转离心力的合力。 地球物理学研究重力时，仪器测量的是重力加速度，习惯上把“重力加速度”简称为“重力”，符号为g，单位为伽（纪念伽利略），1伽=1cm/s2，常用毫伽或微伽作单位。 g随纬度φ的增大而增大： g = 978.0318(1+0.0053024sin2φ-0.0000059sin22φ) g随海拔高度的增大而减小，每升高１米g值减小0.3083毫伽。 地表实测的重力值与理论计算值的差异称为重力异常。引起异常的原因是测点海拔高度、测点周围地形、地下岩石密度，我们关心的是后者，要消除前二者的影响。将测点高度校正到海平面称为自由空气校正。假定测点平面与海平面之间为一无限大水平板状体，减去它的影响，称为布格校正。自由空气校正和布格校正合称为高程校正。若测点周围的地形起伏不容忽视，则应先作地形校正。 经过布格校正后的异常称为布格异常，正（负）异常反映测点下方的岩石密度偏大（小）。 重力均衡是为解释喜马拉雅山对大地测量产生的误差而提出的假说，现已成为一个重要的理论。重力均衡理论的要点是：较轻的地壳浮在较重的地幔上，地壳的厚度各处不一样，山脉处较厚，称为山根，重力迫使其下面的地幔向地壳较薄处流动，莫霍面形态与地表形态成镜像对称。若已达到均衡，则山根的质量亏损等于海平面以上多出的质量。若未均衡，则存在重力均衡异常。山脉受剥蚀而降低时，重力均衡会使山脉上升而补偿一部分。地表的削高填低和重力均衡使地壳趋于各处厚度相等，但地球的运动不断地造成新的山脉和盆地。 有两种重力均衡模型——普拉特模型和艾利模型。 4地球内部的压力 地球内部的压力的大小用压强来表示。注意，在这里，压力和压强两个词常常被混淆。 如果压强（p）的单位为兆帕（106Pa），深度（h）的单位为千米，密度（ρ）的单位为克每立方厘米（g/cm3），重力加速度（g）为9.8米每秒每秒，则有如下关系： p = h·ρ·g 如果ρ取岩石的密度，则求出的是静岩压强；如果ρ取水的密度，则求出的是静水压强。在地壳上部某处的压强，可能是静岩压强，也可能是静水压强，也可能介于二者之间，取决于裂隙的封闭程度。 5地磁场和古地磁 地球表面的磁场称为地磁场。地磁场的要素有磁场强度（T）、水平分量（H）、垂直分量（Z）、磁偏角（D）、磁倾角（I）。磁场强度的单位为安匝每米（A/m）。 地磁场构成地球最外部的一个圈层——磁层，磁层屏蔽了太阳发出的宇宙射线，保护地球上的生物。 由于太阳活动引起地磁场的剧烈变化称为磁暴。磁暴对通讯、电力等有强烈影响，可以造成破坏。 选择若干地点测出地磁场数据，经过处理，作为理论值，各地实测值与理论值的差（ΔT）称为地磁异常。地磁异常可以用来判断地壳上部的岩石组成，例如，花岗岩和玄武岩的磁异常特征明显不同，也可以用来找矿。 地磁场的成因，双圆盘发电机假说，陆正亚的假说 古地磁 研究地球历史时期的地磁场的科学称为古地磁学。 岩石形成时，磁性矿物颗粒平行于当时地磁场的方向排列，并且被固定在岩石中，这种磁性称为原始剩磁。钻取定向样品，可以测出原始剩磁的方向，即当时当地的古地磁场方位和磁倾角。采集不同地点同时代岩石的样品，可以测出一系列古地磁场方位，作出一系列磁子午线，这些磁子午线的交点的平均位置即当时的古地磁极。由磁倾角（I）可以测出磁纬度（φ）： 2tanφ = tanI 。 古地磁学研究发现：地磁极绕地理极不断向西漂移，但在足够长时间（>10000年）内的平均位置等于地理极位置。已知8000万年以来多次发生地磁场反转，即磁南、北极颠倒的事件，间隔时间不定，平均约40万年，未发现处于反转过程中形成的岩石，说明反转过程很短。在一个大陆内部不同地点测出的同一时代的古地磁极相同，不同大陆的同一时代的古地磁极不同。这是大陆漂移的最好证据之一。 6地热能 地球外部圈层的运动的能量主要来自太阳辐射能，地球内部圈层的运动的能量主要来自地球内部的热能，而地球内部的热能又主要来自放射性元素衰变和重力分异，其次来自地球自转减慢和地球内部的物理化学反应。 地球内部的热不断地向外释放，所以从地表向下温度逐渐升高，称为地热增温现象。 地下20～30米以上，地温受太阳影响随昼夜和季节而变化，称为变温层。 变温层之下，约在距地表20～40米深处，地温与当地年平均气温相当并保持不变，称为常温层。 常温层之下，地温随深度增加而增加。 将深度每增加100米时地温增加的温度称为地温梯度，也称为地热增温率。大陆地区一般为2～3℃/100m。 地温梯度的局部变化称为地温异常，可以用来寻找地热资源或了解地壳构造。 地球内部通过地表单位面积单位时间向外传导的热量称为地热流（HFU），单位是J/cm2s。地热流的全球平均值为6.15×10-6J/cm2·s。 测量地热流可以了解地球深部构造。 7地球的圈层结构 地球的外部圈层分为大气圈、水圈、生物圈，有人认为土壤也应该作为一个圈层。 地球的内部圈层分为地壳、地幔、地核，每个圈层还可以进一步划分。 本章讨论地球的内部圈层结构。注意下列概念： 莫霍面，古登堡面，岩石圈，软流圈，陆壳，洋壳 根据近年来的发现，大陆地壳更合适的划分方案可能是上、中、下三层结构。中层可看成上、下地壳之间的过渡层，但是不连续，不是在各地普遍存在。中层的地震波波速比较低，厚度约几千米。 第五章 地球的物质组成 1元素和化合物 宇宙大爆炸，基本粒子——氢——氦——其他元素。 元素丰度——某个对象中的元素的质量百分比，又称克拉克值。 整个地球中元素丰度前十位的是Fe,O,Mg,Si,Ni,S,Ca,Al,Co,Na。 地壳中丰度大于1%的8种元素依次是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁，它们的丰度之和为98%。地壳中元素丰度前十位的是O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H。 根据元素的地球化学行为，可将元素分为五类： 造岩元素，是指地壳中丰度前十位的元素，是组成地壳岩石的主要元素，又称主量元素、常量元素，也称亲氧元素。 造岩元素中氧以阴离子形式存在，其他元素以阳离子形式存在，组成含氧盐和氧化物，含氧盐中的硅酸盐是地壳的主要化合物形式。 金属成矿元素，是指S、Cl、F等以阴离子形式存在的元素和Cu、Pb、Zn等以阳离子形式存在的金属元素,是组成金属矿物的主要元素。它们常常组成硫化物或硫盐，因此也称亲硫元素。有时也组成单质或金属互化物。 人类利用的金属元素大多数是从这些金属矿物中提炼的，另一些金属元素属于造岩元素，主要从它们的氧化物或含氧盐中提炼。 金属元素又可进一步分为贵金属元素、黑色金属元素、有色金属元素、稀有元素、稀土元素等。 亲生物元素，是组成水圈、大气圈、生物圈的元素，主要指C、H、O、N、P、B，它们的化合物形式主要是水、气体、有机物和生命物质。 此外，K、S、Ca、Na、Mg、Si、S、Al、Fe、Zn、Se、Pb、Cd、Hg、F等约二十多种元素也具有亲生物性，对生命过程有影响。 放射性元素，是具有放射性的一类特殊的元素。在元素周期表中，Po和排在Po后面的元素都是放射性元素，排在Po前面的元素中有十几种同位素具有放射性。其中常用于地质测年的有14C、40K、87Rb、147Sm、187Re、238U等。 微量元素，指地壳中丰度很低的元素。不易形成独立矿物，多以类质同象的形式存在于矿物中。（在某些场合，微量元素的另一种含义是指在某种物质中含量很少的元素。） 2矿物 地壳中元素的主要存在形式是矿物。 矿物是自然界中存在的单质或化合物，多数为无机晶质固体，少数为非晶质固体或胶体，煤、石油、天然气、琥珀等少数有机物可认为是特殊矿物。 地壳中的矿物有3000多种，主要的造岩矿物只有十几种，主要的矿石矿物只有几十种。 矿物的性质：形态、颜色、透明度、光泽、硬度、密度、解理、断口、磁性、发光性、化学性质、热学性质、放射性等。 形态，矿物晶体的形态有：各向等长的粒状；两向延长的板状、片状；一向延长的柱状、针状、纤维状。矿物集合体的形态有：晶簇，蜂窝状、葡萄状、鲕状等。 颜色，矿物的颜色丰富多彩，一种矿物可能具有不同的颜色，但是大多数矿物具有一种或少数几种比较固定的常见的颜色，可以作为鉴定特征之一。例如，正长石常为肉红色，斜长石常为灰白色。对宝石矿物而言，颜色是重要的评价因素之一。 条痕色，是指深色矿物在白瓷板上留下的划痕的颜色，即矿物的粉末在白色衬底上的颜色。对金属矿物而言，条痕色比颜色更固定，可作为鉴定特征之一。例如，金和黄铁矿的颜色都是浅黄色，但金的条痕色是浅黄色，而黄铁矿的条痕色为黑色。 光泽，是当物体表面发生光的反射时表现出的一种特征。常见矿物的光泽有金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽、蜡状光泽、树脂光泽、丝绢光泽、油脂光泽、沥青光泽、土状光泽等。 透明度，一般可分为透明、半透明、不透明三级。透明度可帮助鉴定矿物。对宝石矿物而言，透明度是重要的评价因素之一。 硬度，有绝对硬度和相对硬度之分，绝对硬度是用仪器定量检测的。相对硬度也称摩氏硬度，是将矿物的硬度分为10度，用10种常见矿物作标准，其他矿物的硬度通过与这10种矿物相比较而定。 滑石１　　　石膏２　　方解石３　　萤石４　　磷灰石５ 正长石６　　水晶７　　黄玉８　　　刚玉９　　金刚石10 通常也可以与指甲、小刀、玻璃相比较而大致确定矿物的硬度范围。 指甲2.5　　 小刀5.5　 玻璃６ 密度，一般可分为小、中等、大三类，金属矿物的密度较大。在准确鉴定矿物时，例如鉴定宝石时，可以用天平准确测量密度，作为鉴定的重要特征之一。 解理，是指矿物晶体受力时沿某些固定的面裂开的性质，分为极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、无解理。 断口，是指矿物不沿解理面裂开时的破裂面，断口的特征有助于鉴定矿物，如石英的贝壳状断口。 磁性，大多数矿物无磁性，磁铁矿具有明显的磁性，赤铁矿和黄铁矿具有弱的磁性。 发光性，某些矿物在紫外线照射下发出荧光，如白钨矿。 化学性质，是指矿物在遇到酸、碱等化学物质时表现出的性质。例如，方解石遇盐酸时剧烈起泡；白云石遇盐酸几乎不反应，加热方可见缓慢起泡。 常见矿物 按是否构成地壳岩石的主要矿物成分分为造岩矿物和非造岩矿物。 按是否可利用分为矿石矿物和非矿石矿物。 按化学组成分为硫化物矿物、卤化物矿物、氧化物矿物、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、单质矿物等。 常见的造岩矿物：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、金云母、普通角闪石、普通辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、石榴石、蛇纹石、绿泥石、阳起石、磷灰石等。 常见的矿石矿物：磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、黄铜矿、辉铜矿、蓝铜矿、孔雀石、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、黑钨矿、白钨矿、锡石、硬锰矿、辉锑矿、辰砂、黄铁矿、雄黄、雌黄、石膏、滑石等。 宝石是具有瑰丽、稀罕、耐久三个基本特征的矿物（宝石）或岩石（玉石）。 常见的宝石矿物：金刚石（钻石）、刚玉（红宝石、蓝宝石）、绿柱石（祖母绿、海蓝宝石）、电气石（碧玺）、黄玉（托帕石）、石英（水晶）、石榴石、橄榄石、硬玉岩（翡翠）、透闪石岩（软玉）、蛇纹岩（岫玉）、蛋白石（欧泊）、玛瑙等。 3岩石 岩石是矿物的集合体。分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大岩类。 岩浆岩——由岩浆冷凝结晶形成的岩石。占地壳体积的大部分。 岩浆岩按产状分为侵入岩和火山熔岩二个系列，按二氧化硅的含量分为酸性岩、中性岩、基性岩、超基性岩四个系列。主要岩石类型有： 　 　　　　酸性岩　　中性岩　　基性岩　　超基性岩 　侵 入 岩 花岗岩　　闪长岩　　辉长岩　　橄榄岩 　火山熔岩 流纹岩　　安山岩　　玄武岩　　苦橄岩 岩浆岩的矿物成分主要有正长石、石英、斜长石、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等，矿物的含量随二氧化硅含量的变化而变化。 沉积岩——地表先成的各类岩石（母岩）经过风化剥蚀搬运和沉积而形成的新的岩石。 成层性和含有化石是沉积岩的显著特征。沉积岩仅占地壳体积的0.5%，但是占了地球表面积的75%。 沉积岩按成因分为陆源碎屑岩、火山碎屑岩、化学与生物化学沉积岩三个系列。主要岩石类型有： 陆源碎屑岩　　砾岩　砂岩　粉砂岩　泥岩 火山碎屑岩　　集块岩　火山角砾岩　凝灰岩 化学与生物　　石灰岩　白云岩　硅质岩　磷质岩　铁质岩　岩盐 化学沉积岩　　煤　石油　天然气 变质岩——地壳中先成的各类岩石（原岩）在周围温度压力发生变化时岩石的成分和结构随之变化而形成的新的岩石。 变质岩是在原岩不发生整体熔融的情况下被改造而形成的，这一点区别于岩浆岩。 变质岩按成因分为区域变质岩、接触变质岩、动力变质岩三个系列。主要岩石类型有： 区域变质岩　　板岩　千枚岩　片岩　片麻岩　大理岩　石英岩 接触变质岩　　矽卡岩　大理岩　角岩 动力变质岩　　碎裂岩　断层角砾岩　糜棱岩 4地球内部各圈层的主要物质组成 上地壳（A1），陆壳以花岗岩为主，洋壳以深海沉积物为主。 下地壳（A2），陆壳以麻粒岩为主，洋壳以玄武岩为主。 上地幔盖层（B1），又称岩石圈地幔，地幔岩（橄榄石、辉石） 。地幔岩的组成相当于3份橄榄岩和1份玄武岩。在B1层中的局部高压、超高压环境，如板块俯冲带，除地幔岩外还有榴辉岩（石榴石、绿辉石）。 上地幔低速层（B2），又称软流圈地幔，熔融状态，地幔岩发生熔离作用，分异出玄武岩上升到地壳中，剩余部分的组成相当于橄榄岩。 上地幔均匀层（B3），橄榄石、尖晶石。 地幔过渡层（C），尖晶石、方镁石、方铁矿、斯石英。 下地幔（D），氧化物、具钙钛矿结构的硅酸盐矿物。 外地核（E），液态的铁、镍、硫、硅、氧。 地核过渡层（F），二硫化铁，液态。 内地核（G），固态的铁、镍。 5元素的迁移、富集和矿石 地壳中的元素在不断地迁移，迁移的过程导致元素的分散或富集。 元素的富集形成矿石。分布在一定的空间中的一种或几种矿石的集合称为矿床。 矿石是满足开采加工的经济、技术和环境条件的可利用的岩石，或者岩石中的元素或矿物可利用，或者岩石本身可利用。 大多数矿石由多种矿物组成，其中可利用的称为矿石矿物，不可利用的称为脉石矿物。例如热液型铅锌矿石中的方铅矿和闪锌矿是矿石矿物，从中提取元素铅和锌，方解石和石英是脉石矿物。 矿石可分为金属矿石和非金属矿石两大类。金属矿石中含有可利用的金属元素，例如铁矿石。非金属矿石中含有可利用的非金属元素，例如萤石中的氟；或可利用的矿物，例如石墨；或矿石本身可利用，例如大理岩。 主要的金属矿石：各种铁矿石、各种铜矿石、铅锌矿石、铝土矿、钨矿石、锡矿石、钼矿石、锰矿石、镍矿石、铬矿石、钛矿石、金矿石、银矿石等。 主要的非金属矿石：石灰岩、白云岩、萤石、高岭土、膨润土、石英矿石、云母矿石、硅灰石、硅线石、花岗岩、辉石岩、大理岩、岩盐、石膏矿石、煤、石油、各种宝石矿石等。 丰富不等于富集。例如，铝比铁丰富，但铝比铁更分散，铁更易富集成矿。钾与钠的丰度相差无几，但钾富集成矿的程度差得多。 自然过程的总趋势是分散，因为分散是趋于无序、使体系内能减小、趋于稳定的过程。而富集是有条件的，是不稳定的。因此矿产资源是有限的，应该珍惜。 采矿是一个人为的分散过程，一旦分散就很难利用了。 采矿也使某些物质迁移到环境中，造成污染。 污染就是在一定的空间中某种物质的数量超过了限度。 采矿还会对矿山周围的生态环境造成破坏。 对于矿产资源枯竭和采矿的环境问题应重视，但不必悲观。 第六章　板块构造 1大陆漂移说 修斯（1909）——南半球大陆可以拼合——冈瓦纳大陆。 魏格纳（1915）——大西洋的两岸可以拼合——约300Ma前存在一个全球统一的大陆——联合古陆（泛大陆、盘古大陆）——约200Ma前分裂为劳亚大陆和冈瓦纳大陆——再分裂、漂移、拼合，成为现今各大陆。 大陆漂移假说提出后，引起一场争论，由于证据不足、漂移机制难以解释和人们受传统观念的束缚，未得到公认。 2海底扩张说 二战期间及战后，出于军事和资源的目的，人类对深海进行了大规模调查，获得了大量新发现。1960至1962年，赫斯和迪茨综合了当时已经发现的事实，首先提出了海底扩张假说，在随后的几年里，新的发现使海底扩张假说得到了证实。到1970年，海底扩张说被普遍接受。 海底扩张假说提出时依据的事实： 1　声纳测量使人们认识了海底地形,重要的地形单元有：大陆架、大陆坡、大洋盆地、洋脊、海沟、岛弧、海山。 大陆与大洋的地形单元的组合构成三种大陆边缘： 大西洋型大陆边缘（大陆架——大陆坡——大洋盆地） 日本海型大陆边缘（大陆——弧后盆地——岛弧——海沟——大洋盆地） 安第斯型大陆边缘（大陆边缘山脉——窄的大陆架和大陆坡——海沟——大洋盆地） 2　海底地震震中95%分布于洋脊附近，都为浅震，发震机制都为水平拉张。说明洋脊是岩石圈的巨大裂口。洋脊是地热高异常带。说明是地球内部热流上升区。洋脊为重力负异常带。说明下方地幔密度较小。洋脊下方地幔波速降低，莫霍面模糊。说明地幔熔融。洋脊两侧海底为枕状玄武岩，深海沉积物很少。枕状玄武岩受高地热流的影响而变质。 3　从洋脊向两侧，风化程度逐渐变强，沉积物逐渐变厚。说明洋脊是新生的，越向两侧洋壳的年代越老。 4　从洋脊向两侧，有一系列平行洋中脊的对称的极性正反相间的海底磁异常条带，宽不超过数十千米，长可达数千千米。 5　沿海沟靠大陆一侧为一地震带，震源深度从海沟向大陆逐渐从０变为数百千米。这个倾斜的地震带称为贝尼奥夫带。海沟是一个重力负异常带，异常中心偏向大陆一侧，因为海沟是负地形，所以一定有一个超过重力均衡的力强制海沟下陷，把它和贝尼奥夫带联系起来看，最简单的解释就是洋壳从海沟处俯冲到上地幔中。海沟是低地热流异常区，向大陆一侧200千米左右开始有一个高地热流异常区，与火山带位置相同。 海底扩张假说的主要内容： 1　岩石圈浮在软流圈之上漂移。 2　地幔中存在热物质上升引起的对流。 3　来自地幔上升的岩浆从洋脊涌出，冷却后形成洋壳，洋壳不断向两侧扩张。 4　洋壳（岩石圈）运动至海沟处向下插入地幔。 5　下插的岩石圈熔融消失，形成岩浆，从海沟靠大陆一侧上升，形成大陆边缘火山带或岛弧火山带。火山带的岩石类型主要为安山岩，称为安山岩带。 证实海底扩张假说的工作： 1　古地磁的工作 瓦因和马修斯（1963）根据海底扩张假说推断海底磁异常条带的成因是洋脊扩张和地磁极反转，模拟计算证实了这一点。其他人对大陆上的熔岩和深海软泥也独立地进行了古地磁研究，三者结果一致，有力地证实了地磁极反转和洋脊扩张的推断。 2　洋壳年龄的工作 1968年“格罗玛—挑战者号”深海钻探船在各大洋取得数万米岩芯。由于玄武岩已变质，不能用同位素定年，但可以用大洋沉积物底部的化石定年。结果发现离洋脊越远，洋壳年代越老，对称分布，最老不超过侏罗纪。证实了洋壳在洋脊增生，在海沟消亡的推断。 3　转换断层的工作 在洋脊附近有一系列平移断层，将洋脊和磁异常条带错开可达数百千米，地震频发，震源大多数分布在错开的洋脊之间。威尔逊（1965）推断：因为洋脊在不断扩张，所以在错开的洋脊之间的断层位移与洋脊错开的方向相反，在洋脊外侧的断层两盘位移方向相同甚至同步；洋壳和磁异常条带的位移在持续增加，而洋脊的位移却可以不变。这是因洋脊扩张量不同引起的一种特殊的断层，称为转换断层。赛克斯等人对大西洋地震发震机制的研究，发现确实如推断所言是“相反”的。威尔逊和瓦因对圣.安德列斯断裂的研究，认为是一条转换断层，后来果然在其东侧“相反”方向发现了被错开的洋脊，证实了转换断层的推断。 海底扩张说的研究路线： 分析事实——提出假说——证实假说 证实假说的研究路线： 依据假说提出推断——再进行观测研究——将新的事实与推断相比较，如果吻合则证明假说正确。 3板块构造说 在海底扩张说提出之后，人们重新想到了大陆漂移说，补充了新的证据。在大陆漂移说和海底扩张说的基础上，于1970年前后提出了板块构造说。 板块构造说是关于地球岩石圈活动演化总体规律的一个比较系统完整的学说，是地球科学长期积累的知识的综合和创新，能够较好地解释各种地质现象和统一各相关学科的知识。这一全新的理论很快被普遍接受。随后根据这一理论重新认识大陆上的古老构造，识别出一系列古板块，进一步证实和发展了板块构造说。板块构造学说是20世纪科学的重大突破之一。今天它已经成为地球科学的一个基本理论。 板块构造说提出时积累的大陆漂移的证据： 1　声纳测量发现大陆边界不是海岸线，而是大陆坡。布拉德（1965）用计算机对大西洋两侧915m等深线进行拼合，误差仅1度。其他学者对其他大陆进行拼合也获得成功。 2　拼合后的大陆不仅轮廓吻合，而且老的岩石和构造带也是对应连接的。 3　非洲、南美洲、澳洲、印度、南极洲的二叠纪早期地层中都含有以舌羊齿和恒河羊齿为代表的植物化石。以往古生物学家认为当时这些大陆通过陆桥相连，海底测量证实根本不存在陆桥，所以大陆漂移是最好的解释。爬行动物化石也有类似的情况。 4　南半球各大陆及印度都有二叠纪的大陆冰盖，说明当时是一个大陆并位于南极附近。 5　古地磁学的研究可以根据已知年代的磁性岩石测出该地质年代的古地磁极位置，不同地点同一年代的岩石测出的古地磁极应该是重合的。但事实是，在同一大陆内的同一大地构造单元内的各点测出的古地磁极是重合的，而在不同大陆测出的古地磁极并不重合。不同时代的古地磁极的连线称为极移轨迹，发现欧洲和北美洲的极移轨迹不重合，但是如果把两个大陆拼合起来，则极移轨迹也随之重合起来。 板块构造学说的主要内容： 1　岩石圈相对刚性，软流圈相对塑性。洋脊、海沟、转换断层三种活动带将岩石圈分割为若干稳定的板块。石圈板块可以发生大规模水平位移，镶嵌在岩石圈中的大陆随之漂移。一个板块可以分裂拉开为两个板块，两个板块也可以碰撞拼合为一个板块。现代岩石圈分裂为12个板块：欧亚板块、北美板块、太平洋板块、非洲板块、南美板块、印度洋板块、南极板块、阿拉伯板块、菲律宾板块、科科斯板块、纳兹卡板块、加勒比板块。 2有三种板块边界。洋脊和大陆裂谷为岩石圈的扩张带、增生带，称为离散型板块边界；海沟和碰撞造山带为岩石圈的俯冲带、消亡带，称为会聚型板块边界，包括洋—洋俯冲、洋—陆俯冲、陆—陆碰撞三种情况；转换断层两侧的岩石圈只发生水平错动，称为平错型板块边界。 3　地幔柱在漂移的大洋板块上形成火山岛链。 4　大洋板块是年青的、不断增生和消亡的，板内构造比较简单。大陆板块是古板块拼合成的，可识别出古板块分裂和拼合的事件，板内构造复杂。陆—陆碰撞造山带也称为地缝合线，识别标志有：蛇绿岩套（古洋壳）；安山岩带（古岛弧或山弧）；混杂堆积（古海沟）；高压变质带（古俯冲带）。 5　板块构造演化分为六个阶段，分别用今天地球上的实例来代表，称为威尔逊旋回：东非裂谷——红海——大西洋——太平洋——地中海——喜马拉雅山。 6　板块运动的驱动模式仍未解决，一般认为是地幔对流，对流的原因是地球内部散热和重力分异。 板块构造学说的形成过程给我们的关于科学发现和创新的启示： 不要轻易否定貌似异想天开的新观点。科学上的重大突破来自知识的积累和新的发现。学科的交叉和综合有利于创新。正确的研究路线非常重要。科学工作者个人要具备良好的素质和创造力。科学工作者的创造力来源于宽广的知识面、丰富的想象力、强烈的创新意识、良好的合作精神、严谨的工作作风。 第七章　内动力地质作用 1地质作用的概念和分类 地质作用是指地球上的物质发生运动、变化的过程。 因为这里的“过程”可以看成是地球物质间的相互影响，所以称为“作用”。由于使用的场合不同，强调的侧面不同，习惯的不同，可能使用“作用”、“过程”、“运动”、“活动”等不同的词，都可以理解为“过程”。 地质作用的分类，首先根据能量的来源分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类。前者的能量来自地球内部的热能，后者的能量来自太阳辐射能和地形起伏的重力能。再根据过程的特征进一步分类，过程的特征包括参与过程的物质、运动形式、变化结果、对其他过程的影响等。 过去的分类中，在内动力地质作用之下有地壳运动和构造变形两类，即所谓“大构造”和“小构造”。本课件合并为“构造作用”一类，与岩浆作用、变质作用并列。构造作用之下再分为板块运动、地壳运动、变形作用三类。 过去的分类中，在外动力地质作用之下有一类块体运动，也称为下坡运动或重力地质作用或负荷地质作用，包括滑坡、崩落、潜移和泥石流。本课件将滑坡、崩落、潜移等归为重力搬运作用，将泥石流归入流水搬运作用，将水下斜坡沉积物滑塌也归入重力搬运作用。 外动力地质作用之下还有一类成岩作用，指沉积物变为沉积岩的过程。本课件认为，成岩作用可以看成是沉积过程的最后阶段，一般不必分出。有时“成岩作用”一词指岩浆岩的形成过程，显然它与岩浆作用的概念重叠，最好不这样用。 本课件将地质作用分为： 内动力地质作用 构造作用 板块运动　　地壳运动　　变形作用 岩浆作用 侵入作用　　火山作用 变质作用 区域变质作用　　接触变质作用　　动力变质作用 外动力地质作用 风化作用 物理风化作用　　化学风化作用　　生物风化作用 剥蚀作用 地面流水侵蚀作用　　地下水溶蚀作用　　风蚀作用 冰川侵蚀作用　　海蚀作用　　浊流侵蚀作用 搬运作用 地面流水搬运作用　　地下水搬运作用　　风搬运作用 冰川搬运作用　　海洋搬运作用　　重力搬运作用 沉积作用 地面流水沉积作用　　地下水沉积作用　　风沉积作用 冰川沉积作用　　海洋沉积作用　　重力沉积作用 火山沉积作用　　生物沉积作用 2构造作用 构造作用是岩石圈、地壳或岩石受到力的作用发生变形和变位的过程。 构造作用属于内动力地质作用，根据规模进一步分为板块运动、地壳运动和变形作用。 板块运动，是岩石圈运动变化的过程。运动形式是板块的分裂、扩张、位移、俯冲、碰撞等。变化的结果是形成裂谷、海洋、山脉，导致大陆的分裂、漂移、拼合等。板块运动是全球尺度的，是规模最大的地质作用，它影响到岩石圈、水圈、大气圈、生物圈中几乎所有的其他地质作用。其他地质作用发生在板块的不同部位和板块运动的不同阶段，都是区域尺度的或露头尺度的。 地壳运动，是地壳（主要指大陆地壳）运动变化的过程。运动形式是水平挤压、拉伸和垂直上升、下降。变化结果是形成山脉、盆地等。是区域尺度的。地壳运动可进一步分为造山运动和造陆运动。造山运动可以引起变形作用和变质作用，可以影响外动力地质作用。 变形作用，是岩石圈（主要是地壳上部）的岩石由于受到力的作用而发生变化的过程。运动形式是岩石的变形和变位。变化结果是形成地震（弹性变形）、褶皱（塑性变形）或断裂（脆性变形）。断裂包括断层（有明显位移）和节理（无明显位移）两种。变形作用可以引起动力变质作用，也可以影响外动力地质作用。 褶皱是层状岩石的连续弯曲变形，分为背斜和向斜。背斜的核部地层较老，翼部地层较新，向斜反之。 断层是岩石的不连续变形，分为正断层、逆断层和平移断层。断层面两侧的岩石称为断层的两盘。正断层是水平拉张造成的，上盘相对向下移动。逆断层是水平挤压造成的，上盘相对向上移动。平移断层是水平剪切造成的，两盘的相对位移有两种情况，左行平移（逆时针）或右行平移（顺时针）。 描述构造变形的要素称为构造要素，如岩层面、断层面等。构造要素的空间方位称为构造要素的产状，如地层产状等。表示产状的参数有走向、倾向和倾角，用罗盘测量得到。 3岩浆作用 岩浆作用是来自上地幔或下地壳的岩浆的形成和变化的过程。运动形式是岩浆生成、运移、侵入围岩或喷出地表、冷凝结晶。变化结果是形成侵入岩或火山岩。岩浆作用是地球内部热能向外释放的主要过程，也是许多金属元素富集成矿的主要过程。 岩浆作用属于内动力地质作用，根据岩浆是否喷出地表分为侵入作用和火山作用。 侵入作用，是岩浆形成、上升到地壳上部、缓慢冷却结晶形成侵入岩的过程。运动形式是上地幔或下地壳部分熔融生成岩浆，岩浆沿断裂上升，与周围岩石相互影响，冷却结晶。变化的结果是形成各种侵入岩体。侵入作用可以引起成矿作用和接触变质作用。 侵入岩体依形成时距地表的深度分为深成岩(>3km)和浅成岩(<3km)。浅成岩常具有斑状结构。侵入岩体依产状不同分为岩基、岩株、岩墙（岩脉）、岩床、岩钟等。岩基、岩株、岩墙切割了围岩，为不协调侵入关系；岩床、岩钟为协调侵入关系。对于岩床要注意观察是侵入岩还是火山熔岩，与上覆地层之间是侵入接触关系还是沉积接触关系。 侵入过程中围岩的组分进入岩浆，称为混染。岩浆的组分进入围岩，称为交代。交代和烘烤使围岩发生接触变质。 侵入过程中在合适的条件下可以发生金属成矿作用。侵入岩的冷凝结晶过程十分缓慢，岩浆中的各种组分随着温度压力的下降先后形成不同的矿物顺序结晶出来。组分因此而分离，称为结晶分离。金属元素可能因此而富集成矿。例如，铁、钛、铜、镍等可能在岩浆冷凝的早期结晶出金属矿物沉降堆积在岩体的下部而成矿。更常见的是在岩浆冷凝的晚期，金属元素富集在岩浆分离出的含挥发分的水中，在围岩或已凝固的岩体的裂隙中结晶出金属矿物而成矿。 尚未完全冷却的岩体是一种地热资源。 火山作用，是火山喷发形成火山熔岩和火山碎屑的过程。喷出之前岩浆的形成和上升过程归于侵入作用，火山碎屑的沉积过程归于沉积作用。参与火山作用的物质是岩浆、岩浆分离出的水和气体、围岩（包括先期形成的火山岩）。火山作用形成火山锥、熔岩高原、火山岛、洋脊。火山作用可以形成土壤、矿产、地热资源、旅游资源，也可以影响环境、造成灾害。 一座火山常多次喷发。正在喷发或随时可能喷发的称为活火山；已停止喷发但可能再次喷发的称为休眠火山；已无任何活动迹象的称为死火山。火山的分布，主要在会聚板块边缘，其次在分离板块边缘，很少在板块内部。 火山喷发的形式有中心式喷发和裂隙式喷发两种。 中心式喷发，有一个或一群火山口，喷出的熔岩和火山碎屑形成火山锥。火山口常因塌陷或爆炸成为破火山口。最后一次喷发残留在火山口中的岩浆形成火山颈。死火山的火山颈因相对耐风化而常突出于地表。流纹质岩浆粘度大，挥发分含量高，往往形成猛烈爆发，火山锥高耸。玄武质岩浆粘度小，挥发分少，易流动，岩浆“宁静”地溢出，可以流到几千米以外，火山锥低缓。 裂隙式喷发，玄武质岩浆从一个或一群狭长的裂隙中溢出，在大陆上形成玄武岩高原，在海底则形成洋脊。 火山熔岩是从火山口流出的岩浆冷凝而成的岩石。因为快速冷却来不及结晶，熔岩多为隐晶质、玻璃质，或只有少量细小的斑晶。熔岩内部常有气孔。气孔中常充填后期的矿物，称为杏仁构造。熔岩表面具有绳状构造、渣状构造。海底熔岩常见枕状构造。玄武岩常出现柱状节理。根据这些特征可以将熔岩与侵入岩和沉积岩区别开。 火山碎屑是岩浆喷射到空中冷凝落下形成的碎屑和火山口附近的围岩（包括先期形成的火山岩）被炸碎抛到空中再落下形成的碎屑。按碎屑的粒度分为火山集块（>64mm）、火山角砾（64～2mm）、火山灰（<2mm）。火山弹是喷射到空中的岩浆落下形成的，形状常为流线型，表层较致密，内部有气孔。 火山爆发时喷出大量的水蒸气和二氧化碳等气体，对大气圈、水圈、生物圈都有很大影响。这些气体携带大量火山灰进入大气层，可以被大气环流扩散到全球，对全球气候产生影响。 火山作用可以形成矿产和地热资源，火山灰可以形成特别肥沃的土壤，火山地区奇特的景观是很好的旅游资源。 火山作用可能对环境造成破坏，也可能造成地震、海啸、泥石流、洪水等灾害，熔岩流可以烧毁森林和房屋，火山灰可以掩埋村庄和城市。 4变质作用 变质作用是在不发生整体熔融的条件下，岩石的组成和结构发生变化形成变质岩的过程。变质作用的主要因素是温度、压力、流体和原岩，当这些因素发生变化时，岩石中的某些矿物变得不稳定，元素重新组合或重新排列，形成新的稳定的矿物或原先的晶体重结晶而长大。岩石中矿物的排列方向受压力的影响而趋向于定向排列，形成片理、线理构造。出现新生矿物是变质作用的主要标志。变质作用可以形成矿床。 变质作用进一步分为区域变质作用、接触变质作用、动力变质作用。 区域变质作用，是地壳深部的高温、高压和流体使岩石发生变化的过程。常发生于造山带，形成的变质岩分布于一个较大的范围，故称为区域变质作用。参与过程的物质是原岩和流体，原岩可以是岩浆岩、沉积岩、变质岩，其中沉积岩、火山岩和浅变质岩相对易变质，侵入岩和深变质岩相对不易变质。变化的形式有生成新矿物、重结晶、交代、定向排列。随着温度、压力由低到高，变质程度由浅到深，原岩中先后出现一系列变质矿物。例如泥岩中先后出现绿泥石、黑云母、石榴石、硅线石。区域变质作用的结果是形成区域变质岩，也可以形成石墨等区域变质矿床。 在地壳深部，当温度、压力、流体和原岩的组合达到某种状态时，岩石开始发生部分熔融，区域变质作用向岩浆作用过渡，称为混合岩化、花岗岩化作用，某些巨大的花岗岩基可能是这样在“原地”形成的，而不是侵入的。 区域变质作用在洋脊形成绿岩带（绿泥石化玄武岩）；在会聚板块边缘，靠近火山弧形成低压高温变质带（红柱石—硅线石组合），靠近海沟形成高压低温变质带（蓝闪石—硬玉组合）；在碰撞造山带出现大规模混合岩化和花岗岩化，还可以出现俯冲到上地幔再快速折返的超高压变质带（榴辉岩、柯石英）。 接触变质作用，是岩浆的高温和流体使围岩发生变化的过程。仅发生于侵入岩接触带（主要是外接触带）。参与过程的物质是围岩、岩浆和流体。岩浆的高温使围岩发生重结晶，岩浆中的流体交代围岩生成新的矿物。温度为主要因素的称为接触热变质作用，形成角岩、大理岩等变质岩，可以形成硅灰石矿床等接触热变质矿床。流体为主要因素的称为接触交代变质作用，形成矽卡岩等变质岩，可以形成矽卡岩型铜矿床等接触交代变质矿床。 动力变质作用，是岩石圈运动产生的应力使岩石发生变化的过程。仅发生于断裂带、挤压带、剪切带。变化的形式有矿物晶体滑移、压扁、拉长和定向排列；也可以生成绿泥石等变质矿物；在一定的温度和压力条件下剪切应力可以使岩石发生塑性流变，形成韧性剪切带。动力变质作用的结果是形成断层角砾岩、糜棱岩等动力变质岩，也可以使元素发生迁移富集成矿，例如韧性剪切带型金矿床。 第八章　外动力地质作用 1风化作用 风化作用，是地表岩石在原地发生变化成为松散堆积物和被溶解的过程。参与过程的物质有岩石、空气、水、冰、阳光、生物。变化的形式有物理的、化学的、生物的。结果是使岩石变为岩屑、砂、土壤和可溶性物质。留在原地的风化产物称为残积物，主要分布于山顶和平缓山坡，地表受风化作用影响的岩石和残积物合称为风化壳。风化作用可以形成残积砂矿床（金、锡、钨、宝石等）和风化壳矿床（铝土矿、高岭土等），还可以形成多种地貌，提供旅游资源。 风化作用分为物理风化作用、化学分化作用、生物风化作用三种，常同时发生。 物理风化作用，是地表岩石发生机械破碎的过程。变化的形式是崩解。原因之一是温差引起的热胀冷缩；原因之二是裂隙中的水结冰膨胀引起的冰劈。作用的结果是岩石变为岩屑和砂，它们棱角明显，无分选，不改变成分，不生成新矿物，原地堆积在母岩之上或崩落于坡脚形成倒石堆。 化学风化作用，是地表岩石发生化学变化的过程。变化的形式有溶解、水化、水解、碳酸化、氧化等。作用的结果是岩石分解为易溶物质和难溶物质，前者随水迁移，后者留在原地成为残积物。例如，石灰岩被水溶解，钙、镁等随水迁移，难溶的硅、铝、铁、粘土等残留原地，称为红土。 生物风化作用，是地表岩石在生物（主要是微生物和植物）的作用下发生变化的过程。变化的形式是有机酸分解、根劈等。作用的结果是形成土壤。土壤与物理、化学风化作用产物的不同之处在于土壤中含大量腐殖质和微生物。 2剥蚀作用 剥蚀作用，是指风、流水等介质将风化产物剥离带走的过程，也指介质本身或其携带的砂砾对地表的磨蚀、溶蚀、冲刷的过程，后者也称为侵蚀作用。剥蚀作用的结果，一是将母岩暴露出来，继续风化；二是改变地表形态，造成特殊的地貌。剥蚀作用可分为地面流水侵蚀作用、地下水溶蚀作用、风蚀作用、冰川剥蚀作用、海蚀作用、浊流侵蚀作用等。 地面流水侵蚀作用，地面流水包括片流（坡面流水）、洪流（沟谷流水）和河流。片流洗刷地面土壤，洪流冲刷沟谷，二者造成水土流失和歹地，修梯田和植树种草是有效的防治措施。泥石流是一种特殊的洪流。河流的侵蚀作用又分为下蚀、侧蚀和向源侵蚀。下蚀使河谷加深，侧蚀使河谷弯曲和加宽，向源侵蚀使河谷延伸。河流侵蚀作用形成峡谷、河曲等河流地貌。下蚀作用的极限称为侵蚀基准面。 地下水溶蚀作用，主要是指石灰岩等岩石发生化学风化时产生的可溶性物质被带走的过程。实际上，在溶蚀过程中，风化作用、剥蚀作用、搬运作用是同时发生的。形成溶洞等喀斯特（岩溶）地貌。 风蚀作用，是指风携带的砂砾对岩石的磨蚀作用和对土壤的吹蚀作用，形成蘑菇石等风蚀地貌和沙尘暴。风蚀作用在近地表处比较强。风蚀作用是造成荒漠化的原因之一，植树种草是有效的防治措施。 冰川剥蚀作用，是指移动的冰川及其所携带的砂砾对地表岩石的磨蚀和拔蚀的过程。形成角峰、冰斗、U形谷等冰蚀地貌。 海蚀作用，是指波浪及其所裹挟的砂砾对海岸的冲刷、磨蚀、溶蚀的过程。形成海蚀崖、波切台等海蚀地貌，使海岸线后退。 浊流侵蚀作用，是指浊流对大陆坡的冲刷过程。浊流的密度高、流速快、能量大，是一种大规模的剥蚀作用。在大陆坡上形成巨大的海底峡谷。常冲断海底电缆。 3搬运作用 搬运作用，是风、流水等载体将风化剥蚀产物转移到沉积场所的过程。依载体进一步分为地面流水搬运作用、地下水搬运作用、风搬运作用、冰川搬运作用、海洋搬运作用、重力搬运作用。 地面流水搬运包括片流、洪流、河流、泥石流搬运。 海洋搬运包括潮流、洋流、浊流搬运。 风和水流属于牵引流（载体主动）；泥石流、浊流属于重力流（碎屑主动）。 河流、地下水和洋流能搬运碎屑和溶解物，地下水主要搬运溶解物，其他方式只能搬运碎屑。 风搬运的碎屑一般小于几毫米，河流搬运的可达几十厘米，泥石流可达几米，冰川能搬运几十米见方重达几十万吨的岩块。浊流的能量最大，但它发生在大陆坡，那里只有细的碎屑。 重力搬运作用包括崩落、滑坡和潜移（坡面土层蠕动），国外常称为块体移动（mass wasting ），教材中称为块体运动。重力搬运过程主要发生在山区，常造成灾害。发生在水下斜坡的沉积物滑塌也属于重力搬运作用。过程发生的基本因素是陡坡地形，触发因素是掏空坡脚、超负荷、震动、水的加入。 4沉积作用 沉积作用，是被搬运的物质堆积的过程。 搬运过程需要能量。风和洋流的能量来自太阳能，潮流的能量来自月球引力，其他搬运过程的能量来自剥蚀区与堆积区之间的高差产生的位能。各种能量都转变为搬运介质的动能。在搬运过程中，当介质的动能减小时（例如，河流从山区进入平原，风速减小），或物理、化学条件发生变化时（例如，冰川融化，水的pH值变化），被搬运的物质就会堆积下来。 沉积作用不仅仅发生在搬运过程的最后阶段，在搬运过程中的各个阶段都可以发生。风化、剥蚀、搬运、沉积往往是交叉进行的。 沉积盆地是发生沉积作用的主要场所，是地球表面的负地形。沉积盆地可分为不同类型，各有不同的沉积组合。 地面流水沉积作用，包括洪流、河流、泥石流、湖泊沉积。洪流在山区河流出口处形成洪积扇。河流在河床形成河漫滩、在下游两岸形成冲积平原，在入海或入湖的河口处形成三角洲。泥石流在山麓地区形成特殊的堆积，是一种灾害。洪流沉积分选较差，层理不发育；河流沉积分选较好，层理发育；泥石流沉积无分选，无层理。河流沉积可以形成砂矿。 河流带入干旱区湖泊中的溶解物质形成盐湖沉积。 地下水沉积作用，地下水最终流入河流或海洋，地下水和河流中的溶解物质大部分在海洋中沉积。在地下水流出地表时称为泉，其中的溶解物质可以结晶出来形成泉华。洋脊附近的热泉可以形成热水沉积矿床。 风沉积作用，与河流类似，但颗粒更细，分选更好。风成砂也有层理和波痕。风成黄土层理不发育，常有垂直的节理。 冰川沉积作用，山岳冰川搬运的碎屑形成终积垅和侧积垅。特点是无分选，砾石上有擦痕。大陆冰川在海岸断裂成为冰山，融化后所携带的碎屑落入海底沉积下来。特点是砾石将海底软泥的纹层压弯或嵌入其中，称为落石构造。 海洋沉积作用，包括潮流、洋流、浊流沉积。潮流在海滨形成沙滩、潮坪等滨海沉积。洋流可以将深海的物质带到浅海沉积下来，或者将洋底物质带到另一个大洋盆地中沉积下来。浊流将大陆坡的物质搬运到大洋盆地中沉积下来。 浊流是由于地震等诱发斜坡上的沉积物滑动引起的，规模巨大，沉积范围广，反复发生，浊流沉积物的特点是单层具有“鲍玛层序”，无数个单层重复组成上千米厚的深海沉积，称为“复理石”。 海洋沉积还包括泻湖的蒸发岩沉积。 重力沉积作用，指山崩、滑坡和潜移将岩石或山体搬运到山麓堆积下来的过程和水下斜坡发生的滑塌堆积过程。 火山沉积作用，指喷到空中的火山碎屑沉降下来形成火山碎屑岩的过程。常有地面流水沉积作用参与。 生物沉积作用，形成浅海的碳酸盐岩、磷块岩，深海放射虫软泥，湖泊中的硅藻土，以及泥炭、煤、石油等特殊沉积物。 5地质作用的相互关系 地球是一个系统，各种地质作用是相互联系、相互影响的。 内动力地质作用的总的趋势是造山造盆，增加地表的起伏。外动力地质作用的总的趋势是削高填低，夷平地表起伏。二者的共同作用造成了丰富多彩的地表形态和地质现象。 例如，地层接触关系是由内、外动力地质作用共同形成的。连续下降沉积造成整合接触；下降沉积—上升剥蚀—再下降沉积造成假整合接触；褶皱并上升剥蚀—再下降沉积造成不整合接触。 再如，地壳运动稳定时，河流侧蚀作用形成了河曲，若此时地壳快速上升，河流下蚀作用加强，则形成深切河曲。 第九章　大气圈 1大气的组成和结构 大约80千米以下可称为低层大气，以上可称为高层大气。低层大气的组成为： 干洁大气（即气体）；水汽（即气态水）；气溶胶粒子（即悬浮物）。 大气的组成在地球历史中是不断演化的。 今天，人类活动对大气组成的影响主要是：二氧化碳增加、臭氧减少、二氧化硫增加、悬浮物增加等。 大气的垂直结构： （磁层） 外层（散逸层）, 热层（暖层），含E和F电离层 中间层，含D电离层 平流层（同温层），含臭氧层 对流层，75%的质量，90%的水汽 （下垫面） 2大气的热状况 大气的热主要来自太阳辐射。到达地面的地热能比太阳能差４个数量级，可忽略。 到达大气顶面的太阳辐射称为天文辐射。主要波长范围0.15－4微米，属于短波辐射。其中红外线占43%，可见光占50%，紫外线占7%。 太阳辐射穿过大气圈时，波长小于0.175微米的紫外线被热层中的氧原子所吸收，波长0.175－0.29微米的紫外线被平流层中的臭氧所吸收，红外线（波长大于0.76微米）有一部分被对流层中的水汽和二氧化碳所吸收，可见光（波长0.4～0.76微米）很少被大气所吸收，但其中一部分被对流层中的云和尘埃反射回太空。 到达地面的太阳辐射可分为直射辐射和散射辐射两部分，二者之和称为太阳总辐射。其强度主要与太阳高度角、昼长和大气削弱作用有关。 太阳高度角，是指太阳光线与地平面的夹角，日出日落时为０，正午时最大。正午太阳高度角取决于纬度和季节： H ＝ 90°－｜φ－δ｜ 式中：H为正午太阳高度角，φ为当地纬度，δ为当日太阳直射纬度。 北半球，夏至日太阳直射纬度为23度26分，冬至日太阳直射纬度为负23度26分。 昼长取决于纬度和季节。赤道全年昼长12小时。纬度越高，夏季白昼越长，冬季白昼越短。极圈内出现极昼和极夜。 大气削弱作用取决于海拔高度和大气中的水汽、二氧化碳、尘埃等的含量。 到达地面的太阳辐射一部分被地面反射回太空，另一部分被地面所吸收，转变为红外线向外辐射，称为地面辐射。地面辐射75%～95%被对流层下部的大气所吸收。 大气吸收了太阳辐射和地面辐射，转变为红外线向外辐射，称为大气辐射。其中有一半指向地面，称为大气逆辐射。大气逆辐射全部被地面所吸收。 地面辐射和大气辐射的波长为4～120微米，属于长波辐射。 大气保温效应，过去称为温室效应，后来发现二者并不相同。“大气保温效应”是指大气阻碍地面和低层大气的长波辐射外逸，从而保持地面温度稳定的效应。其原因是二氧化碳、水、甲烷、一氧化碳、氟利昂等气体允许短波辐射通过，阻碍长波辐射通过。 “温室效应”是指允许光辐射进入温室，同时阻碍温室内外空气对流，从而保持温室内温度稳定的效应。 气温，通常所说的气温是指距1.5米高的百叶箱内的温度，每日4次观测。气温与太阳辐射、大气对流、水汽蒸发或凝结有关。因为地面蓄热，所以气温的变化滞后于太阳辐射的变化，海洋的热容量大于陆地，所以滞后更多。 气温的平面分布　根据各个台站实测气温作出的等值线图称为实测气温图。将其校正到海平面后称为海平面气温图。图中可见，气温的平面分布与纬度、季节、下垫面（海陆）有关。 气温的垂直分布　对流层垂直温度梯度平均为每百米0.65度，实际变化很大。白天，近地气温高，上层气温低，易对流；夜间，近地气温低，上层气温高，称为逆温现象，难对流。 全球热量带，根据天文辐射划分为下列7个带，我国东部跨4个带： 极地 寒带 副寒带　　　 温带　　　　陇海线（天水—连云港）以北 副热带　　　陇海线以南 热带　　　　海南、广东、广西、台湾、云南南部 赤道带　　　南沙群岛 我国西部青藏高原的气候属于特殊的高地气候，热量比同纬度低海拔地区要低。新疆的盆地的云量少，日照长，热量比同纬度的东部地区高。 3大气的运动 气压，即大气压强，单位为帕（Pa），气象学常用百帕（hPa）。气压随高度增加按指数律递减。气压在水平方向的变化有“高压”、“低压”、“高压脊”、“低压槽”。温度高，空气密度小，气压低；反之气压高。水平气压梯度很小，但足以引起天气系统的巨大变化。 风，某一地区气压升高，必然引起相邻地区气压降低。空气从高气压地区流向低气压地区，产生风。一般可将风看成大气的水平运动。用风向和风速来描述风，风向是指风的来向。 大气环流，指大气中的大规模气流运动。是大气热量交换和水汽输送的主要过程，是气候形成的主要因素。 平均纬圈环流，形成低纬地区东风带、中纬地区西风带、高纬地区东风带。 平均经圈环流，形成热带环流圈、中纬度环流圈、极地环流圈、赤道低压带（无风带，上升气流）、副热带高压带（静风带，下沉气流）、副极地低压带（上升气流）。 季风（环流），指大区范围内盛行风向季节变化。原因是海陆间热状况的差异；或纬圈环流随季节南北移动，过渡区风向变化。 4大气中的水 大气中的水有三种相态，水汽、水滴、冰晶，可以相互转变。 湿度，空气中含水汽的多少称为湿度。表示湿度的指标有水汽压、相对湿度和绝对湿度。水汽压是指含有水汽的大气压强，就是前面所说的气压。一定温度下水汽含量达到最大值时的水汽压称为饱和水汽压。未饱和时蒸发，过饱和时凝结。相对湿度是指实际水汽压与同温度饱和水汽压之比（百分数）。绝对湿度是指水汽密度。 云、雾、露、霜是大气中的水汽的凝结物。云是大气中水滴或冰晶的可以看见的集合体。霜冻是农作物表面温度下降引起冻伤的现象。出现霜冻时可能有霜也可能无霜。 大气降水，指从云中降落到地面的水和冰。降水量是在无流入流出无蒸发的条件下平面上的水层深度（毫米），可以是一次降水量，也可以是一段时间的累积降水量。通常所说的年降水量是１年累积降水量的多年平均值。降水强度是24小时累积降水量，分为小雨、暴雨等。 在冷云中施放干冰或碘化银，在暖云中施放氯化钠或氯化钾，可以形成人工降水或人工造云。 降水年变化是指一年中降水不均匀，某些季节多，某些季节少。热带夏季半年为雨季，冬季半年为旱季。副热带大陆东岸夏季多雨，大陆西岸冬季多雨雪。温带内陆和大陆东岸夏季多雨，大陆西岸冬季多雨雪。 降水分布是指各地区降水不均匀。全球平均年降水量为930mm，全球大陆平均年降水量为700mm。中国平均年降水量为629mm，南方多，北方少，东部多，西部少。 最大降水高度是指某个地区降水量最大的海拔高度。各地不一。例如，皖浙山地为1000m，青藏高原为5000m。山区的植被往往在半山腰最茂盛。 酸雨，是指pH值小于5.6的降水。酸雨是大气污染的主要特征之一，是当代世界重大环境问题之一。我国的酸雨主要分布在秦岭淮河以南地区，与燃烧高硫煤有关。 5天气 天气是指瞬时或一段时间风、云、降水、温度、湿度、气压等气象要素的综合状况。也可以指阴晴冷暖雨雪风霜等现象。天气的空间尺度从几百米到几千千米，时间尺度从几分钟到几十天。 天气系统是指引起天气变化的大气运动单元，如气团、气旋、锋等。 气团是指温度、湿度等性质比较均匀稳定的巨大空气块。气团有７种类型。气团温度高于下垫面温度的称为暖气团，反之称为冷气团。我国冬季大部分地区受蒙古－西伯利亚冷气团控制，夏季长城以南多暖气团，二者相遇导致初夏江淮降水和盛夏北方降水。 锋是指冷、暖气团之间的过渡区。分为冷锋、暖锋、静止锋等。锋面常降水。江淮地区初夏梅雨天气与静止锋有关。 气旋是指中心气压低于四周气压的水平空气涡旋，是低压区。在北半球为逆时针旋转。有温带气旋和热带气旋之分。热带气旋中心附近平均最大风力小于８级者为热带低压，８～９级者为热带风暴，10～11级者为强热带风暴，12级以上者为台风。国外把热带气旋称为飓风。 反气旋是指中心气压比四周气压高的水平空气涡旋，是高压区。在北半球为顺时针旋转。有温带反气旋、副热带反气旋、极地反气旋、冷高压、暖高压之分。蒙古－西伯利亚冷高压造成我国冬季的寒潮。副热带高压造成梅雨和伏旱。 6气候 气候是一个地区一段时间天气的统计特征，或者是气候系统的统计特征。气候系统包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈中有关成分和过程。气候的空间尺度从几千米到几千千米，时间尺度从几个月到几万年。30年是描述气候的标准时段。 气候的变化。全球气候近3000年以来变冷，近200年以来变暖。气候变化的原因有地球自转和公转的变化、造山运动和火山爆发、人类活动等。 人类活动对气候的影响有，二氧化碳等增加造成的“温室效应”，大气中尘埃增加造成的“阳伞效应”，海洋油污染造成的“沙漠化效应”，城市发展造成的“热岛效应”，建造水库造成的“湖泊效应”等。 第十章　水圈 1水分循环和水量平衡 海洋、河流、湖泊、沼泽、地下水、冰川和大气水分等共同构成地球的水圈。 水的分布 水主要分布在海洋中。淡水仅占2.7%，其中77%为两极冰川， 22%为地下水。人类可以方便地利用的淡水，指河流、湖泊和浅层地下水，仅占总水量的0.3%左右。 水分循环 各种形式的水之间的运动和交换过程称为地球水分循环。 湖水的停留时间为几十年，地下水的停留时间为几百年，更新很慢。 水量平衡 全年全球总蒸发量等于总降水量；海洋蒸发量大于降水量，多出部分以水蒸气的形式输送到大陆上空；大陆降水量大于蒸发量，多出部分经过植被、土壤、河流湖泊、地下水等中间过程后最终以河川径流的形式回到海洋。 对一个区域的一个时间段而言，水量平衡可表示为： ∑先存水量 + ∑入境水量 = ∑现存水量 + ∑出境水量 式中：入境水量包括降水、流入区域的河流和地下水；出境水量包括蒸发、流出区域的河流和地下水；先存水量指时间段开始时的暂存水量；现存水量指时间段结束时的暂存水量。暂存水量包括境内河流、湖泊、水库、沼泽、冰雪、地下水等。 2河流 河流的水量仅占地球水圈的0.0001%。但是更新快，是水分循环的重要环节。 河流是人类最重要的淡水资源。河流蕴藏的能量称为水力资源，是清洁的可再生能源。人类的历史与河流息息相关，今天人类社会的最发达地区仍然位于大河下游的冲击平原和三角洲。 河流的一些基本概念： 地表经常性或周期性的天然水道称为河流。河流的干流和支流组成的网络系统称为水系。多数河流最终流入海洋，称为外流河，如长江；少数河流注入内陆湖泊或消失于荒漠中，称为内陆河，如塔里木河。河流水系的集水区域称为流域。河流的发源地称为河源，河源以上可能是冰川、湖泊、沼泽或泉。河流入海、入湖或流入另一条河流的地方称为河口。河口常形成三角洲。 一段河流两端的高度差称为落差，河源与河口的高度差称为总落差。单位长度内的落差称为比降。河流的上游河谷窄、比降大、水量小、流速大、侵蚀作用强烈；中游水量增加、比降减小、河床稳定；下游河谷宽、河道弯曲和摆动明显、水量大、流速小、淤积作用显著。 河流的补给来源于大气降水和地下水。 单位时间内通过河流某横断面的总水量称为河川径流总量。 洪水是短时间大量来水——降雨或融雪——形成的特大径流，与降雨强度和地表森林植被状况有关。 3湖泊、沼泽和水库 湖泊是陆地上的有水洼地。湖水是地表水的一部分。湖泊的大小、深浅差别很大。湖泊演化迅速，对气候和上游地表受侵蚀的状况反映灵敏。湖泊具有调节河流洪水的作用。上游水土流失使湖泊淤塞，围湖造田等人类活动使湖泊面积减小，都会使湖泊的蓄洪能力减弱，导致下游出现洪水。 湖水的颜色和透明度可反映湖水中的泥沙含量和生物状况。青色、蓝色的透明的湖水中泥沙和浮游生物少；黄色浑浊的湖水泥沙过多；湖水发绿发浑表示浮游藻类过多，湖水富营养化。 矿化度<1g/L的为淡水湖，>1g/L的为咸水湖，有盐类结晶的称为盐湖。 沼泽也是有水洼地，但水很浅，流量流速都很小，长满植物并有泥炭堆积。 水库是人工湖泊。修建水库是河川径流得到控制，减少洪水灾害，增加灌溉，获取清洁的可再生的能源。修建大型水库使河流生态环境受到一定程度的影响。 湿地，是濒临江河湖海的滩地、沼泽、滩涂等，是独特的生态系统，有重要的生态环境意义，有人称之为地球的肾。湿地生态系统比较脆弱，需要保护。 4地下水 地下水是指位于地面以下的土壤、松散堆积物、岩石中的水。 透水层是地下水能够渗透、通过的岩层，如砂砾层。 含水层是贮存有地下水的透水层。第四系砂砾层和岩溶发育的石灰岩含水较丰富。 隔水层是地下水很难透过的岩层，如粘土层。 潜水是第一个稳定隔水层之上的重力水。潜水具有自由表面，称为潜水面。井水面就是潜水面。潜水面与河水面相连，潜水与河水互相补给。 承压水是两个隔水层之间的含水层中的地下水。当打穿顶板隔水层或遇到断裂带时，承压水会向上流动，如果地形合适可涌出地面，成为自流井或上升泉。 硬度，是反映水中Ca、Mg离子含量的一系列水质指标。总硬度是指水中组成可溶性盐的除碱金属以外的金属离子的总量，通常可以用Ca、Mg离子含量作为总硬度。其中以碳酸盐、重碳酸盐形式存在的Ca、Mg离子含量称为暂时硬度，其余的称为永久硬度。硬度的单位及其换算关系如下： 1毫克当量Ca／升＝2.804德国度＝50.05毫克CaCO3／升 1德国度＝10毫克CaO／升＝17.85毫克CaCO3／升 根据总硬度（毫克当量Ca／升）将水分为： 极软水<1.5 软水1.5～3 微硬水3～6 硬水6～9 极硬水>9 矿化度过高和硬度过高的水都不适于饮用或工农业使用。长期饮用矿化度过低或硬度过低的水也不利于健康。 地下水是一种重要的淡水资源。 温度高于20度的地下水称为热水，是地热能的载体。温度高于20度或高于年平均气温的泉称为温泉。 有益的化学成分高于标准且有害成分低于标准的地下水称为矿泉水。含有的特殊化学成分高于标准且温度高于20度因而具有医疗作用的地下水称为医疗矿水。 地下水的侵蚀和沉积作用形成的喀斯特地貌是奇特美丽的景观，常被开发为旅游资源。 地下水的补给主要来源于降水和河流。地下水的更新周期很长，一旦过量开采或污染，短时间内将很难恢复，因此属于临界性资源。过量提取地下水可能引起地面沉降；在干旱地区可能引起植被枯萎，绿洲缩小；在沿海地区可能引起地下海水入侵。地下水水位过高可能引起土壤盐渍化。 5冰川 冰川是地表长期存在并能自行运动的天然冰体，是由多年积雪演化而成的。年降雪量等于年消融量的界线称为雪线。冰川只能在雪线以上才能形成。雪线海拔高度的变化与冰川的进退是一致的，都取决于季节、纬度和气候。 通常降冰川分为大陆冰川和山岳冰川两种类型。 冰川水量占地球淡水总量的77.44%，但目前不便利用。山岳冰川融水形成湖泊，补给河流，在干旱地区形成绿洲。 冰川与全球气候关系密切。冰期全球气候变冷，冰川面积扩大；间冰期全球气候变暖，冰川缩小、海平面上升。目前地球处于间冰期。 6海洋 海洋泛指海和洋，海洋中的水通称海水。洋，又称大洋，是指地球表面连续的广阔水体，深度大、面积广、不受大陆影响，有稳定的理化性质、有独立的潮汐和洋流系统。海，是指位于大洋边缘，被大陆、半岛、岛屿所分割的水域，既受大洋的影响也受大陆的影响。 海水的理化性质包括化学组成、盐度、温度、密度、颜色和透明度等。 海水的运动包括潮汐、海浪和洋流。 海洋资源有：鱼类等生物资源，潮汐、温差等能源资源，石油、锰结核等矿产资源，海岸、海岛的旅游资源等。 7水资源 水资源是指可更新补充、可永续利用的淡水资源。 水资源总量包括河川径流量和地下水量，在不同地区二者比例不同。 水资源属于可再生资源，但是其中大部分更新周期很长，如果被过量消耗或者被污染，实际上很难再生。 大气降水的时空分布不均匀，人口分布也不均匀，因此造成世界上一些国家和地区的水资源紧缺。 中国人均水资源占有量仅为世界平均值的1/3，而且南多北少，东多西少，夏多冬少。2002年开始的“南水北调”工程是试图缓解中国北方水资源紧张的一项巨大的工程。 不合理利用水资源将带来严重的生态环境问题。 农业用水量最大，应大力发展节水农业技术。工业和生活用水污染严重，应大力发展污水处理技术和重复利用技术。 第十一章　生物圈 1生物与环境 环境对生物发生影响，生物对环境也发生影响。 直接影响某种生物的环境因素称为生态因素，如光、热、水、风、矿物质、其他生物等。 某个区域的所有生态因素的集合称为生态环境。 在一个生态环境中，对一种生物而言，有一个或几个生态因素是限制因素，当它低于或高于生物的忍耐限度时，生物不能生存。在忍耐限度内，有一个最适范围，在忍耐限度与最适范围之间为生理紧张带，其中生物个体稀少，濒危。 只有适应环境的生物才能生存。当环境发生缓慢地变化时，生物有可能通过变异、遗传、自然选择而逐渐进化，去适应变化的环境。环境急剧变化时，适者生存或进入，不适者退出。 生物的变化，尤其是植物的变化，可以指示环境的变化。 2生物群落 物种是生物分类的基本单位。物种通过演化、扩散、适应、竞争逐步形成自己的分布区。 在一定的空间中，同种生物的个体的集合称为种群。种群是物种存在的基本单位。 种群增长按照逻辑斯谛方程，因为存在环境阻力，种群个体数接近环境最大容量时，增长变慢，达到环境最大容量时，停止增长。 在一定的空间中，种群的集合称为群落。群落的概念常用于植物的研究，例如某个沼泽中的植物群落、某块农田中的植物群落等，对于动物多以种群为研究对象。一个地区全部植物群落的集合称为该地区的植被。动物、植物、微生物种群的集合称为生物群落。 自然群落是长期自然选择形成的最合理的生物种群组合。人类创造了许多人工群落。现在认识到应该向自然群落学习。 一个生物群落被另一个生物群落替代称为生物群落的演替。有顺行演替（如草地→林地）和逆行演替（如草原→荒漠）。人类活动会加速演替，如退耕还林还草、过度放牧等。 生物多样性包括： 遗传多样性——个体之间或种群之间有多种多样的差别； 物种多样性——一个空间中有多个不同的种群； 群落多样性——一个空间中有多个不同的生物群落。 保护生物多样性是为了保存自然物种基因库，以保证有足够多的自然变异；为了保存自然种群组合，以保证生态系统有足够的稳定性。 3生态系统 一个或多个生物群落与生存环境构成的整体称为生态系统。例如森林生态系统、河流生态系统、城市生态系统等，一滴水和其中的微生物也是一个生态系统。生物圈是由各种生态系统镶嵌而成的。 生态平衡 生态系统是具有内部结构和功能的稳定的系统，在系统内部，群落与环境之间存在相对稳定的能量和物质的交换。正常情况下群落与群落之间群落与环境之间处于动态平衡状态，当平衡受到干扰时，在一定限度内，系统具有反馈、调控和自我修复的能力。例如，水体污染未超过自净能力时是可以恢复的。干旱或过度放牧超过一定限度时，草原生态系统就不能自我修复而退化为荒漠生态系统。 人类有意或无意地不恰当地引进外来物种可能导致生态系统的平衡被破坏。例如，中国的水葫芦（凤眼莲）、松线虫、小龙虾、小尾寒羊，澳大利亚的兔子等。 2003年1月10日，中国国家环境保护总局、中国科学院发布的中国第一批外来入侵物种名单： 紫茎泽兰，微甘菊，空心莲子草，豚草，毒麦，互花米草，飞机草，凤眼莲，假高粱，蔗扁蛾，湿地松粉蚧，强大小蠹，美国白蛾，非洲大蜗牛，福寿螺，牛蛙。 当由于某个物种的增长失去控制而威胁生态系统平衡时，恰当地引进外来物种（天敌）可以帮助恢复生态平衡。例如，施放某种微生物以遏制森林害虫，中国引进象鼻蝽以遏制水葫芦，澳大利亚引进黏液瘤病病毒以遏制兔子，美国引进某种蝇子以遏制火蚊等。但是这种作法必须特别谨慎。 生态系统的组成： 非生物部分——能量、水、空气、矿物质、腐殖质等。 生物部分——生产者、消费者、分解者。它们构成食物链或食物网。  生态系统的生物生产： 单位面积中的植物在单位时间内（通常指一年内）通过光合作用固定的太阳能量（可用干物质表示）称为总初级生产量（GPP），减去呼吸作用的消耗（R），剩余的能量（或干物质）称为净初级生产量（NPP）。生产量的单位是 J / m2a 或 g / m2a。 某一时刻单位面积中植物的总质量（干物质）称为生物量。它表示在此时刻之前所积累的净初级生产量。生物量的单位是kg / m2。 绿色植物的光能利用率平均为0.14%，现代化农田生态系统的光能利用率为1.3%。提高初级生产量的潜力很大——应该通过生物技术提高光能利用率，而不是扩大耕地面积。 生态系统的能量流动： 太阳能——光合作用——生物化学能——呼吸作用——热能。 生态系统的物质循环： 元素和化合物在生态系统中的流动称为生物地球化学循环。 参与生命过程的元素大约有30～40种，称为生命元素。这些元素可以分为能量元素、大量元素、微量元素。无论缺少哪一种元素，生命过程都可能停止或发生异常。 生物地球化学循环可分为三种类型：水循环、气体型循环、沉积型循环。 气体型循环主要是碳循环和氮循环。 4主要生态系统类型 陆地生态系统 森林生态系统 热带雨林生态系统 亚热带长绿阔叶林生态系统 温带落叶阔叶林生态系统 亚寒带针叶林生态系统 寒带冻原生态系统 草原生态系统 荒漠生态系统 水域生态系统 淡水生态系统 流水生态系统 静水生态系统 海洋生态系统 浅海生态系统 外海生态系统 农业生态系统 城市生态系统 第十二章　地貌 1地貌的基本概念 地貌是地表形态或形态单元组合的总称。 地貌是内营力与外营力共同作用的结果。 内营力造成高低起伏，外营力削高填低，夷平起伏。 人类活动是第三种营力。 地貌仅指地表形态，不包括生态，但二者有联系。 了解地貌的知识对于研究生态环境、国土规划、工程布局、遥感影象解译、旅游资源开发等都有重要意义。 2影响地貌的主要因素 影响地貌的因素主要有地壳运动、基岩和气候。 地壳运动，造成大陆、海洋；造成地面上升和下降；造成山脉、盆地；造成褶皱、断裂。地壳运动影响地貌的基本格局，是进一步塑造地貌的基础。 新第三纪以来的地壳运动称为新构造运动，对今天地貌的影响特别明显。 基岩，是构成地貌的物质基础。影响地貌的是岩石的抗蚀性。岩石的抗蚀性是指岩石抵抗风化剥蚀的性质，取决于岩石的矿物成分、硬度、可溶性、岩石的胶结程度、透水性、层理和片理等岩石构造特征、岩石的产状等，其中矿物的可溶性对岩石的抗蚀性影响最大。 基岩影响地貌的典型例子有：与花岗岩有关的，如黄山；与石灰岩有关的，如桂林；与砂岩有关的，如武夷山；与黄土有关的，如陕北。 气候，对于影响地貌而言，气候的不同主要是指干燥、湿润、多雨、炎热、温暖、寒冷，以及它们的组合，如湿热、干冷等。 气候对地貌的影响表现为，在不同的气候区，地表的降水和气温不同，外营力的作用和基岩的抗蚀性会发生变化，从而影响地貌。例如，在湿热气候区以化学风化为主，在干冷气候区以物理风化为主；石灰岩在湿热气候区抗蚀性弱，在干燥气候区抗蚀性强。 3地貌的主要类型 地貌的分类，按成因可分为构造地貌、流水地貌等，按形态可分为山地、平原等。本课件采用成因－形态分类。 地貌的命名一般使用地理学或地质学的名称，如山、谷、丘陵、平原、洋脊、海沟、大陆裂谷、断层崖等。一些典型的地貌有特殊的名称，如喀斯特地貌、丹霞地貌、雅丹地貌等。 构造地貌，是指主要与构造作用有关的地貌。按空间尺度分为三级。 第一级：大陆、大陆边缘、海底。 第二级：山脉、裂谷、盆地、高原、平原、大陆架、大陆坡、岛弧、海沟、大洋盆地、洋脊、海岭、海底高原。 第三级：断层崖、断层谷、断块山、断陷盆地、背斜山、向斜谷、背斜谷、向斜山、单斜山等。 火山地貌，是指主要与火山作用有关的地貌。包括： 火山口、火山口湖、破火山口、火山锥、熔岩丘、熔岩台地、熔岩高原、熔岩堰塞湖等。 流水地貌，是指主要与地面流水的剥蚀作用和沉积作用有关的地貌。包括： 河流、湖泊、沼泽。 冲沟、冲出锥、洪积扇、河谷、峡谷、瀑布、河床、河漫滩、边滩、心滩、江心洲、汊河、蛇曲、牛轭湖、天然堤、冲积平原、阶地、三角洲、三角洲平原等。 水库、人工堤、梯田等。 喀斯特地貌，也称岩溶地貌，是指地下水和地面流水对石灰岩等可溶性岩石的溶蚀作用和沉积作用形成的地貌。包括： 石芽、石林、喀斯特漏斗、落水洞、溶蚀洼地、喀斯特盆地、喀斯特平原、峰丛、峰林、孤峰、残丘。 地下河、溶洞、钟乳石、石笋、石柱、暗河、暗湖等。 泉华。 风沙地貌，是指主要与风的剥蚀和沉积作用有关的地貌。包括： 风蚀蘑菇、风蚀窝石、风蚀谷、风蚀残丘、风城、雅丹地貌。 沙丘。 戈壁。 黄土地貌，是指风成黄土受地面流水剥蚀作用形成的地貌。包括： 沟、谷、塬、梁、峁等。 梯田。 冰川地貌，是指主要与冰川的剥蚀和沉积作用有关的地貌。包括： 角峰、冰斗、U形谷、悬谷、终积垅、侧积垅、冰川堰塞湖、指状湖等。 冻土地貌，是指寒冷气候区主要与冻融作用有关的地貌。包括： 石海、石河、冻融台地、冻融泥流坡坎、石环、多边形土、冰丘、冰楔等。 海岸地貌，是指海岸带主要与海蚀作用和海岸沉积作用有关的地貌。包括： 海蚀崖、海蚀穴、海蚀台（波切台）。 水下沙坝、泻湖、海滩、沙滩、贝壳滩、滩涂等。 块体移动地貌，指与重力搬运作用有关的地貌。包括崩塌、滑坡、潜移等。 4地貌的演化 以河流地貌为例： 幼年期，河网稀疏，分水岭宽广平坦，下蚀和向源侵蚀为主，V形谷。 壮年期，分水岭变窄，谷坡变缓，河谷变开阔。 老年期，以侧蚀为主，河道曲折，河谷展宽，地形平缓，仅剩少数孤立的残丘，地表已经基本上被夷平成为准平原。 “回春”，地壳再次上升，河流沿曲折的河道向下侵蚀，形成深切河曲。 第十三章　土壤 1土壤的概念 土壤是岩石圈表面能够生长植物的疏松层，是处于岩石圈、水圈、大气圈、生物圈的交接地带的一个特殊圈层。 土壤应该属于无机物，但是它不同于地球表面的松散堆积物，如风化壳、黄土、火山灰、河流沉积物等，不同之处在于土壤中含有活的生物和大量有机物质。这些松散堆积物仅仅是形成土壤的母质，必须经过生物的长期作用才能变为土壤。 2土壤的组成 矿物质（无机物）——岩石风化的碎屑和新生矿物 有机物——微生物、植物、动物，有机质、腐殖质 水——吸湿水（无效）——毛管水（有效）——重力水（过剩） 空气——土壤中空气的组成与大气不同——需要交换 比较理想的土壤组成是上面这四部分的体积比依次为45%、5%、25%、25%。 3土壤剖面 分层性是土壤的特征之一，能够代表土壤分层特征的最小的柱状体称为土壤单体。土壤单体的垂直切面称为土壤剖面。 一般土壤分层为： O　枯枝落叶层 A　腐殖质层 E　淋溶层 B　淀积层 C　母质层 4土壤的性质 土壤质地，是指土壤的颗粒组成，分为砂土，粉砂土，粘土，壤土等类型。以壤土的质地为最好。 土壤结构，是指土壤颗粒团聚体的形态，分为球状、板状、块状、棱柱状等。以团粒（即球状团聚体）结构为最好。 土壤孔隙，是指土壤的固体颗粒之间存在的空隙。孔隙中充填的是水和空气。孔隙的多少和孔隙的大小影响土壤的保水性和透气性。 孔隙体积占土壤总体积的百分数称为土壤孔隙度。 土壤容重＝固体颗粒质量／总体积 土壤容重一般为1.5g/cm3左右（1～2g/cm3）。 土壤密度＝固体颗粒质量／固体颗粒体积 土壤密度的平均值为2.6g/cm3，近似为一个常数。 土壤孔隙度＝孔隙体积／总体积＝１－容重／密度 土壤孔隙度一般为25～60%，以50%为好。 注意：此处的“土壤”与土力学中的“土”不完全相同。在土力学中，一般是测量土的自然容重、含水量、固体密度三个参数，根据这三个参数计算出其他参数。 土壤温度，影响土壤中的生物活动，影响化学风化和生物化学风化作用的强度。 土壤的温度主要受太阳辐射的影响，因此存在日变化和年变化。 土壤温度变化的快慢取决于土壤比热和导热率，而土壤比热和导热率受到土壤质地、孔隙度和含水量的影响。砂土的比热较大，粘土的比热较小。含水量高的土壤比热较大，含水量低的土壤比热较小。孔隙度小的土壤的导热率较大，孔隙度大的土壤的导热率较小。比热大或导热率小则温度变化慢，比热小或导热率大则温度变化快。 胶体，土壤中的粘土矿物和腐殖质呈胶体状态存在，通过离子吸附和交换而具有吸收和保存各种养分的性能，是土壤肥力形成的主要物质基础。 酸碱度，土壤一般呈弱酸到弱碱性，以中性为好。不同的植物对土壤酸碱度有不同的适应范围。 土壤中存在活性酸度和潜在酸度的动态平衡反应，使土壤对外来因素引起的酸碱度变化具有缓冲作用。 氧化还原反应，土壤溶液中经常进行着氧化还原反应。一般来说氧化态物质对植物有利，还原态物质对植物有害。 5土壤的形成 土壤是母质、气候、生物、地形、时间等成土因素共同作用而形成的。 成土过程。人类活动可以改变成土过程。土壤的形成需要很长时间，一旦破坏很难恢复。 6土壤分类 目前国际上还没有统一的土壤分类方案。 我国的土壤分类见参考教材247页。 第十四章　自然资源 1自然资源的概念和分类 自然资源是自然过程形成的、人类所需要并有能力开发利用的天然物质。 某些自然资源的形成过程中含有人类的劳动，例如耕地、人工培育的生物等，仍然视为天然物质。 自然资源尚无统一的分类，从不同的角度可分为以下几种不同的系列： 1 矿产资源，能源资源，土地资源，水资源，气候资源，生物资源，自然景观资源等。 每种资源还可细分。例如，矿产资源可分为金属矿产资源、非金属矿产资源、化石燃料矿产资源等；能源资源可分为煤炭资源、石油资源、天然气资源、水力资源、风能资源、太阳能资源、生物质能资源、地热资源、潮汐能资源、核能资源等。 一种物质可以属于不同种类的资源，例如，石油既是能源资源又是矿产资源（化工原料）。 2 可再生资源，不可再生资源。 3 储存性资源，流动性资源。流动性资源又分为恒定性资源和临界性资源。 4 耗竭性资源，非耗竭性资源。 不可再生资源或储存性资源是耗竭性的，如石油。可再生资源或流动性资源是非耗竭性的，如太阳能。临界性资源是有可能耗竭的，如土地。 2 自然资源的性质 稀缺性――人类的需要是无限的，而自然资源总是有限的。 整体性――物质是普遍联系的，人类不可能在开发利用某种自然资源时不改变环境。 地域性――自然资源的空间分布是不均匀的，各国各地区的资源有贫富之别。 多用性――大多数自然资源都具有多种功能和用途。例如，河流可用于灌溉、航运、发电、景观旅游、维持生态平衡等多种用途。 变动性――人类对自然资源的开发利用可能使资源改良增殖，也可能使资源退化耗竭。变动影响可能是远期的。 社会性――自然资源中含有人类为发现和改造自然资源所付出的劳动。资源的价值中应体现这种劳动。 3 资源量 自然资源可为人类利用的数量有多少？也就是说资源量有多少？这个问题称为自然资源可得性度量问题。 储存性资源的资源量： 探明储量——已查明的在当前技术、经济和环境条件下有利用价值的资源量。 条件储量——已查明的在当前技术、经济和环境条件下无利用价值的资源量。 远景储量——已作了少量勘察的有望发现的资源量。 理论资源量——在尚未勘察但具有有利地质条件的地区可能发现的资源量。 资源基础——理论上的最大资源量。例如某种元素在地壳中的丰度与地壳总质量的乘积。 流动性资源的资源量： 流动性资源的资源量是在一定时期内可生产有用产品或服务的潜力。 最大资源潜力——在其他条件都很理想的情况下的理论潜力。例如太阳能资源、森林资源的最大资源潜力。 持续潜力——流动性资源有时间分配问题，在考虑到留给后代同等利用机会的情况下的潜力。例如生物资源、土地资源、水资源等的持续潜力。 环境潜力——利用资源时必然向环境排放废物，在考虑到环境对废物的吸收能力的情况下的潜力。例如在考虑二氧化碳排放的情况下煤炭资源的环境潜力。 承载潜力——在同时考虑后代和环境问题的情况下的潜力。例如草地对放牧羊群、风景区对旅游人数的承载潜力。 维持持续潜力是要付出代价的，因为它意味着要抑制当前的资源消费。所放弃的这一部分资源消费可看作是对未来的一种投资，其好处必须与其他形式的投资放在一起来评价。后代在这一种资源上得到了平等利用的机会，但是有可能因此在其他方面失去了本来可以得到的机会。例如，在干旱地区，如果把地下水资源的利用限制在持续潜力水平上，不可避免地会限制该地区的当前的经济发展。后代得到了地下水资源，但其他方面得到的东西会减少。 4 资源短缺 全球性自然资源的短缺目前总体上只是一个警告。但是，具体到某个国家某种资源则可能已经是现实。造成自然资源短缺的原因有： 自然资源的稀缺性和地域性； 地缘政治； 人口过多或增长过快； 经济欠发达和技术落后； 不合理利用和不适当管理； 环境退化等。 5 自然资源的可持续利用 人与自然是平等的，人类无权滥用和破坏自然资源。 当代人与后代人是平等的，当代人无权剥夺后代人的资源。 人类无权浪费自然资源，而应该长期明智地利用，也就是可持续利用。 储存性资源的可持续利用，要求将相对固定的供给量分散在较长时间内使用，降低资源耗损或消费速度，增加期末剩余资源量。 恒定性资源的可持续利用，要求消除由于资源闲置而造成的经济损失和社会浪费现象，在现有条件下最经济有效地利用这些资源。 临界性资源的可持续利用，要求在每一个经营计划期都能带来尽可能大的净收益，同时维持或提高资源潜力。 第十五章　自然灾害 1自然灾害的概念和分类 自然灾害是指发生在地球表层系统中的能造成人的生命和财产损失的突发性自然事件。 自然灾害分为气象灾害、地质灾害、农业生物灾害、森林灾害、海洋灾害等几类，每类包括若干种灾害。我国将危害严重的干旱、洪涝、地震单独列出，以示重视。 气象灾害除了干旱和洪涝以外，还包括热带风暴、风暴潮、龙卷风、冰雹、沙尘暴、风灾、雪灾、霜冻、低温、干热风等。 地质灾害除了地震以外，还包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地面沉降、火山喷发、海啸等。 农业生物灾害包括农作物病害、虫害、草害、鼠害、外来物种蔓延等。 森林灾害包括森林火灾、病害、虫害、鼠害、外来物种蔓延等。 海洋灾害除了热带风暴、海啸和风暴潮以外，还包括海浪、海冰、海雾灾害和赤潮等。2001年我国海洋灾害损失约100亿元，2002年约66亿元，主要是风暴潮和赤潮造成的。 2减灾对策 减灾对策包括监测和预报、灾害风险评估、防灾减灾工程、普及防灾减灾知识等。