环境地学 赵烨 第5章

5-岩石圈子系统15岩石圈子系统——目录5.1岩石圈概况5.2岩石圈的组成5.3岩石圈运动与演化历史5.4岩石圈的形态——构造地貌5.5岩石圈的形态——外营力地貌5.6人类活动对岩石圈的影响5.7思考题与个案分析5-岩石圈子系统2岩石圈(lithosphere)是指上地幔软流圈以上的坚硬岩石部分。包括属于地壳的硅铝层、玄武岩层和属于上地幔最上部的超基性岩层。图5-1固体地球结构示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5.1岩石圈概况5-岩石圈子系统3图5-2岩石圈结构示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统45.1.1大陆漂移学说德国学者韦格纳（AlfredWegener）于20世纪初期先后发表了《大陆的生成》和《海陆的起源》，他认为距今3亿年前的古生代后期地球上所有大陆和岛屿都连接在了一起，构成一个庞大原始联合古陆即泛大陆(Pangea)；围绕泛大陆的是一片广阔的海洋即泛海洋(Panthalassa)。5-岩石圈子系统5图5-3泛大陆分裂及大陆漂移示意图（据C.C.Plummer,1999年资料）5-岩石圈子系统6韦格纳提出大陆漂移的主要依据有：全球地貌学证据即世界大陆轮廓相似性物理学证据即根据阿基米德定律地质学与地球物理等方面相似性和连续性古气候学和古生物学证据现代大地测量与古地磁学证据5-岩石圈子系统75.1.2海底扩张学说海底扩张学说是关于海底地壳生长和运动扩张的一种科学解释。它是大陆漂移学说的进一步发展。1960年美国学者赫斯(H.H.Hess)设想大洋中海岭(中脊)是新地壳不断产生的地带，海岭高峰被中间谷分成两排峰脊，中间谷是地壳张裂的结果。5-岩石圈子系统8图5-4海底扩张过程示意图（图A和A均为参考对照点）（据H.L.Levin,1996年资料）5-岩石圈子系统95.1.3板块构造学说板块构造学说是在大陆漂移学说、海底扩张理论的基础上，综合各方面的科学研究成果，于20世纪60年代初步形成的。该学说认为地球表层是由若干个大小不等的岩石圈板块拼合成的，它们“漂浮”在地幔软流层之上不停地移动着。5-岩石圈子系统10图5-5岩石圈的六大板块（白箭头为板块生长边界；黑箭头为消亡边界）（据宋青春，1996年资料）5-岩石圈子系统115.1.4岩石圈上部——地壳地壳是指地球莫霍面以上的固体硬壳，属于岩石圈的上部。地壳主要由硅酸盐类岩石组成，其质量为51019t，约占地球质量的0.8％。地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳）。5-岩石圈子系统12图5-6地球表面的海陆分布（按纬度带所占面积计）5-岩石圈子系统135.2岩石圈的组成5.2.1地壳的化学元素丰度据地球化学分析，在地壳中已发现90多种化学元素，但它们的含量差别很大，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti等为主。这些元素在地壳中的平均质量分数(即丰度)称为克拉克值。5-岩石圈子系统145-岩石圈子系统15将地壳、地球和太阳系中丰度最大的元素按其丰度顺序加以对比，可发现它们之间有明显的差异：太阳系：HHeONeNCSiMgFeS地球：FeOMgSiNiSCaAlCoNa地壳：OSiAlFeCaNaKMgHTi5-岩石圈子系统16地壳与人类生活的关系极为密切，人们对地壳中元素丰度即元素克拉克值的研究远比对地球其他部分的研究要直接和深入得多。查阅相关资料，试说明地壳中元素丰度的基本规律。5-岩石圈子系统175.2.2主要矿物矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下所形成的、具有一定化学成分和物理性质的自然均质体，它是组成岩石的基本单位。矿物通常以固态存在于地壳中，只有极少数是液态的(如自然汞)和气态的(如天然气、H2S)。5-岩石圈子系统18各种矿物具有一定的外表特征即形态、物理性质，这是鉴别矿物的主要依据。在现代社会经济系统中，矿物资源按其性质与用途可分为金属矿物和非金属矿物两大类。5-岩石圈子系统19目前已经分析的矿物有3000多种，其中硅酸盐类矿物约占1/3，其他含氧盐类矿物占1/3，其余为氧化物、氢氧化物、硫化物及硫酸盐、卤化物和自然元素类矿物。按质量计硅酸盐类矿物占地壳总质量的75％，氧化物类矿物占17％，其中石英这种矿物就占地壳总质量的12.6％。5-岩石圈子系统205-岩石圈子系统21在通常条件下绝大多数矿物呈固态存在，根据矿物内部构造的特点，可分为晶体和非晶质体。凡是质点按一定规则重复排列而成的一切固态都称为晶体，晶体往往表现为一定的几何外形。凡是质点呈不规则排列成的，称为非晶质体，如火山玻璃等为非晶质体矿物，这类矿物都都没有规则的几何外形。5-岩石圈子系统22图5-7不同类型矿物的实物照片（1）5-岩石圈子系统23图5-8不同类型矿物的实物照片（2）5-岩石圈子系统245.2.3主要岩石类型地壳中的矿物很少单独存在，它们常常组成各种各样的岩石。岩石是在各种不同地质作用下所产生的，由一种或多种矿物有规律组合而成的矿物集合体。根据成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。5-岩石圈子系统25岩浆岩是地下深处的岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝而成的岩石，即是岩浆活动的产物，它约占地壳总质量的95％。通过进一步的学习试观察你身边的哪些建筑材料属于岩浆岩。试查阅了解陕西华山和安徽黄山主要由何种岩石组成，并说明这两座山的特征。5-岩石圈子系统26沉积岩是在地壳发展演化过程中，在地表或接近地表的常温常压条件下，任何先成的岩石遭受风化剥蚀作用的破坏产物，以及生物作用与火山作用的产物在原地或经过外力搬运所形成的沉积层，又经成岩作用而成的岩石。5-岩石圈子系统27通过进一步的学习试观察你身边的哪些建筑材料属于沉积岩。人们常说“桂林山水甲天下”，试查阅了解桂林主要山体由何种岩石组成，并说明这类山地的特征。5-岩石圈子系统28沉积岩分类表5-岩石圈子系统29变质岩：地质活动等所造成的理化条件的变化，使其成分、结构、构造发生一系列改变，这种促使岩石发生改变的过程称为变质作用。由变质作用形成的岩石称为变质岩。地壳运动和岩浆活动可使区域温度、压力及化学性质活泼的气体和溶液出现，从而促使附近岩石发生变质作用。5-岩石圈子系统30图5-9由沉积岩即灰岩构成的山地景观图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统31图5-10岩浆岩即花岗岩组成的黄山山体一角5-岩石圈子系统32图5-11岩浆岩即花岗岩组成的黄山山体一角5-岩石圈子系统33图5-12岩石循环过程示意图（据C.C.Plummer，1999年资料）5-岩石圈子系统345.3岩石圈运动与演化历史5.3.1构造运动简介构造运动(tectonicmovement)主要是指地球内力所引起的岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的地质作用。构造运动可使地壳的地质体发生变形、变位和改变地壳各部分之间的空间组合形式，从而形成各式各样的变动形迹。5-岩石圈子系统35发生在晚第三纪末以前各地质时期的构造运动为（古）构造运动，发生在晚第三纪末和第四纪的构造运动为新构造运动（neotectonics）。把有人类历史以来发生的新构造运动，称为现代构造运动（recenttectonics）。按岩石运动的方式可以将构造运动划分为水平运动和垂直运动。5-岩石圈子系统365.3.2岩层产状、褶皱与断层岩层是指由两个平行的或近于平行的界面所限制的岩性相同或近似的层状岩石。岩层的上下界面叫层面。岩层的顶面和底面的垂直距离称为岩层的厚度。5-岩石圈子系统37图5-13岩石产状要素的实例与图解（据H.L.Levin，1996年资料）5-岩石圈子系统38图5-14岩层褶皱图解（据H.L.Levin，1996年资料）5-岩石圈子系统39图5-15褶皱山体图（据C.C.Plummer,1999年资料）5-岩石圈子系统40图5-16断层要素图解5-岩石圈子系统41图5-17圣安德列斯断裂记景观（据C.C.Plummer,1999年资料）5-岩石圈子系统425.3.3生物化石与生物层序律生物化石是指保存在地层中的地质时期的生物遗体（如动物骨骼、硬壳）和遗迹（如动物足印、虫穴、蛋壳、粪便、古人所使用过的石器等）。生物化石简称化石，这是确定各地层时代的重要依据。5-岩石圈子系统43图5-18中国辽宁省晚侏罗纪(距今1.3亿年前)鱼类化石图5-岩石圈子系统44著名地质学家莱尔（CharlesLyell）在19世纪提出了“以今证古”、“现在是认识过去的钥匙”的科学方法，即当前正在进行着的地质作用和方式与地质时期是一样的，所不同的只是量的差别。5-岩石圈子系统455.3.4地壳演化简史地质时代单位是从年代地层单位概括抽象出来的时间概念，即组成地壳的全部地层(从最古老到最新)所代表的时代称为地质时代，不同级别的年代地层单位所代表的时代称为地质时代单位。5-岩石圈子系统46图5-19全球地壳历史的自然分期示意图（据C.C.Plumer，1999年资料）5-岩石圈子系统475.4岩石圈的形态——构造地貌地貌与地形在含义上有区别，一般说来，地形是指地表形态及地势高低，包括海拔、坡度、坡形等形态特征；地貌是指地表形态发生、发展、成因及其演化趋势的综合。5-岩石圈子系统48中国地（貌）形（体)分类基本指标5-岩石圈子系统495.4.1地壳运动与地貌发育地壳运动是地球内动力作用所引起的各种地壳变化和活动，它使地壳发生变形和位移，形成各种形迹的地质构造并引起岩浆活动和变质作用。某些地壳运动表现为突发的、急剧的形式。而多数地壳运动进行得非常缓慢和轻微以至于人类感觉不到。地壳运动具有普遍性和永恒性。5-岩石圈子系统50图5-20全球地形示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统515.4.2构造地貌的类型构造地貌可以由地壳构造运动直接形成，如构造运动隆起形成的山地、台地或构造运动拗陷形成的平原、盆地等，它们的形成和分布同地壳构造运动的作用方向、受力性质有关，称为动态构造地貌。5-岩石圈子系统52图5-21火山地貌景观示意图5-岩石圈子系统53图5-22内蒙古东部阿尔山市残留的火山锥地貌景观5-岩石圈子系统54图5-23单斜构造示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统55褶皱中心图5-24背斜构造示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统56褶皱中心图5-25向斜构造示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统57图5-26加拿大的向斜构造示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统58图5-27双背斜构造示意图（据M.J.Pidwirny,2002年资料）5-岩石圈子系统595.5岩石圈的形态——外营力地貌5.5.1地貌外营力外营力是指由于太阳辐射、重力和日月引力等作用通过大气、水体、生物的物理和化学作用而产生的各种营力。外营力作用使地表地形发生变化，使高处被削平，低处被填充。按作用方式可将外营力作用划分为：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积或堆积作用等。5-岩石圈子系统60图5-28坡面流水侵蚀过程示意图（据R.W.Christopherson,1998年资料）5.5.2流水作用与流水地貌5-岩石圈子系统61图5-29河流搬运过程示意图（据C.C.Plumer等,1998年资料）5-岩石圈子系统62图5-30贵州黄果树大瀑布与水流景观5-岩石圈子系统63图5-31山前沟谷水流搬运与沉积过程示意图（据C.C.Plumer等，1999年资料）沙5-岩石圈子系统64图5-32山前冲出锥形成过程示意图（据R.W.Christopherson，1998年资料）5-岩石圈子系统65图5-33干旱环境区山前的洪积扇景观5-岩石圈子系统66图5-34干旱环境区山前的流水地貌景观5-岩石圈子系统675.5.3河流地貌河谷是由河流作用造成的长度远远超过宽度的狭长形凹地。河流在陆地表面分布很广，特别在湿润地区更为普遍，河谷是最