第4章 岩石圈与土壤圈

第四章岩石圈与土壤圈曹奇刚地球与空间地球与空间科学知识领域的主题和核心概念领域主题核心概念地球与空间科学地球与太阳系太阳系只是宇宙中很小很小的部分，太阳系中的星球按一定的规律运动，地球是太阳系中的一颗行星。地球自转并围绕太阳运动，因此形成了昼夜和季节。自然环境保护地球以及围绕地球形成的独特圈层构造，包括大气圈、生物圈、水圈和岩石圈，提供了人口和其他生物物赖以生存的自然环境（生存空间）。人类活动必须注意保护自然环境。19．地球是太阳系中一颗很有特色的行星分解概念举例学习内容目标19.1地球是太阳系中的一颗行星，月球是地球的卫星太阳系有八颗行星，人类只有一个地球知道月球围绕地球转动参见[18.1，18.5]19.2地球由一层适宜生物生存的大气圈包围着包围着地球的大气圈包含着氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和微粒等知道包围着地球的大气圈是地球具有生命的必要条件，这也是我们判断其他星球上有否或曾经存在过生物的依据[参见3.1、11.3]19.3地球上约70％的表面被液态水覆盖，水的循环影响地球上的天气变化江、河、湖、海、洋描述水循环的主要过程，说明水循环对天气变化的影响。[参见2.8、2.9]19.4地球是一个球体，地球的外壳是一层固体的硬壳，称为地壳。地壳至今还在缓慢地运动；在缓慢运动的地壳中，能量积累到一定程度时，会发生地震、火山爆发地球和火星的外壳是固体，而木星的外层是气体喜马拉雅山在缓慢升高、红海在缓慢扩张知道地球外壳是一层固体硬壳，知道地壳的运动是地震、火山爆发的成因；了解我国地震带的分布，了解抗震防灾的基本常识分解概念举例学习内容目标19.5地壳主要由三大类岩石构成岩浆岩、沉积岩、变质岩知道地壳主要是由三大类岩石构成的19.6地壳中不同类型岩石的形成经历了不同的过程加热、冷却沉积变质了解三大类岩石的成因和形成过程是不同的19.7不同的岩石有不同的特征和特性颜色、纹理、矿物的硬度、成分、磁性认识常见的岩石，比较不同岩石的主要特征和特性[参见19.5]19.8岩石可以用不同的方法破碎物理风化、水溶解、化学侵蚀、机械、爆炸了解岩石可以通过自然的和人为的方法破碎[参见19.6]19.9岩石破碎以后形成了碎石和土壤砂、小鹅卵石、土壤知道岩石破碎后可以形成碎石，为土壤的形成提供了条件[参见19.8]19.10不同土质的土壤含有不同比例的黏土、沙和腐殖质砂质土、壤土、黏质土比较黏土、沙和腐殖质的特征；调查本地区土壤的成分，了解它对植物生长的影响一、岩石圈总观1.岩石圈的概念岩石圈是地球的表层，薄而坚硬。岩石圈在上地幔软流圈之上，包含地壳和部分上地幔，地壳浮在地幔之上，由莫氏不连续面作为分界。根据板块构造学说，岩石圈并非整体一块，而是由许多板块组成。岩石圈的厚度因地而异。一般而言，大陆地壳的岩石圈厚度大于海洋地壳的岩石圈厚度，但是其具体深度存在争议。第一节岩石圈①内力地质作用：地壳运动——增大地形起伏造山运动、造陆运动、陆块分裂等等内力地质作用的产物地壳抬升形成山地、高原地壳陷落形成海峡、盆地等火山喷发形成山地、岛屿地震形成断裂、地层位移形成多种矿产2.岩石圈的运动变化和物质循环②外力地质作用：大趋势是外力夷平作用——削高填低局部也可以是河流下切：使地形破碎加大高差外力地质作用过程风化（物理风化、化学风化）作用冻融交替、热胀冷缩、化学溶解；侵蚀（剥蚀、冲刷、切割、削磨）流水、冰川、风力、波浪作用；搬运（水力、冰川、风力）作用；堆积（沉积）作用；固结成岩（压紧、脱水、胶结、重结晶）作用。③岩石圈物质循环：大趋势是外力夷平作用——削高填低局部也可以是河流下切：使地形破碎加大高差外力地质作用过程风化（物理风化、化学风化）作用冻融交替、热胀冷缩、化学溶解；侵蚀（剥蚀、冲刷、切割、削磨）流水、冰川、风力、波浪作用；搬运（水力、冰川、风力）作用；堆积（沉积）作用；固结成岩（压紧、脱水、胶结、重结晶）作用。①岩石圈范围大岩石圈包含地壳和部分上地幔②地壳范围小陆壳——厚，双层结构洋壳——薄，单层结构硅铝层硅镁层分别形成花岗岩和橄榄岩（喷出的玄武岩）3.“岩石圈”与“地壳”两词的使用二、矿物和岩石1.矿物——指由地质作用所形成的天然单质或化合物。它们具有相对固定的化学组成，在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。红宝石：主要化学成分氧化铝(Al2O3)，其红色来自铬(Cr)。矿物具有颜色、条痕、硬度、光泽、透明度和晶体形状等等鉴定特征瓷土钾纳长石六棱柱状晶体石英白云母普通角闪石透辉石橄榄石2.岩浆岩⑴定义：是由岩浆凝结形成的岩石。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体。也称火成岩，约占地壳总体积的65%。⑵分类：根据岩浆岩中的二氧化硅SiO2含量分为四种酸、中、基、超基。见讲义P166图4-3⑶花岗岩是地球上分布最广的侵入岩花岗岩玄武岩橄榄岩3.沉积岩★沉积岩的形成过程：风化（物理风化、化学风化）作用冻融交替、热胀冷缩、化学溶解；侵蚀（剥蚀、冲刷、切割、削磨）流水、冰川、风力、波浪作用；搬运（水力、冰川、风力）作用；堆积（沉积）作用；固结成岩（压紧、脱水、胶结、重结晶）作用。★沉积岩的成分和分类：碎屑岩、化学岩石砾、砂、页、灰3.沉积岩砂岩石灰岩4.变质岩★定义：地壳中原有的岩石受构造运动、岩浆活动或地壳内热流变化等内营力影响，使其矿物成分、结构构造发生不同程度的变化而形成的岩石。对火成岩的作用（高压使矿物定向排列）对沉积岩的作用（使矿物重结晶）4.变质岩这块岩石有沉积层理吗？熔融风化搬运沉积变质作用花岗岩片麻岩石灰岩大理岩页岩板岩、片岩岩浆岩、沉积岩、变质岩三类岩石，哪种最多？哪一种分布最广？造岩矿物：石英、长石、角闪石、黑云母。结晶状况好，晶体无方向性由花岗岩变质而成。造岩矿物的晶体有方向性且与岩层压力方向垂直，称片麻理。由方解石CaCO3矿物组成，青灰色、颗粒极细难以分辨。滴稀盐酸后会起泡。由石灰岩变质而成，黑色、矿物结晶细且好。滴稀盐酸后会起泡。纯白色的称为汉白玉。由细粒粘土物质组成，有灰、黑、红、棕、黄等颜色。层理明显，较软。由页岩变质而成，颜色多样，有压力变质形成的片理。敲击后有砰声三、矿产资源1.矿产资源的概念：由地质作用形成的，在当前和可预见将来的技术条件下，具有开发利用价值的、呈固态、液态和气态的自然矿物。品位：矿石中有用元素或有用矿物含量的百分率。2.矿产资源的分类按矿物属性分类——金属矿物：黑金属、有色金属、贵重金属非金属矿物：石盐、石墨、石膏、硫磺能源矿物：煤炭、石油、天然气按用途分类——建筑材料：石灰石金属材料：铁、铝、铜、铅、锌药用矿物：朱砂、白垩土电子工业材料：硅、稀土等等3.我国矿产资源及其开发利用的特点我国地质条件复杂，矿产资源丰富，具有探明储量的矿产153种，矿产地2.3万多处，矿产开发总规模居世界第3位。⑴矿种比较齐全、矿产储量相当可观。但总量大、人均资源少，未来的矿产资源形势十分严峻。⑵石油、天然气、铜、钾盐、煤、铁等6种支柱性矿产的探明储量不足，或是地质工作程度不够，进入21世纪，45种主要矿产中约有1／4不能满足需要。⑶矿产地区分布不均匀⑷大宗矿产质量不高⑸单一矿少，伴生矿多⑹能源资源煤多油气少，构成不合理四、地层、化石和地质年代1.重建古地质事件时间序列的方法化石生物进化地层的相2.地质年代表和地壳演变请判断以上地层的地质年代一、板块运动和板块构造学说了解大陆漂移、海底扩张与板块构造板块构造理论指出，地球上板块挤压碰撞区域是最不稳定的地区。那里有频繁的地震活动和火山爆发现象。地震活跃区的地壳运动规律应该成为公民必须了解的地理知识。不仅国家建设、国防安全等方面需要考虑这些问题；国民未来的基本生活和投资行为等也要参考这些因素。第二节岩石圈的运动和变化1.大陆漂移由于海底扩张，洋壳在与陆壳碰撞挤压时，将产生俯冲现象。这时，不仅会发生地震，而且低熔点的洋壳岩石将迅速熔化成为岩浆，并且沿地壳裂隙等薄弱地带喷出地表，形成火山。见讲义P179图4-11、图4-12见讲义P180图4-13、图4-142.海底扩张海底扩张部位（大洋中脊或中央裂谷带）的岩浆活动和火山喷发现象。了解海底扩张的动力来源3.板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上提出的。根据这一新学说，地球表面覆盖着不变形且坚固的板块(地壳)，这些板块确实在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。4.板块间相互作用的三种类型由于地球表面积是有限的，地球板块分类为三种状态：其一为彼此远离的分离型板块边界；其二为彼此接近的汇聚型板块边界；其三为彼此平错的转换型板块边界。板块本身是不会变形的，地球表面活动便都在这三种状态下集中发生。大陆与大陆板块碰撞常形成巨大褶皱山脉。Flash声频二、岩石圈整体运动变化的其他表现1.褶皱构造2.断裂构造3.火山和岩浆活动前面三个视频片段分别展示陆地与海底火山⑴陆地上的火山表面覆盖着火山灰、火山熔岩。火山还会形成沸泉。⑵看看令人恐怖的火山岩浆的奔突，再了解一下海底的熔岩通道。⑶海底火山在形成，并随海底扩张而移动。4.地震视频（日本地震灾难现场全纪录）人类无法抗力的自然力量2009年8月5日，台风莫拉克，降水3000mm台湾高雄县小林村遭遇泥石流毁村进入西藏为何舍近求远：川藏公路塌方、滑坡2008年5月，纳吉斯台风席卷缅甸14万人死亡。还有2008年5月12日，汶川的8级地震。日本地震后海啸全程直击视频日本海啸惊魂一刻道路阻塞三、地表形态的变化地层受到内力地质作用的影响，再次变形——形成各种褶皱褶皱被侵蚀破坏后，形成单斜岩层角度大的，成为直立岩层嵩山书册崖角度大的直立岩层黄山花岗岩的球状风化1.风化作用黄山玉屏楼黄山梦笔生花花岗岩地貌黄山花岗岩的球状风化不同岩层岩石的抗风化能力不同，上部形成厚厚的风化壳。表层有薄层土壤。2.侵蚀作用及流水侵蚀★坡面流水侵蚀黄土高原上的坡面流水侵蚀作用地形破碎、沟壑纵横河流下切-科罗拉多大峡谷★河流流水侵蚀——机械侵蚀坡面侵蚀（面状侵蚀）线状侵蚀细沟-浅沟-切沟-冲沟-坳沟见讲义P191石灰岩地区喀斯特地貌★流水化学侵蚀天生桥石灰岩地区喀斯特地貌石灰岩地区喀斯特地貌桂林芦笛岩石灰岩地区喀斯特地貌重碳酸钙淀积作用形成的喀斯特地貌石灰岩地区喀斯特地貌岩溶侵蚀作用形成的喀斯特地貌层状喀斯特溶洞和天坑石灰岩地区喀斯特地貌重碳酸钙淀积作用形成的喀斯特地貌桂林芦笛岩石灰岩地区喀斯特地貌桂林叠彩山石灰岩地区喀斯特地貌★风力侵蚀3.其他侵蚀作用★冰川侵蚀★波浪侵蚀野柳地质公园的海水冲刷剥蚀作用野柳地质公园的女王头像★流水搬运——P1974.搬运作用★风力搬运——P198★冰川和波浪搬运——P198西北沙漠中的风力搬运作用敦煌·月牙泉鸣沙山水土流失、泥沙俱下黄河★流水沉积5.沉积作用尼罗河三角洲★风力沉积★冰川沉积★波浪沉积一、土壤和土壤圈综述1、土壤和土壤圈的基本概念⑴土壤——地球陆地表层具有肥力，能够生长植物的疏松层。⑵土壤肥力——土壤所具有的能够连续、稳定地供应和协调植物生长需要的水、肥、气、热等因素的能力。⑶岩石风化壳物质是成土母质土壤形成需要地质大循环和生物小循环的双重作用地质大循环指物理和化学风化，矿物元素迁移等等过程生物小循环指生物生长、死亡残体的生成、积累和转化的过程有机质的矿质化和腐殖化都属于生物小循环。第三节土壤圈★土壤在自然界是连接无机界和有机界的枢纽2、土壤圈在地球表层系统中的作用植物利用土壤中的养分和水→生产有机物也利用阳光、空气进行光合作用在山区坡地，不可破坏地表植被。否则会造成水土流失，土壤退化。⑴土壤无机物（矿物质）原生矿物（只有物理风化形成粗细碎屑）次生矿物（化学风化形成，粘土矿物为主）高岭土、蒙脱石和伊利石⑵土壤有机物生物残体、凋落物等；土壤腐殖质⑶土壤水分：强结合水和有效水（重力水快速流动性、毛管水有效水、吸附水、化合水无效水）⑷土壤空气：水汽、CH4、H2S、O2、CO2等等3、土壤的组成⑴土壤剖面与发生层次枯枝落叶层（凋落物层）半分解有机物（有机碎屑，泥炭层）腐殖质层淋溶层淀积层母质层母岩层4、土壤形态与一般性状特征