地球故事第四讲--宏伟的大地构造运动

地球故事第四讲--宏伟的大地构造运动地球是一成不变的吗？早在北宋时期，沈括（1031-1095）在他的《梦溪笔谈》中就阐述了有关地球演变的精辟见解，他考察雁荡山注意到地质作用的存在，认为：“谷中大水冲激，沙土尽去，惟巨石岿然挺立耳。”指出河流对地表的巨大改造作用。他还根据太行山麓岩石中所含的螺蚌化石，判断这里曾经是大海之滨，后来才发生了沧海桑田的变迁。在西方，欧洲文艺复兴时期的代表人物达·芬奇曾对侵蚀、搬运、沉积做了动人的描述，不过他比沈括晚了约400年，他在多次考察阿尔卑斯山后指出，砾石是河流挖掘作用的产物，山是水作用于地表形成的，从山上冲刷下来的泥土被河流搬运到海中，会使海底升高，海水退却，海陆的轮廓也不是一朝一夕形成的。可见，从我们的先辈起，就对地球的不断演变有了明确的认识。地质学家把各种影响地球的作用分为外力地质作用和内力地质作用两大类，前者包括了不易察觉的河流、湖泊、风、冰川、海洋以及地下水等各种复杂的作用；后者囊括了岩浆活动、地幔对流等等众多地球深部的各种巨大的改造作用，让我们逐步揭去地质作用的神秘面纱，看看地球是怎样发生变化的。小厮2006-04-0811:26什么是地质作用地球的岩石圈（或地壳）已经形成40多亿年了。在这漫长的地史期间中，它无时无刻不发生变化，从成分、结构、构造直至地球表面的形态。这种使岩石圈（或地壳）发生变化的作用就是地质作用；使它发生变化的力量叫地质营力。科学家根据地质作用的速度把地质作用分为两类。一种是突发的或灾变性的地质作用，如火山、地震和海啸、山崩或雪崩、山洪和泥石流等。另一类是极缓慢而安静的地质作用，常不易被人们觉察，如湖泊沉积作用，地表的沉陷，海岸的变迁等。沈阳附近的一座皇陵今天已被2米多厚的黄土覆盖了，每年约堆积1mm左右，与华北地区普遍有百余米厚的黄土比较，堆积就是缓慢的了。根据地质营力还可把地质作用分为内力作用和外力作用。内力作用由地球内部的能—主要是重力能和放射性元素蜕变产生的热能所引起，或者说，内力作用就是要通过各种方式和手段—不管是突变的还是渐变的—来释放地球内部积累起来的能量。相应地，由地球以外的能源引起的是外力作用。太阳的幅射能是最主要的外力作用，有了太阳，才有昼夜的温差，一年有四学，地球才有气候带；也因为有了太阳，才有了地球的生物圈。简单地说，外力作用唱的是三部曲：首先是使岩石破碎，然后是把它们从原来的地方搬走，搬运到另一个地方去沉积下来，即风化剥蚀—搬运—沉积。所以，外力作用的总趋势是“削高填平”，把高山和高原破坏掉，把它们搬到低洼的地方，使低洼的地方填平，结果是使地表夷面（出现一个夷平面）。按这个罗辑，那地球表面不早就是一马平川了吗？地球表面之所以有高原和盆地的差异，就是因为有内力作用。大陆板块的碰撞，造成大面积内的地壳增厚和隆升，如西藏高原；大量的岩浆活动则可以造成一个地区的热隆升。正断层活动则造成线形的沉陷带，象东非裂谷、山西地堑等。所以，今天能看到的高山深谷，都是年轻的（有的是还在进行中的）地壳运动的反映，而古老的高原或山脉则已被夷平了，象欧洲的华力西造山带，约在2.5亿年前形成，今天连丘陵都见不到了，只是地表有些起伏而已。综合以上所述，内力作用与外力作用是地史期间始终存在的一对矛盾。这种对立统一性表现在：一方面在破坏旧的，一方面在建设新的，而新、旧两者又是互为依存、彼此转化的。地质作用一方面在建造新的，一方面在改造旧的；建造阶段内有改造，改造阶段内有建造，只是看以何者为主罢了。有了这样一个思想框架，我们就可以去具体地认识各种各样的地质作用了。小厮2006-04-0811:27无处不在的风化作用年轻恋人们常用“海枯石烂不变心”来表达自己对爱情的忠贞，似乎海不会枯，石不会烂。其实海是会枯的（以后将讨论），石头也会烂掉。造成石头烂掉的原因就是风化作用。物理风化是最简单的风化作用，在沙漠地区尤其明显。因为那里气温白天高达40－50℃，晚上可降到0℃以下，岩石热胀冷缩，这种胀缩在岩石表部和核部是不一样的。由于不同矿物的膨胀系数不一样，久而久之，岩石出现了裂隙，由大块变成了小块，由小块变成砂，由砂变为土，石头就烂掉了。在有化学作用和生物作用参与的情况下，风化作用进行得更快，风化的过程和产物也更丰富多彩。最常见的风化现象是岩石的球状分化，这是因为岩石的外层易发生成层裂开和鳞片状剥落的缘故，兼之岩石内常有相互交错的裂缝，沿裂缝风化最深，稜角磨得最圆。在悬崖陡坡上的岩石，因风化而发生崩落，裂解下来的石块沿山坡流动，最后在山坡脚下稳定的地方堆积下来，形成上尖下圆的锥形体，称倒石锥。如果是一个平缓的山坡，崩落下来的岩块杂乱地堆积在那里，形成石滩或石海。物理风化、化学风化和生物风化作用的综合产物是风化壳。一个发育成熟的风化壳中，硅酸盐矿物已完全分解，形成硅及三价金属的胶体氢氧化物，产生的典型矿物是游离的氢氧化铁和氢氧化铝（褐铁矿、水赤铁矿、针铁矿、铝土矿等，俗称铁帽），如华北中奥陶统灰岩之上的风化壳、广西下二叠统灰岩之上的风化壳等。以生物风化作用为主的风化作用的综合产物是土壤；除植物外，气候在土壤形成的过程中起了重要的作用。风化作用无处不在，无孔不入，它对人们带来的困扰，几乎可与生锈、虫蛀并列。修公路修铁路时，常可开挖出非常好的地质露头，有些现象的意义足以与“名胜古迹”媲美，吸引了中外地质学家前去研究。但几年过后，研究成果发表了，纪念碑树起来了，露头也风化了。在我国南方气候炎热而潮湿的地区，化学风化作用的速度最快，裸露的岩石只需几年便因风化而变得疏松，风化层可厚达几十米。位于洞穴或石窟（著名的如云岗石窟、敦煌石窟等）的浮雕或石雕虽免于风吹雨淋之苦，仍因风化而变得斑驳陆离。埃及的狮身人面屹立在大自然已有4000多年了，相对来说风化进行得较慢，原因之一是气候干燥，只有物理风化在起作用。而狮身人面象是从一整块灰岩上雕凿出来的，抗物理风化能力较强；第三个原因是那里风沙大，飞沙经常把它掩埋起来，保护了它免受日晒夜冻。游客们在欣赏她勃发的英姿时，哪里会想到可能咋天她还埋在飞沙中泥？小厮2006-04-0811:27亦利亦患的河流河流似乎总在不息地奔腾，故哲学家孔子有“逝者如斯夫”的感概，诗人李白和苏东坡分别有“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复还”和“大江东去，浪淘尽，千古风流人物”的抒怀。不过，李白似乎没有想过河流在“奔流到海”时的地质作用。黄河之水不是天上来的，而是流经黄土高原的各支流汇集而成的，故携带了大量的黄土和泥沙。根据50年代的资料，黄河的含沙量为每公方水34公斤沙，长江的含沙量0.49，黑龙江0.11，淮河0.56，松花江0.31，辽河7.35。美国科罗拉多河流经耕罗拉多高原，含沙量10公斤；埃及尼罗河素以泛滥著称，含沙量1公斤。黄河是世界上含沙量最高的河流。在陕西的陕县曾作过统计，1919至1953年这35年间，黄河的年输沙量，最高达44.27亿吨，最低也有3.2亿吨，平均年输沙量13.8亿吨。如果把这些泥沙堆成宽、高各1m的坝，可绕地球赤道（40000多km）30多圈。河流中携带的泥沙，一部分确是奔流到海了，在入海口堆积下来，使海岸线不断向海推进。黄河三角洲是世界上增长速度最快的三角洲，从其含沙量计算三年即可向海推进10公里。长江的含沙量尽管不算高，但流量是黄河的20－30倍，输沙结果就可观了。以崇明岛为例，公元620年刚露出水面（称水沙洲），现面积800多(平方公里)。历史上沿海岸曾作过护堤，现这些堤均已没入水中数至数十公里矣。无幸奔流到海的泥沙只能在河床内沉积下来。在许多地段，黄河的河床高于邻近的地面，是靠河堤把水限制在河床内的，形象地说，是“悬挂”在空中的河流。正因为这样，有史以来黄河曾在北至海河、南达淮河的广大地域内数次改道，入海口也相应改变，造成巨大的水患。近年来，由于沙多水少，黄河经常发生断流，无水入海。这是大自然给我们敲响的环保警钟。河流曾孕育了人类的诞生，因而最古老文明的发祥地总与某条河流有关，就象黄河、尼罗河、底格里斯河和幼发拉底斯河那样。今天，只要看一下有多少首都（或工业重镇）沿河而建，就可以知道人类对河流的依赖性和眷顾。河流是大地的动脉，在火车出现以前，船是人们主要的交通和运输工具；河流也是大地的乳汁，它灌溉农田，滋润牧草，使人类得以生息繁衍。大工业的发展使河流被极大地污染了。试想，如果河流内没有鱼了，人们的饮用水要靠工厂生产因而水比汽油还贵，这样的世界是正常的吗？加强上游和沿岸地区的水土保持，制止工业污染，还东去的大江以“奔流到海不复还”的生命力，已是刻不容缓的事了。小厮2006-04-0811:36山洪和泥石流的危害如果河流是常年流水的话，那么还有一种暂时的或季节性的地面流水，由暴雨引起。不管在气候干旱（年降雨量300－600mm）的北方还是多雨的南方（年降雨量可达2000－3000mm），都有这样的现象：70－80％的降雨量集中在七、八、九三个月内。在南方的许多地区，这种降雨方式决定了一年的气候只分两个季节：干季和雨季，并有“一年四年无寒暑，逢雨便是冬”之说。一旦暴雨发生，山间的各种低地都会成为集水区，并迅速汇集成暂时的洪流，即山洪。山洪水量大，流速快，常裹带大量石块和泥沙，带来冲垮公路桥樑、毁坏村庄建筑等灾难性结果，因而常说山洪爆发。当其流到冲沟或山涧出口处时，地势突然开阔平坦，水流速度很快降低并在沟口外水流四向分散，其携带的石块泥沙即堆积下来，称洪积物。如果洪积物呈上尖下圆的锥形，称洪积锥。如果锥面的坡度较缓，则称洪积扇，自扇根到扇缘，沉积物自粗大的石块变为粉砂和亚粘土。若干个相邻的洪积扇扩大相连成为围绕山脚的洪积裙，进一步发展为微向山外倾斜的洪积平原。在河流不发育的地区，洪积平原常成为大城市建设的首选之地，如北京就位于大洪积扇的边缘。泥石流就其成因、流经的三个区段等看与山洪相似，不同的是石块等固体物质的体积含量大于15％，因而多见于南方（北方大部地区为黄土高原）。泥石流的前峰是一股高密度的浓浊洪流，其中石块、泥沙等的含量高达60－80％，形成高达几米甚至十几米的“龙头”倾泻而下。直径大于2m的石块（重数吨至十几吨）竟轻易地被泥石流挟带走了，小一点的石块则在泥石流内连翻带滚。泥石流中石块的互相撞击，兼之它们对沟底和两侧岩石的撞击，形成巨大的轰鸣，犹如万马奔腾，方圆数平方公里内均可闻及。如果泥石流暴发时你站在高坡上，头上是鸟云翻滚，雷鸣电闪，大雨滂沱，脚下是黑浪滚滚，龙腾蛟跌，泥石流呼啸而过，这时你就会明白什么叫“惊心动魄”、“泣天地惊鬼神”了。泥石流突然暴发，历时短暂，几十分钟里可以搬运几十万甚至数百万立方米的固体物质，其中包括成百上千吨巨石。其危害性和破坏性更甚于山洪，可以吞噬掉它前进路上遇到的任何东西，真可谓“逆我者亡”了。泥石流通过狭窄的沟谷后堆积下来，称泥石流扇，但分选性较泥石流更差，大小混杂，石块叠置的形态也较奇特。近40余年里，由于不恰当地砍伐森林和烧山开荒，导致植被破坏，水土流失严重，山洪和泥石流呈多发趋势，已到了不可等闲视之的地步。黄土高坡上的人们曾提出“土不下坡，泥不出沟”的口号，多么希望它早日成为事实！小厮2006-04-0811:37美不胜收的地下水世界翻开一幅幅地图，可以看到河流纵横交错，湖泊星罗棋布。其实，地底下照样有河流（常称暗河或伏流）和湖泊，只不过它们发育在地质学家所称的溶洞里，构成一个美不胜收的地下水世界。世界上最大的溶洞是北美阿巴拉契亚山脉的犸猛洞，位于肯塔基州境内，洞深64km，所有的岔洞连起来的总长度达250km。洞里宽的地方象广场，窄的地方象长廊，高的地方有30m高，整个洞平面上迂迴曲折，垂向上可分出三层。雨季，整个洞内都有流水，成为地下河流在坡折处河水跌落，形成瀑布；旱季，局部地区有水，成地下湖泊，可能还有积水很深的潭，不妨称无底潭。说它是个美不胜收的地下水世界真是一点都不夸张的。中国是个多溶洞的国家，尤以广西境内的溶洞著称，如桂林的七星岩、芦迪岩等。北京西南郊周口店附近的上方山云水洞，深612m，有七个“大厅”被一条窄长的“走廊”相连，洞的尽头是一个硕大的石笋，美名十八罗汉，