主要论点:①地壳是循环运转的,上升部分陆地毁灭-受侵蚀;低洼部分陆地再造-接受沉积;②地内热能是地壳循环运转的动力,地球就是一部地热机。 赫顿认为:地内热能是海底松散沉积物固结成岩,地下岩层熔融并侵入地壳直至火山喷发的动力;而熔融物质侵入是使沉积层隆起抬升的原因。
魏尔纳的两个得意门生——德国地质学家布赫(Leopold.Von.Buch,1774-1853年)和法国地质学家多比松(J.F.D.AubuissondeVoissins,1769-1841年)通过对火山的观察,也背离了水成论而转向火成论,于是终以火成论的胜利结束了这场持续了30年的争论。 (3)居维叶的灾变论
“水火之战”发展了地质科学的概念与方法,对地质学的确立具有重要意义。但地质学的根本任务是了解地球与地壳的发展历史,要揭开地球历史就必须把生物演化系列与地层系列统一起来考虑,该工作的创始人就是法国古生物学家居维叶(D.G.Guvier,1769-1832年)。 居维叶对地质科学的贡献,就是确立了生物地层学的研究方法:①把化石确定为推断地层相对年龄的“科学尺度”。居维叶通过古生物的研究形成了这样一个科学概念:灭绝的生物和现有生物的差别越大,躯体构造越简单,则它所处的地层年代越古老;反之则越新。②为古生物方法判定地层年代提供了科学准则-“器官相关律”。居维叶发现:每个机体都是一个完整的严密的体系……,获得一部分(器官)就可以判明其它的部分……就可以象拥有一个完整体系那样精确地决定它的纲、目、属、种。
居维叶对地球的演化规律的认识是灾变论,认为:①物种不是进化的,而是永恒不变的;②地球的演化是一连串突发的灾变;③每次突变都彻底改变地壳面貌,引起生物绝灭,而后又被重新创造出来。 (4)莱伊尔的渐变论
与灾变论相对立的渐变论(均变论),是由赫顿提出,由英国地质学家莱伊尔在与灾变论的斗争中发展和确立的。莱伊尔等认为:①地质历史的演变是渐进的,是由最普遍的地质因素——风、水、河、海等在长期作用中,促进了地表形态和地壳结构的改变;②针对灾变论的“古今不一致”说,提出了“古今一致”说,认为“现在是了解过去的一把钥匙”,即后人概括的“将今论古”的现实主义原理。 莱伊尔在1830-1833年出版的文卷《地质学原理》,为地质学体系的建立奠定了最重要的基础,标志着地质学的成熟与独立,是一部划时代的著作。
近代地质学(或称传统地质学)理论体系概括为岩矿地质学、动力地质学和历史地质学三大内容,一直延用至今,成为基础地质学的三大部分。
3、现代地质学的发展——地质学的全面论证、全面发展和地球科学的革命
19世纪中叶,资本主义进入全盛时期,推动了地质学进入现代的崭新发展阶段,特别是近几十年来,随着科学技术的突飞猛进,许多新成果、新技术、新方法都在地质学中得到广泛应用,推动地质学发生了新的革命。
生产力的发展和科学技术的进步推动现代地质学的形成与发展主要体现在两方面:一是为地质学提供了新的仪器和手段——电子显微镜、电子计算机、遥感技术等;二是为地质学开拓了新的研究方向和领域——海洋地质、星球地质等,从而使地质学向纵深方向发展,出现了高度分化、高度综合的新趋势,并与其它科学相互渗透、相互交叉,产生了许多边缘学科——应用数理统计原理和方法研究地质问题的数学地质学、应用物理化学原理与方法研究同位素在地壳中分布和变化规律的同位素地质学、研究环境与人类健康关系的医学地质学等。 大地构造演变理论方面取得重大进展,由固定论转为活动论,研究范围由大陆扩大到全球。 传统地质观念认为:大陆只是在原来位置上作垂直升降运动,海陆虽有扩大和缩小,但相对地理位置是基本不变的。1912年德国学者魏格纳提出“大陆漂移学说”,对传统的固定论是个彻底的否定,从而激起了两大学派持续了近半个世纪的争论。
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二次世界大战以后,科技的迅猛发展,在活动论的思想指导下,综合海洋物探、古地磁、地震、同位素地质等方面所获得的大量实际资料,20世纪60年代美国一批青年地质学者创立了全球板块构造学说,是人类对地壳运动的划时代的认识,是地球科学的一次大的革命,大大推动了地质等各个领域的变革和发展。现代地质学同近代(传统)地质学相比,正由浅部向深部,由大陆向海洋,由新向老,以及由地球向宇宙间发展。
全球板块构造理论能够解释与推断以前各种学说不曾解决的许多问题,但不曾也不能解释地球物质运动的一切问题。现代地质学在不少领域中还存在许多争论:对原始岩浆源的成分问题还有岩浆论和转变论之争、对花岗岩成因的问题还有岩浆论和转变论之争、对地壳运动的原因问题仍有许多不同甚至针锋相对的观点。 地球物质运动永不“停息”,人类的认识活动也永无止境,有待于我们进行不断地探索研究。 4、现代地质学的发展趋势
(1)地质学观察与研究的范围和领域日益扩大
(2)地质学研究的精度与深度随着多学科的合作而不断提升 (3)实验与模拟成为地质学研究的重要手段 (4)全球构造理论不断补充完善
(5)资源与环境是地质学服务社会的重要方面 (6)国际合作成为现代地质学研究的必然趋势 四、地质学在地理专业中的地位和作用 地质学的主要研究对象是地壳,而地壳又属于地理环境的一部分,地质学与地理学关系极为密切,地质学是地理专业的专业基础课。
1、自然地理学各分支学科——地貌学、水文学、土壤学、气象学等以及区域地理学的学习,都需要具备地质学的基础知识和理论
地貌是地壳的表面形态,盆地、高原、丘陵、山地、平原等地貌的形成与变化都受着地质构造与岩性的控制,是内外力相互作用的结果;土壤的发育、性质和分布规律受到母岩的物质组成和新构造运动的影响;水圈中水体的形成、性质、分布和活动,受地貌和地质构造的影响;气象气候也受地形的控制和影响;矿产资源的地理分布则主要受成矿规律的支配。 2、掌握必要的地质学知识,特别是矿物知识,有助于研究经济地理中的有关问题 经济地理学是研究社会经济活动与地理环境之间的关系,地质学与经济地理学也存在着密切的关系。自然条件和自然资源的评价是经济地理学研究的前提,需要直接运用地质学知识。目前工业发达的国家,以矿业和以矿产品为基础原料的工业,一般要占到整个工业生产的60%左右,进行生产所使用的动力几乎全部取决于地下资源。查明地下地质构造的情况则是城市、矿山和水利建设与规划的重要依据。
3、为地理学习提供必要的地质学基础知识、理论和方法,培养中等学校地理教师在教学上必不可少的基础知识
现代中学地理教学包括了地壳的组成、构造、发展史和地质作用等各方面的内容,地质学基础知识是中学地理教师所必须具备的。培养一定的野外地质观察与分析能力,掌握一般野外地质工作方法,对于一个中学地理教师组织学生开展地理课外活动与参与当地建设实践更是大有裨益的。
§2.地质学的特点和研究方法
从地球形成以来的漫长地质历史过程中,经历了一系列极其复杂的变化,不仅引起变化的条件和因素极为复杂,而且变化规模极为庞大,要说明地质学的研究方法,首先就要分析地质学研究对象的特点。 一、地质学的特点 1、时间的悠久性
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据推测地球年龄约46亿年,原始海洋在39亿年前形成,35亿年前原始生命出现在海洋里,人类的出现只不过是地球历史上最后一个时期-第四纪(Q)2-3百万年前的事。 一个大的地质事件,往往需数百万年、数千万年才能完成,岩石、矿物的形成、海陆的变迁、山脉的隆起、海底的扩张等,喜山山脉从海底隆起至今约4-5千万年,大西洋的形成约200百万年。
相对于人类历史,地质历史十分悠久,而且每一地质事件出现前,都需要长时间的量变积累过程,不同地质事件所表现出的地质阶段之间的时间尺度很长,多以万年、百万年甚至亿年计算。
人类难以对正在进行的地质作用的全过程做完整的观察,对于地质历史中的地质作用更不可能直接去了解。有人打过形象的比喻:假如整个地球的历史是一部巨厚的书,那么人类的历史只不过占有其中的最后一卷的最后一页的最后一行而已。 2、空间的广阔性
地质学的研究对象,广度上包括整个地球,深度上直到地心,高度上达大气层上界;地质学的主要研究对象是地壳,大陆地区地壳平均厚度33km,大洋地区6km,故研究空间十分广阔。 3、地区的差异性
地质学研究范围十分广阔,不同地区有不同的物质基础、构造运动和外界因素,虽然在漫长的地质历史中,有其统一的发展规律,但各个地区的地质发展过程仍有很大的差异。 同一地区不同地质时期变化过程与结果不同;同一时期不同地区变化过程与结果也不同。志留级(S)时华北是陆地,华南则是海洋;石炭纪(C)、二叠纪(P)时,北半球温湿期,南半球大冰期。 4、变动的复杂性
时间上的漫长性,空间上的广阔性,再加上地球是一个非常复杂的天体(包括有机界和无机界),其变化既决定于地球本身的内在因素,又受控于宇宙空间的外界因素,其形成变化因素之多,现在也无法充分估计,最先进的计算机也无法模拟,从而决定了地壳变动的复杂性。 变动的复杂性还表现在不同的地质过程,会产生相似的地质现象,造成同一种地质现象可有多种解释——地壳隆起,发生海退现象,冰期时,同样也可引起海退。 5、记录的残缺性
地层好比地壳发展历史书的书页,其上记载着地壳发展过程中的环境特征和地质作用,人类正是依据地层来恢复地壳发展历史的。后期的地壳运动和地质作用,往往把前期形成的地层破坏,或弄得支离破碎,残破不堪或毁坏得面目全非,难于辩认。 6、较强的实践性
地质学是来源于实践而又服务于实践的科学。地质学必须以地球为大课堂,以大自然为实验室,进行野外调查研究,大量掌握实际资料,得出初步结论,然后再用以指导生产实践,并不断修正补充和丰富已有的结论。
由于地质学研究对象的时间悠久性、空间广阔性、地区差异性、变动复杂性、纪录残缺性、较强实践性,从而增加了地质学研究的困难,决定了其研究方法的特殊性。 二、地质学的研究方法
地质学的研究方法主要是在实践的基础上,进行推理论证。推理的基本方法是演绎和归纳。演绎是由一般原理推出特殊情况下的结论。归纳是由一系列具体的事实概括出一般原理。 1、野外调查
地质学的研究对象既然是地球(主要是地壳),必须要以自然界为实验室,直接到野外观察研究,广泛积累大量第一手资料,然后予以去粗取精,去伪存真地分析,上升成理论,再回到实践中加以检验,补充和修正,如此循环往复才能得出正确的结论。 野外调查是地质学基本的研究方法。
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2、室内实验和模拟实验
为了研究矿物、岩石等的化学成分、物理性质及内部结构,必须采取各种手段进行实验和分析工作。
模拟实验:经野外调查研究后,将自然界规模巨大、时间漫长、条件复杂的地质作用过程,采取缩小规模、缩短时间、简化条件的方法,让其在室内重现,看其结果是否与野外调查基本相似,若是那就认为该结果是由于该成因机制的作用过程造成的。
模拟实验可分为实物模拟和数学模拟两种,随着计算机的引入,数学模拟的应用日益广泛。人造矿物(金刚石、石英等)和岩石,有助于了解自然界矿物、岩石和矿床的形成和分布规律;地质力学模拟实验可以得到各种构造形式产生的条件和分布规律。 3、历史比较法(现实类比法)
地质学的任务之一就是要搞清地质作用过程,恢复地壳发展史,但现在看到的只是古老地质作用的最终结果,怎么去推断这种结果的形成过程呢?
英国地质学家莱伊尔(CharlesLyell,1797-1875年)首先提出了“将今论古”的现实主义原理和方法:以观察和研究现代地质作用过程和结果为基础,再将野外调查到的历史地质作用的结果与现代地质作用的结果进行类比,以推断地史上产生该结果的地质作用过程,即利用现在的已知推断过去的未知。
莱伊尔曾说“现在是认识过去的钥匙”——ThePresentistheKeytothePast。现代干旱半干旱内陆湖环境下,由于蒸发作用可产生盐矿,若某地某一地层中发现有岩盐,则可推断该处当时为干旱半干旱内陆湖环境;现代海洋中有泥沙不断沉积,并繁殖着螺蝌等软体动物,若在组成高山的地层里找到了海生螺蝌化石,就可判断高山所在曾经是一片海洋,并可得到结论,地球各处的山脉并不是从来就存在的,而是地壳历史发展的产物。但莱伊尔错误地认为现在的地质作用和地史上的地质作用是一样的,所不同的只是量的差别,即均变论(渐变论)。 事实上,地质作用的改变不只是量的,而且还有质的变化;不只是缓变(渐变),而且还有突变,过去的环境不同于现代的环境,过去的地质作用不完全同于现代的地质作用。地壳形成初期,大气中二氧化碳含量高,水体呈酸性;现代海百合生活于深海,但在地史却生活于浅海。现代地质学接受了莱伊尔现实主义原理的合理部分,发展成为历史比较法,也就是以现在分析过去,恢复地质历史,但在古今类比中,绝不能简单地机械地套用,必须用辩证唯物主义和历史唯物主义观点作指导,综合各方面的资料,考虑具体条件进行具体分析。 4、区域对比综合分析
由于地质现象具有多解性,即同一种现象可以有多种成因解释,就必须进行区域对比、综合分析。地壳运动引起的海退总是区域的,而冰期气候造成的海退却是全球的;外营力引起的断裂总是延伸不远,而地壳运动引起的断裂规模较大并且在一定地区延伸方向较稳定。
本章小结:引入地质学的基本概念,明确地质学的研究任务与内容,介绍地质学的特点和研究方法。 思考题:
1、地质学研究的内容是什么? 2、地质学的特点有那些? 3、试述地质学的研究方法?
第一章 总论
教学目的:介绍地球的基本特征,分析地球的结构,研究地质作用。 教学要求:了解人们对地球形状的认识过程及有关地球的形状和大小的一些基本数据;了解地球的密度和重力,地壳均衡说的内容;掌握地热、常温层、地热增温级和地热梯度的概念;
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掌握不连续面的概念,地壳、地幔、地核的分界面;掌握相对地质年龄和绝对地质年龄,识记地质年代简表;熟练掌握地壳、地幔、地核的分层和特点,陆壳和洋壳的区别,岩石圈、软流圈的概念;熟练掌握地质作用、地层层序律、生物层序律的概念,主要地质时代单位的符号。
教学重点:地球的结构,地质作用。 教学难点:地球的结构,地质作用。 教学方法:讲授法、讨论法 教学手段:多媒体教学 教学内容:§1.地球的概况
§2.地球的结构
§3.地质作用和地质年代
§1.地球的概况
一、地球的形状和大小 1、地球在太阳系中的位置 (1)地球在宇宙中的位置
现代科学技术利用射电天文望远镜已能了解到3.6×106光年的范围,可以观测到10亿个以上的星系,太阳所在的银河系只是其中的一个,银河包括1400亿颗恒星。
地球仅仅是太阳系的一个普通成员,相对说来,地球是宇宙中十分微小的一个分子。
从地质学的角度上说,地球是主要研究对象,但从天文学的角度上或从宇宙成因上说,又不能把地球和其它天体的特征相分离。 (2)地球在太阳系中的位置
太阳系(solarsystem)是以太阳为中心的一个天体系统,包括了质量和体积最大的太阳,居于整个体系的中央,能自己发光和辐射热能。围绕着太阳的是八大行星,由内往外是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,以及位于火星和木星间的小行星和轨道不同于其他行星的彗星,也包括某些行星所拥有的为数不多的卫星,所有行星均围绕着太阳公转,同时各自又在作自转,但它们都不能自己发光,仅仅能反射太阳光。
相对于太阳来说,所有行星的体积和质量都是很小的;太阳的体积为地球的130万倍,质量为地球的33.3万倍,密度为地球的l/4。 2、地球的形状和大小
(1)对地球形状、大小的认识
一般所说的地球形状与大小是指地球外壳及其表面水体的轮廓,从卫星拍摄的地球影像来看,地球为一球形体。概略地说,地球是一个旋转的三轴椭球体,或近似的扁球体,其表面起伏不平,人们以大地水准面(平均海平面)来理想地圈出一个完整的球体,作为地球形态的几何图形。
圆球形 旋转椭球体 大地水准体 (第一级近似) (第二级近似) (第三级近似) 由于人造卫星等空间技术的发展,大大地推动了关于地球形状的深入研究,取得了一些新的数据:
A.大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面,而是有的地方隆起,有的地方凹陷,相差可达100m以上。
所谓大地水准面,就是全球静止海面,是假设占地表四分之三的海洋表面完全处于静止的平衡状态,并把它延伸通过陆地内部所得到的全球性的连续的封闭曲面,曲面上处处与铅垂线垂直,是陆地上海拔的起算面。
B.地球赤道横截面不是正圆形,而是近似椭圆形,长轴指向西经20°和东经160°方向,长
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