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第3章 地球探秘

1.地球的褶皱

地球历经几十亿年的动荡和发展后,就像一位饱经风霜的老人,表面留下了许多凹凸不平的“皱纹”。据探测观察表明,地球表面的岩石圈虽然坚硬,但当它受到来自地球内部力量的强烈挤压、拉张和扭曲时,会把内营力慢慢地在岩层里聚集起来。年长日久,这个力越聚越大,最后终于超过了岩层本身的强度,使得岩层承受不了,而发生弯曲甚至断裂。这种现象,就是地质学上所说的“褶皱”,即一种由于岩层受到水平方向力的挤压而发生波状弯曲,但又未失去连续性和完整性的现象。

褶皱最基本的形势有向斜和背斜两种。向斜是指岩层向下弯曲的部分。一般来说,在向斜构造的岩层中,越靠近中间部分的地层越年轻,越远离的地层越古老;背斜是指岩层向上隆起的部分,其构造恰好和向斜相反,即越靠近中间部分的地层就越老了。

人们常说:“向斜成山,背斜成谷。”但是,在实际的自然地貌中,背斜常常成为山岭,而向斜则常常成为谷地或盆地。这是因为地球内部的活动非常剧烈,且褶皱构造也并不是永恒不变的。也就是说,这种与之相反的“向斜成谷,背斜成山”的现象主要是由于地球的内部运动和外力侵蚀相互作用而形成的。通常,背斜岩层向上拱起,背斜顶部主要受张力作用,表现为水平拉张,容易被外力作用侵蚀;而向斜岩层向下弯曲,向斜底部受挤压力作用,层岩坚硬不易被侵蚀。因而,在褶皱构造形成后,由于长期的外力作用,原本的山岭被背斜顶部受侵蚀变成了谷,而没有被侵蚀的向斜槽部,则相对成为了山岭。

通常,由于地壳褶皱运动而形成的山脉有很多,如著名的阿尔卑斯至喜玛拉雅山褶皱带就是世界上最长的一条东西向褶皱带,其中包括高加索山脉、兴都库什山脉等。

一般来说,褶皱构造常常会与大型油田联系在一起。有时,大的背斜能形成穹窿状构造,就像把地壳“挤”出一座圆形仓库,它的内部成了良好的“储油罐”。目前,世界上许多油田开采都在抽取这种“油罐”中的石油,如我国的大庆油田,就是其中之一。

2.地球的断层

地球的岩石圈是比较坚硬的,可塑性很小。通常,当它受到地壳运动引起的强大外力时,会发生断裂和破碎。这种被断开的岩层,就是地质学上的断层。一般来说,断层可以发生在各种岩层中,它可使地壳有的上升,有的下沉,有的成谷,有的成山。断层的规模相差很大,小的位置变化仅几厘米,大的可达几千米,甚至几十千米。断层运动的面,叫断层面。在断裂时,断层面上下发生摩擦,在断面上常常留下一道道条痕,叫做断层擦痕。断层面大多是倾斜的,位于断层面上部的部分叫上盘,位于下部的叫下盘。

在地质构造中,断层往往能够形成奇峰突起、陡峭如削的地势。如我国著名的庐山,它就是断层运动的杰作。恒山也是典型的断层山,山脉沿北东向的恒山大断裂骤然隆起,与相对下陷的浑源盆地,高差达1000多米,悬空寺就建在陡直的断层面上。由于这种断层块构造而形成的山体千姿百态,多奇峰峻岭、悬崖峭壁。有的浑圆如华盖,有的绵延似长城;有的高接天穹,有的俯瞰波涛;有的像船航大海,有的如龟行大地;雄伟壮观,气象万千。

事实上,在地壳运动中,褶皱和断层往往是相伴而生的,即经常会生成一种褶皱——断层山脉。如我国西部的天山山脉、中部的秦岭、“五岳独尊”的泰山、陡峭险峻的华山等,都是褶皱——断层山脉的代表。

通常来说,认识断层的分布,对我们现实生活也具有指导意义。因为通常情况下,大断层带往往是火山、地震活动的频繁地带,如果工程设施修筑在断层上,建筑物就会因断层错动或沉降速度不一而发生破裂、倒塌,而水库则会发生漏水、坍坝。所以,在大工程施工前,做好地质构造调查是非常必要的。

断层是地球内营力作用下,积累的大量应变能达到一定程度时,导致岩层突然破裂位移而形成的。破裂时释放出很大能量,其中一部分以地震波形式传播出去,造成地震。因而,可以说,地震是断层活动的一种表现,这二者密切关联。1872年,美国地质学家吉伯特提出了这方面的看法,以后的事实证明,他的观点是正确的。如1891年在日本发生的浓尾8级大地震,就出现了明显的地表断层;1906年在美国发生的旧金山8.3级大地震,形成了沿圣安德列斯断层320千米长的破裂带,断层面两侧位错达7米。

近百年来积累的大量资料与研究成果表明,断层活动是绝大部分浅源构造地震发生的重要因素之一。目前,这一观点已得到社会普遍的认同。通常一些断层活动诱发了地震的发生,而一次次地震破裂的发生,又促成了断层的生长与发展。

3.地球的运动

通常,我们所说的“坐地日行八万里”和“斗转星移”现象,分别说明了地球的自转和公转运动。那么,为什么要这样说呢?难道人真的能原地不动就能走8万里?难道太空中的星座真的在移动位置吗?事实上,答案却并不是这样的,一般来说,所谓的“斗转星移”现象是指,每一年中星座的位置不断在变动着。这是因为,地球沿着自己的椭圆形轨道绕太阳在公转,因而产生了“斗转星移”的现象;而“坐地日行八万里”的说法呢?则是与地球的自转有关。

在太阳系中,地球与所有行星一样,都是同时进行着自转和公转的运动。因而,地球运动具有自转和公转两种形式。

四季的形成

公转是指地球绕太阳在一个椭圆轨道上的转动,从北半球来看,为逆时针方向。公转平均速度为29.79千米/秒,公转一周约要365.2564天,为一年。地球公转与地轴倾斜,形成了地球的四季。在地球绕太阳公转一圈的过程中,南北半球接受太阳的辐射及热量随时处于不断地变化中,于是便产生了冷暖交替的循环现象。由于地球不停地公转,春夏秋冬四季便交替不停地出现。不过北温带与南温带地区,四季的出现正好相反,当北温带的人们正穿着大棉袄的时候,南温带的人们却在海滨浴场避暑。另外,划分四季有各种不同的标准,中国主要以天文因素作为划分依据,而西方则大多以月份来划分四季。世界各地四季的早晚长短,有较大差异,只有在温带地区,四季界限才表现得很明显。

昼夜的变化

地球环绕太阳运转的同时,自身也在不停地围绕自己的中心轴——地轴,自西向东旋转着,即我们把这种旋转运动称之为地球的自转。通常,地球旋转1周为1天,需要23小时56分46秒。地球的自转是地球围绕地轴的转动,在赤道上,物体随地球自转的运动速度达到465米/秒,一天约移动4万千米。由于地球转动的相对稳定性,人类生活历来都用公转和自转作为计时的标准。地球绕太阳公转一周时间为一年,地球自转一周时间为一日。毛泽东诗词中有“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”的诗句,是有一定科学依据的。不过,“坐地日行八万里”这种可能,也仅仅只能在赤道上才能实现。这是因为地球自转的时候,赤道地区比其他纬度地区的速度都要快。赤道周长4万多千米,合华里就是8万里多一点。

另外,地球自转产生的最显著的自然现象是昼夜交替。众所周知,地球是个不发光、也不透明的球体,因此,任何时候都是一半是白天,一半是黑夜,也就是说,向着太阳的半球是白天,背着太阳的的半球是黑夜。因而,随着地球不停地自转,昼夜也就不断地交替。此外,有一点值得说明的是,正是由于地球昼夜交替的周期不长,从而使得地面白昼增温不至于过分炎热,黑夜冷却也不至于过分寒冷,同时,也保证了地球上生命有机体的生存和发展。另外,因地球的公转造成太阳直射时间的差异,南半球和北半球昼夜的时间长短,也不尽相同。春分以后,北半球日照渐多,因此北半球夜短昼长,南半球则相反;秋分以后,日照南半球渐多,故北半球昼短夜长,南半球则相反。

通常,地球自转一周需要24小时,也就是一天。其地轴的空间位置基本上是稳定的,它的北端始终指向北极星附近,方向为自西向东,若从北极上空看,呈逆时针方向旋转。

4.不断漂移的陆地

大陆漂移的设想,早在19世纪之前就出现了,如17世纪英国哲学家培根、19世纪德国地理学家洪堡等人,对此都有过论述。据记载,“大陆漂移说”是人们为了解释大西洋两岸地貌明显的对应性而提出来的。1908年,美国地质学家泰勒第一个提出了大陆漂移的概念,但他只是根据对地图的感性认识所做出的推测,而第一个真正系统地、完善地解释大陆漂移理论的人是魏格纳。

魏格纳是德国气象学家、地球物理学家,1880年11月1日生于柏林。1912年,魏格纳正式提出了“大陆漂移假说”。他认为,大约在2亿年以前,现在的美洲、非洲、亚洲、欧洲、澳洲及南极地区,在古生代是一个单一的大陆——泛大陆,花岗岩质的泛大陆,像冰山在海洋中一样,漂浮在玄武岩质基底上。由于潮汐力和地球自转离心力的作用,泛大陆在中生代分裂成几大块。最先是美洲和欧洲及非洲分离,中间形成大西洋;接着澳大利亚、南极洲和亚洲分离,中间形成印度洋;然后移动大陆的前沿在漂移过程中,遇到了玄武岩质基底的阻挡,于是便发生挤压和褶皱,隆起为山脉;另外,在漂移过程中脱落下来的大陆“碎片”,便形成了岛屿。

20世纪50年代,由于古地磁学的兴起,以及遥感、电子计算机技术的发展,科学家找到了大量证据证明,各大陆确实发生过大幅度的漂移。1984年,美国航空局使用激光和射电望远镜,第一次精确测出了各大陆缓慢漂移的数据,因而为大陆漂移说提供了可靠的证据。之后,地质学家们以大陆漂移说为基石,又提出了海底扩张说和板块构造说。

5.地球将会有怎样的归宿?

据考究,地球约形成于46亿年前,大约就在那个时期,从形成太阳系的原始星云的尘埃和气体,产生了我们今天所知道的地球。地球形成初始,如果任由表面覆盖着一层水和空气的金属与岩石的集合体存在的话,它就会这样存在下去。但是,是否会有什么外来的因素,对它进行干扰呢?

从宇宙空间关系来看,离地球最近的并且有足够大能量来显著影响地球的天体,则只有太阳。目前只要太阳能维持这样的活动水平的话,地球基本上就不会有变化。但是,太阳能把目前这种状态维持下去吗?如果不能,将会发生什么变化;这种变化又会给地球带来什么影响?

直到20世纪30年代之前,人们都觉得太阳也像其他炽热的天体一样,总归是会冷却下去的。由于它会不断地向空间倾泻能量,因此,这种巨大的能流总会枯竭,渐渐变成涓涓细流。随着这种情况的发生,太阳也会冷却成橙色,再变成红色,光度也会越来越昏暗,最后终于熄灭,而同时,与之密切的地球也会缓慢地冷却下来。地球上越来越多的水将冻成冰,两极地区也会扩展开来。最后,就连赤道地区都会缺少原来维持生命的热量了。整个海洋将冻结成一块坚冰;空气也会液化,随后还会冻结成固体。最后,冰冻了的地球,还绕着死去的太阳,运转数不清的年头。不过,好在这只是人的一种假设,即便真是如此,地球还是会作为太阳的行星而存在着。另外,到了上世纪30年代,核物理学家第一次揣摩出,在太阳和其他恒星中所发生的核反应。他们发现,尽管太阳总有一天会冷下来,但在这之前,还要有温度极高的时期。一旦大部分氢燃料消耗殆尽,其他核反应就会发生,使太阳变热,并使它大大膨胀起来。总的来说,太阳发出的热量是比以前多了,但在它那变得很巨大的表面上,每一块地方所发生的热量却会减少,因此,它会变得冷一些。这时太阳就变成了一颗红巨星。在这种情况下,地球有可能先被熔成灰烬,最后又会挥发掉。这时,地球作为一颗固体行星的历史,就算到尽头了。不过,对这一点,人们倒不必过分担忧,因为这大概是80亿年以后的事情了。

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