地球百科全书1

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1、人类经过漫长的演化和发展，对地球上的资源的依赖程度越来越大。人类从来也没有象今天 这样把自己的命运和地球上的资源如此紧密地联系在一起。然而，尽管如此，大多数人对我 们所居住的星球所知甚少甚至不去注意它。其实，人们对岩石经风化形成的土壤很感兴趣，人们对宝石和稀有矿物的美丽很欣赏，我们 的大部分能源是由史前时期的植物和动物的遗体形成的煤和石油所提供的。我们的工业严重 地依赖于诸如铁、铅、石灰石、粘土等矿物。人们生活所必需的这些自然产物之所以能较容 易地获得，是由于我们对地球有一定的了解以及将地球科学和地质工程学的基本理论加以运 用的结果。对于气势磅礴的科罗拉多大峡谷，对于寂静而神秘的巨大洞穴，对于

2、巍巍高耸的珠穆朗玛峰， 对于一泻千里的大河，谁不感慨万分、惊叹不已？自然界中的这些壮观景象，无论哪一种都 是由最基本的地质过程形成的。而这些基本地质过程从地球诞生约 45 亿年前之后 不久，就开始塑造着地球的面貌，直到今天也还在起作用。每个人都应当对我们这个古老而 又脆弱的行星，这个作为我们家园的行星的复杂多样的环境有较多的了解。地球科学 这本百科全书包括了地球科学的各个分支学科，其中每一门分支学科都会有助于我们认识作 为行星的地球。广义来说，这些学科探讨的是地球的组成、地球上的过程、地球的历史以及 地球在宇宙空间中所处的环境；狭义来说，地球科学的各门学科所探讨的是地球上的空气、 土地、水以及

3、地球上的植物和动物。直到 19 世纪初，地球还一直被认为是自然科学家的研究领域。到这个时候，单独的一个人 也还能在某种程度上掌握人类所积累的知识。但是，随着对地球进行了更多的观察和研究， 以及地质科学被作为一门科学而从其它自然科学中分出来，对于任何一个人来说，要掌握在 地球科学领域所积累的全部知识，就成为一件不可能的事了。紧接着，对地球的研究就形成 了若干专门的领域，地球科学的一些主要分支学科也就逐渐分化出来。然而，这些分支学科 中的任何一门都没有和母学科完全脱离开，而且各学科之间相互存在着联系以及彼此研究领 域的相互重叠。今天，为了把地球作为一个整体来看待，人们试图消除地球科学各分支学科间变

4、化不定的边 界的努力越来越加强了。但这并不是要回到 200 年前的所谓的自然科学那种水平上去。当 然，把每一门学科的最重要的方面综合在一起是理所当然的，并且有着深远的意义。例如， 假如我们要探讨地球的组成的话，就需要从各学科综合角度来考虑。如果要问我们的行星是 由什么构成的，可能会有很多人回答说：“岩石和土壤”。这种回答并不令人奇怪，因为大多 数人所想到的只是固体的地球。但是固体并不是地球上物质存在的唯一形式。气态物质和液 态物质空气和水，对于生命和地质过程来说，也是基本因素，水和空气也象地球的固体 表面一样，是地球的重要部分。气体、固体和液体这 3类物质形态通常用大气圈、水圈和固体圈这 3个

5、术语来表示。大气 圈是一个很厚的层，它包围着地球，为地球上的生命提供着气体。大气圈是气象学家的研究 领域。气象学家对大气层本身以及大气层中的所有现象特别是与大气层有关的气候和气 象感兴趣。地球科学的另一门分支科学是地质学。地质学家主要是对岩石圈，也就是对我们 居住的行星的固体的“岩石”部分感兴趣。岩石圈的岩石除了为我们提供了居住的基础，还 为我们提供了所需要的大量天然资源。水圈是以海洋形式存在的面积辽阔的一层水，它覆盖 了地球表面几乎 71的面积。水圈也是地球的一个重要构成部分，如果没有水圈，生命也 就不会存在了。辽阔的海洋是海洋学家特别感兴趣的。广义的水圈还延续到陆地上，包括陆 地上的地下水

6、以及沼泽、湖泊和河流。水文学家是研究地球上宝贵的淡水的分布、循环及其 组成成分。由于地球为生命提供了充分的空气、水和土壤，地球上生存着无以计数的植物和动物。这些 数量众多的生物构成了生物圈。生物界也和地球的岩石圈、水圈、大气圈一样，是非常重要 的。生机勃勃的生物圈与空气、陆地和水进行着错综复杂的相互作用。由于大部分生物都生 活在大气圈、水圈和岩石圈相互接触处，因此生物圈是一个非常薄的圈层。按理说，生物圈似乎是生物学家的研究领域。但是由于地球生物圈长期的持续不停的和非生 物圈相互作用，使得生物对地球科学家来说也是非常重要的。在地球上有生命存在的30多 亿年中，生物分布于地球上的各个部分。在这一地

7、质历史期间，生物圈的有机物与大气圈、 水圈和岩石圈相互作用，并参与到地球上的许许多多的过程中去。例如，我们呼吸的氧的大 部分、煤和石油的形成，以及许多生物成因的岩石，都应归功于生物圈。地球上过去的生命 所留下的记录，例如化石，对于了解我们行星的历史和生命的进化，也提供了有价值的线索。地质科学 气象学家、海洋学家以及天文学家，长期来对我们的行星一直有他们自己的专门兴趣。然而， 地质学家对于研究地球却有着最大的兴趣。特别重要的是，公众也对地球表现出越来越大的 兴趣。一些担心的公民越来越关心我们的日益减少的自然资源。地质学家的作用就是寻找自 然资源，使我们拥有一定量的自然资源。此外，由于收集岩石和矿

8、物越来越成为一种普遍的 爱好，许多各种年龄的人都正在学习有关地球和地球上的矿物的知识。教师们也把地球科学 看成是一门总的科学，而把地质学看作是这门总的科学中的一部分。教师们还发现，诸如地 震、火山、恐龙、冰川这样一些问题，是好奇的年青人所特别感兴趣的。因此，理所当然， 这本书中的大部分内容所涉及的都是和地质学有着密切联系的方面。当然，从某种意义上说来，地质学就是地球科学，因为地质学（Geology）这一词是来自希 腊词.geo和.logos，前者是地球的意思，后者是研究的意思。地质学是研究地球、研究地 球的起源和随时间的发展，研究地球的组成、形状和大小，研究在现在和在过去在地球内部 和在地球表

9、面起作用的过程以及研究地球上生物的起源和演化。地质学家作为研究地球的学 者，进行系统观察和测量，以便搜集有关整个地球的相互联系的各个方面的知识。但是他们 的目的不是在于把大量的没有联系的事实堆砌在一起，而是把所收集到的资料进行分析以便 提出某种原理和假说来解释他们的发现。化学对于研究地球上的物质来说，其重要性是无法估价的，因为地球是由岩石和矿物构成的， 而岩石和矿物又是由化学元素和化合物构成的。专门从事研究岩石的化学组成和岩石所经历 的化学变化的地球科学家，被称为地球化学家。地球化学家研究的领域位于化学与地质学的 边缘。地球化学家不仅对构成地壳的化学元素有兴趣，而且还对矿物和岩石中的化学元素以

10、 及化学元素在矿物和岩石中的存在方式感兴趣。有关这些方面的知识可以为我们提供寻找有 价值矿床的线索。地球化学对于地质年代学研究地球历史时代的一门学科，也具有重要 意义。物理学在地质科学的许多方面都得到应用。地球物理学也和地球化学一样，是一门边缘学科。 它是物理学和地质学之间的一门学科，运用物理学和地质学的原理和方法。地球物理学主要 是研究地磁、重力、地球的电学性质以及其它一些物理特性。专门研究地震的地震学家，也 是依赖于地球物理的原理和方法。把物理学上的和工程上的技术运用于地球物理和地质研究 上，是地球物理学的一个重要内容。一些适用的地球物理仪器可以装置在一个地方来测定地 磁、重力、放射性以及

11、与地震有关系的岩石变形。在这方面的观测资料对于发现有价值的矿 床，常常能提供一些线索。为了更多地了解史前时期动植物的特点，地球科学家对生物学也发生了兴趣。通过把过去的 动植物化石与现在活着的类似的生物进行对比，通常能使科学家复原古代动物群和植物群， 并且对古代动植物生存的环境做出有根据的猜测。为了认识那些对地球表面进行着侵蚀并塑 造着地形的地质过程，还可以运用地理学的概念。虽然地质学在很大程度上是源自其它学科， 并且与其它学科在许多方面相重叠，但是地质学有自己的独特的特点而不同于其它基础学 科。地质学最突出的特点可能就是地质时代的概念，因为如果用今天的地质现象来解释过去 地质历史时期的事件，一

12、个必须考虑的前提条件就是时间因素，必须要用地质历史这样的时 间尺度来考虑各种地质现象所产生的后果。地质学包括的领域非常广阔，因此地质学现在又被分成两大分支。物理地质学是研究地球的 组成、结构、发生于地壳之上和地壳内的运动，以及研究使地球表面发生变化的地质过程。 物理地质学一方面作为地质学的分支，另一方面又包括非常广泛的内容。由于地质学家们对 地球的物理特性已了解的较多，所以在物理地质学中又分出了一些专门的领域。例如，矿物 学家着眼于矿物构成地壳的基本单位，包括由单一化学元素以及由化合物形成的矿物。 岩石学家则从事研究岩石，岩石则是由大量的矿物组成的。地貌学家研究地球表面的形态， 探讨各种地形的

13、产生和发展。构造地质学家研究固体地球中的各种类型的岩石的变形。地震 学家的兴趣是地震，通过对地震的震动进行解释，得出了有关地球内部性质的结论。火山学 家监测火山的活动，测量喷出的熔岩的温度，分析火山喷发的气体的成分。冰川学家关心的 是冰川冰川的形成、推进、冰蚀作用、冰川的退缩以及退缩的冰川留下的沉积物。地球 化学和地球物理学也是专门的领域。地球化学家和地球物理学家用化学的和物理学的基本原 理来研究地球。地质学的另一分支就是历史地质学。地质学家通过研究在过去地质历史时期在地理、气候和 生命方面发生的巨大变化所留下来的岩石证据或综合的证据，来解释地球的历史。古生物学 家根据埋藏在地下的化石，对史前

14、时期的动物和植物进行描述和分类。古生物学家还根据在 地质历史时期各种生物兴衰的线索，来探讨表面上看起来似乎不同的一些生物之间的进化关 系。地层学家研究的是具有层理的岩石的形成、组成成分以及各成层岩石的先后顺序关系。 地层学家通过相关分析，把一个地区的地层与另一个地区的地层进行对比，并根据地层的证 据来确定地质事件在地质年代中的相对位置。古地理学家利用古生物学家和地层学家所收集 的资料，来编制古地理图，以揭示古海和古陆的位置和分布范围。研究天体演化的学者们则 着眼于地球历史的最早阶段。天体演化是天文学中的一个专门领域，所研究的是宇宙的起源 和我们所居住的行星的产生。可见，历史地质学中的每一学科在

15、把地球的整个地质历史形成 一个整体概念方面，各自都起着非常重要的作用。和地球科学的各主要分支一样，地质学的各个主要分支也是互相重叠和互相依赖的。物理地 质学利用矿物学和岩石学的知识来探测地下的岩石属何类型以及这些岩石是如何形成的。历 史地质学家则可能研究这同一种岩石，以确定在这种岩石形成之时是哪种生物在生存着，并 研究这种生物所栖息的环境，以及当时的气候特点。由于使稀有元素富集形成有经济价值的矿床要经过一系列复杂的过程，所以经济地质学家 研究矿物资源的学者，在很大程度上要依赖于地球科学的大多数学科。例如，石油地质学 家在寻找埋藏的石油资源的工作中，要依靠物理地质学家和历史地质学家的工作。因此，

16、地 质学的两大分支物理地质学和历史地质学的相互联系和结合，不仅会有助于寻找有价值 的矿物，而且最终会有助于对地球的构成和地球的历史有更好的了解。当然，这一点也是所 有地球科学的主要任务和最终目标。为什么把本书作为地球科学百科全书 当代科学的一个最突出的特点就是持续不断地积累了大量的新资料。地球科学也象所有科学 一样，正经历着许多重大的革命性的变化。对于一些老的问题，正在用新的概念来解释。由 于新的发现，某些概念正变得陈旧过时，受到修正甚至被完全抛弃。与此同时，用于研究地 球的老方法正获得了新的用途。由于新的技术正被研究出来，因而使得对地球的内部、地球 上的空气、水和陆地进行研究成为可能，并使人们对地球的基本结构有了更清楚地了解。登 月飞行导致对月地关系有了进一步认识。海洋学家增加了我们关于辽阔的世界大洋的知 识。气象学家正致力于对受到威胁的地球大气层进行更好地了解，以及和其它地球科学家一 起致力于保护受到威胁的人类居住环境。大陆漂移、海底扩张以及板块构造等学说已使得有 关