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引 言 人和地球 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 4 5 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、水以及地球上的 植物和动物。 直到 1 9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 学科间变化不定的边界的努力越来越加强了。但这并不是要回到 2 0 0 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 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 7 1 ％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。 虽然上述 3 个圈层在组成物质上有明显的不同，但是它们彼此的界限却 并不很明确。尤其是这 3 个圈层之间存在着相互作用，在岩石与空气、水与 岩石、空气与水相接触的地方，它们的相互作用表现为连续的逐渐过渡带。 这 3 个圈层之间的持续不断的相互作用，是地球科学家们所非常关心的，因 为一些重要的变化通常就是发生在这 3 个圈层相互间的接触面上。 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 3 0 多亿年中，生物分布于地球上的各个部分。 在这一地质历史期间，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 （G e o l o g y ） 这一词是来自希腊词 g e o 和 l o g o s ，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。 地质学包括了范围广泛的知识领域，它的研究领域和其它许多学科发生 重叠。例如，天文学、化学、物理学和生物学对地质学都起着非常重要的作 用。天文学告诉我们有关我们所居住的行星在宇宙空间中的位置以及与其它 天体的关系。天文学家们也提出了有关地球和太阳系起源的假说。现在，随 着空间时代的到来，天文学对于地质学来说，似乎显得更为重要。把天文学 和地质学结合起来的一门新型的地球科学正在出现，这样的一门科学被称为 天文地质学或行星地质学。天文地质学是把经典地质学的方法用于解释宇宙 空间的一些问题。广义天文地质学研究太阳系中的其它固体行星的形状、结 构、组成、历史和作用于这些固体星体表面的过程。但是天文地质学在许多 方面与经典地质学有所不同。例如，包围着地球的厚厚一层大气层所导致的 一系列地质过程在月球上就不存在。而形成月球地形的那些过程在地球上却 是存在着，但是这些过程在地球上所形成的地形形态由于风化作用和侵蚀作 用而受到破坏。因此，对于月球表面的形态就不能用对待我们地球表面形态 那种眼光来研究。 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。 对我们的环境乱加利用以及世界人口的迅速膨胀，这两个因素结合在一 起，对环境地质造成严重威胁。环境地质是所有地球科学家都关心的一个领 域。环境地质学着眼于地球资源的保护以及用地质学来解决人类的需要。环 境地质学家的主要目的就是使人们认识到在制定未来的计划时，需要考虑地 质学上的问题。 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，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山地的形成、古代 气候以及大陆和海洋盆地的起源等方面的地质思想发生了革命性的变化。这 些只不过是激起人们对地球科学产生极大兴趣的少数几个进展而已。 革命性的事件接踵而来。毫无疑问，我们正面临一场科学革命。科学的 飞速发展使得曾经是权威性的著作陈旧过时，使另外一些书不断地进行修 改。本书正是收录了近年来在地质学、气象学、海洋学和月球科学等方面的 大量的惊人的进展。这些接踵而来的事件不仅深刻地影响着人们关于自己所 居住的行星的概念，而且也深刻地影响着当代所有的科学思想。可能更为重 要的是，这些事实对于认识我们居住的脆弱的行星及其上面生存的动植物的 未来，会提供许多启示。 这本百科全书向读者提供了有关地球科学各学科的详细情况。然而，我 们希望，这本书还将会作为一个引子，引导人们进一步去认识我们的地球、 地球在空间上和时间上的位置以及地球科学在我们日常生活中的作用。 C . S . 小赫尔伯特 W . H . 马修斯第三 中译本前言 地球科学正面临一场广泛而深刻的变化。首先，科学技术的发展为地球 科学提供了强有力的手段。特别是空间科学的发展和遥感技术的应用，深海 研究和对地壳深部钻探技术的发展，使今天的地球科学的研究，在广度上、 高度上和深度上，都是以前所无法比拟的。新的科学技术的应用，把固体地 球、海洋和大气作为一个运动的整体，从全球范围来研究地球上的各种现象， 使原先彼此孤立的研究领域互相联系起来。新的事实不断被发现，科学观测 资料以前所未有的速度积累，在许多重要领域，一些基本概念和基本理论受 到动摇或改造，一些新的概念和新的理论正在不断提出。科学的发展日新月 异，甚至连专业工作者也会感到“应接不暇”。 与此同时， 由于社会生产力的发展， 人类对自然界的需求越来越多， “资 源问题”成为一个越来越迫切的问题。人类不仅需要越来越多的矿物原料、 燃料，甚至连淡水和土地，也成为人类越来越重要的资源。为了解决许多资 源日益不敷需要的情况，就需要对地球进行更多的了解，尤其是多学科的综 合研究。例如，为了寻找更多的地下资源，必须把构造地质学、岩石学和矿 床学结合起来，应用地球物理和地球化学相结合的新技术和新方法，进行构 造岩相成矿带的综合研究。 另一方面，人类的活动正在越来越大的程度上改变着地球上的自然环 境，给人类自身带来意想不到的不利后果，例如环境污染。此外，还有自然 灾害的预报和防治，沙漠和土壤的改造和改良，以及地基的稳定性研究等等。 所有这些，使人类从来也没有象现在这样感到需要对自己居住的星球进行全 面深入研究的紧迫感。地球科学也从来没有象现在这样与社会生活的各个方 面息息相关，受到普遍的注意和重视。 本书是一本关于地球科学的百科全书，图文并茂，文字简练，提供了有 关地球科学各领域的理论、概念和科学发展史方面的基本情况，特别是近十 几年来地球科学的进展和成就，适应当前科研、生产、文化教育各个方面的 需要。地学领域的专业工作者以及一般广大读者都可以从中汲取有用的知 识。 张文佑 1 9 8 0 年 9 月 作者和编辑 编辑 科尼利厄斯 S . 小赫尔伯特（C o r n e l i u s S . H u r l b u t ，J r . ） 主编米尔顿鲁戈夫（M i l t o n R u g o f f ） 设计 林恩威廉斯（L y n n e W i l l i a m s ） 顾问 编辑 乔戈扎普勒（G e o r g Z a p p l e r ） 作者兼编辑 承 担 本 书 中 的 学 科 科尼利厄斯S . 小赫尔伯特（C o r n e l i u s S . H u r l b u t . J r ）哈佛大学矿物学名誉教授， M i n e r a l s a n d M a n a n d D a n a ’s M a n u a l o f M i n e r a l o g y 一书作者。矿物学、结晶学、经 济地质学。 威廉H . 马修斯第三（w i l l i a m H . M a t t h e w s I I I ）得 克萨斯拉马尔大学地质首席教授，I n v i t a t i o n t o G e o l o g y a n d F o s s i l s A n I n t r o d u c t i o n t o P r e h i s t o r i c L i f e . 一书的作者。 承 担 本 书 中 的 学 科历史地质学、古 生物 学、地层学。 罗伯特L . 尼科尔斯（R o b e r t L . N i c h o l s ）塔夫茨大 学和东肯塔基大学地质学名誉教授。 承 担 本 书 中 的 学 科地貌学、冰川地 质学、火山学。 詹姆斯W . 斯克汉（J a m e s W . S k e h a n ）波士顿学院地 质学教授兼韦斯顿观测站负责人，S c i e n c e a n d t h e F u t u r e o f M a n 一书的作者之一。 承 担 本 书 中 的 学 科 构造地质学、 地球物 理学、大地构造学、 岩石学。 罗伯特E . 博耶（R o b e r t E . B o y e r ）得克萨斯大学地 质系主任，E a r t h S c i e n c e a n d E n e r g y 一书作者。 承 担 本 书 中 的 学 科 环境地质、能源。 供稿专家 承 担 本 书 中 的 学 科 小理查德A . 戴维斯（R i c h a r d A . D a v i s . J r ）南佛 罗里达大学地质系主任，教授，P r i n c i p l e s o f O c e a n o g r a p h y 一书作者。海洋学、海洋地质 学。 承 担 本 书 中 的 学 科 迈尔斯F . 哈里斯（M i l e s F . H a r r i s ）美国气象学会， G e t t i n g t o K n o w t h e W o r l d M e t e o r o l o g i c a l O r g a n i z a t i o n 一书的作者。气象学。 玛丽莫里莎瓦（M a r i e M o r i s a w a ）纽约州立大学地质 学教授承担本书中 的学科水文学。 承 担 本 书 中 的 学 科 杰弗里L . 沃纳（J e f f r e y L . W a r n e r ）得克萨斯州豪 斯顿约翰逊空间中心美国宇航局 空间地质学。 查尔斯H . 西蒙兹（C h a r l e s H . S i m o n d s ）得克萨斯 豪斯顿月球科学研究所。 顾问 文森特曼森（V i n c e n t M a n s o n ）美国自然历史博物 馆矿物学部负责人。 本书中图片的选择和文字说明 苏珊 雷菲尔德 （S u s a n R a y f i e － l d ） 本书包括的学科 结晶学研究晶体的生长、结构、物理性质和分类。 经济地质学研究人类所利用的地质资源燃料、矿物和水。 环境地质学运用地质学原理来解决人类居住的自然环境中所存在的问题。 地球化学研究化学元素在矿物、岩石、土壤、水和大气层中的分布。 地貌学研究地形的特点、地形的形成和演变以及地形的分类。 地球物理学运用物理学原理来研究作为行星的地球。 冰川地质学研究冰川和冰原、冰蚀作用和冰川的堆积作用所造成的后果以 及所形成的地形形态。 历史地质学研究地球从它诞生之时直到现在的演化以及在这一期间地球上 的环境的演化。 水文学研究陆地上的水的性质、分布及循环。水文学的研究又分为两大方 面地表流水和地下水。 海洋地质学海洋学的一个分支。研究大洋底部以及海洋与陆地的交界地带 的特点。 气象学研究地球的大气层。 矿物学研究矿物的形成、分布、性质和分类。 海洋学研究海和洋的化学的、生物的、物理的和地质的特点。古生物学 根据化石来研究过去地质时期的生物。 岩石学研究岩石的形成、历史、分布和结构。沉积岩石学研究沉积岩及 其形成过程。 地层学研究各个地层的排列顺序、相互之间的关系和分布以及研究各个地 层在地质历史上的意义。 空间地质学研究太阳系中的固体物质和气体，包括研究其它行星的外貌特 征以及作用于地球表面的来自地球以外的现象和物体。 构造地质学研究岩石间相互关系及岩石发生形变的历史。 大地构造学研究地壳中各种构造形态的起源、历史和分类。大地构造学和 构造地质学相类似，但所着眼的构造形态的规模要大得多。 火山学研究火山现象及其原因。 地球科学百科全书 地球科学插页图版 一个岛屿的诞生 1 9 6 3 年，在冰岛附近的海域，一个喷发熔岩和蒸汽的火山岛从海底冒出 海面。这个被命名为 S u r t s e y 的火山岛是大西洋中脊的露出海面的为数有限 的几处之一。该火山岛提供了一个新的活生生的证据表明，地壳处于不停顿 的运动之中。 地球的剖面 古代人类所想象的地球内部是一片漆黑的空间，或者想象为充满着水或 火的一个空间。后来，在 1 7 9 8年，英国物理学家亨利卡文迪什（H e n r y C a v e n d i s h ）进行了一系列实验来“称量”地球的重量。这是人类进行测定地 球重量的第一次尝试。实验结果使他认识到，地球的核心必定是由比地球表 面比重大的物质所构成。 1 . 此后，人们又根据地震波在地球内部传播路程上发生的弯曲，而对地 球的内部有较多的了解。地震波有两种一种是在通过密度较大的物质时， 速度加快；另一种波在遇到液体或气体以后就消失了。通过对这两种类型的 波进行的研究，科学家们得出结论认为，地球是由一些同心层所组成，这些 层是地壳、地幔、液体的外核和固体的内核。 2 . 地壳是固体地球的外层。地壳是一层较薄的岩石壳，在陆地上，地壳 的厚度达 4 0 公里，在大洋底部，地壳厚度不到 1 6 公里。地壳是由两部分构 成的一是构成大陆的巨大的花岗岩块体，一是位于花岗岩块体下面的比重 较大的玄武岩连续层。 地幔层下限的深度约为 2 9 0 0公里左右。地幔层占地球总体积的 8 0 ％以 上。据认为，地幔层是由火成岩构成的。 地核的外层是熔融的铁镍物质，包围着地球的内核。地球的内核也是由 铁镍物质构成的。地球内核的半径小于 1 2 5 5 公里。地球最核心一点的密度非 常大，位于地球最核心处的 1立方英寸的体积的每一个面所承受的压力为 2 万吨，而这里的温度几乎和太阳表面的温度一样高。 3 . 地球上部几层的放大的剖面。最外层的地层被人们认为是漂浮在密度 较大的、具有塑性的物质的上面。由此，人们又认为，地壳连同地幔的最上 部构成了一个硬壳，被称为岩石圈。岩石圈的下面，是被称为软流圈的柔软 层。在软流圈中，温度非常高，压力非常大，岩石象糖蜜一样进行流动。地 壳和地幔之间的界面被称为莫霍洛维奇不连续面或莫霍面。地壳是由两层组 成的最上层又称为大陆性地壳，是由含硅和铝很多的花岗岩构成的，被称 为硅铝层。在这一层之下是大洋性地壳，主要是由玄武岩构成的，而玄武岩 则含硅和镁很多，因此，这一层又被称为硅镁层。 漂移着的大陆 地理学家早就认为，假如各个大陆能够移动，彼此就会象锯齿那样咬合 在一起。1 9 1 1 年，德国科学家阿尔弗雷德魏格纳提出“大陆漂移”的理论， 认为各个大陆以前曾经是一个整体大陆，后来破裂成几部分并经过千百万年 的漂移而处于它们今天的各自的位置。魏格纳的理论遭到群起而攻之，一直 受到歧视，直到第二次世界大战后情况才发生变化。1 . 人们早已知道，如果 按水深约 1 0 0 0 米的大陆坡的轮廓进行比较，那么，非洲和南美洲就会很好地 拼合在一起。此外，放射性同位数测定表明，非洲西侧的一些岩层可与南美 洲东岸的岩层进行对比。此外，人们还发现，一种生存在 2 5 0 0 0 万年以前的 二叠纪时期的小爬行类中龙的化石只是分布在南美洲和非洲的某些地区 （见插页图）。人们认为，这种小动物不可能横越过数千公里的大洋，它们 原先必定是生存在一个共同的淡水环境中。 2 . 从 6 5 0 公里的高空拍的照片，左边的阿拉伯半岛，正在缓慢的与非洲 脱离开。这两个陆地之间是红海。红海的海底有一个活动裂谷把海底劈开， 使红海逐渐变宽，最终会形成一个新的大洋。 一个古超级大陆的解体 这 4 幅图表示从二叠纪到现在，各个大陆的推测的位置。箭头表示各个 大陆的移动方向。 1 . 根据大陆漂移理论，在 2 2 5 0 0 万年前，地球上只有一个大陆联合 古陆，被一个整体的大洋所包围。 2 . 据认为在大约 1 3 0 0 0 万年前的侏罗纪末，联合古陆破裂成南北两块， 北面的一块被称为劳亚古陆，南面的一块被称为冈瓦纳古陆。 这时，在现在的非洲和南美洲之间出现一条裂谷，这就是大西洋的开始。 后来成为印度的那部分陆地当时也正在离开巨大的冈瓦纳古陆。 3 . 在 6 5 0 0 万年前的古新世，澳洲大陆还是南极大陆的一部分，但大多数 其它陆块都已彼此分开并具有了它们今天的外形。 4 . 后来，澳洲大陆也与南极大陆分离开，而劳亚古陆则破裂成北美大陆 和欧亚大陆。印度向北漂移，与欧亚大陆相碰撞，使喜马拉雅山崛起。据认 为， 从现在起再过 5 0 0 0 万年， 世界地图又将发生变化 澳洲大陆将向北移动， 大西洋和印度洋将继续变宽，旧金山大断层以西的那部分加里福尼亚地区， 将和北美大陆分离开并向阿留申深海沟缓缓移去。 运动着的地壳 1 . 许多世纪以来，人们把地壳看成是僵硬的，陆地就好象是水泥中的石 块那样镶嵌在地壳中。但是，在 1 9 6 9 年，从大洋底部取得的岩心揭示了新的 海底物质从巨大的裂谷系统中涌出，并向两侧移动，凝结形成新的地壳。这 个过程称为海底扩张。地壳的板块（它们的边界用粗黑线表示）象巨大的木 筏，携带着大陆和大洋盆地一起移动。据认为，整个地壳分为 7 个大的板块 和至少有 2 0 个较小的板块。板块的厚度在 5 0 ～1 0 0 公里之间。 并不是所有板块都是与大陆边缘相接。某些板块既有花岗岩地壳，也有 大洋性地壳。大部分陆块是由花岗岩地壳组成，而大洋底部是由大洋性地壳 组成。科学家们已经知道，作为“地壳活动带”标志的地震活动和火山活动， 大多数都是发生在板块之间的交界处的狭窄地带内。板块之间互相挤压碰 撞，会产生冲击波和形成新的山脉。其中最不稳定的一个地区就是太平洋边 缘的环太平洋带。在太平洋边缘的这一不稳定地带，板块的边缘向地壳以下 的深处俯冲下去。这一地带又被称为“火山环”。可能是由于磨擦作用以及 所产生的大量的热，造成了地震和火山的喷发。 2 . 海底山脉好象篮球球皮的缝合线一样，穿过全球所有大洋盆地，蜿蜒 伸延长达 6 4 0 0 0 公里。沿着海底山脉的脊部，是一条裂谷。熔融的物质通过 裂谷从地球内部涌出来， 并向两侧运动， 被称之为海底扩张。 一系列深 断裂， 或者又被称为转换断层，横切过海底山脉，把海底山脉分割成若干短而直的 地段。 板块的运动 由于地球板块沿着地球表面移动，互相挤压、碰撞或彼此分开，缓慢地 却极为深刻地改变着地球的面貌。在上面的剖面图中，箭头表示的是板块移 动的方向。 1 . 宽广的凹地标志着两个板块向外扩展或彼此分离做辐散运动。火红的 熔融物质通过板块之间的狭窄裂缝从地球内部涌出并冷却，把大陆性板块向 两边推开，并形成新的大洋洋底。留下的呈条带状分布的地磁的记录揭示了 在板块移动期间地磁场的方向。 2 . 另一种类型的彼此辐散运动的板块边界。这种边界是古老的大洋盆地 底部发生破裂，大洋性板块彼此分离运动而形成。而这个古老的大洋盆地原 先则是由一个大陆破裂而形成。 3 . 两个板块以海沟为界。这是两个彼此辐合运动的板块的边界。一个板 块在这里向下做俯冲运动，然后板块破坏。另一个板块在岛弧附近慢慢向海 沟中移动。岛弧与陆地之间还有一个海盆，如日本和夏威夷即是。板块之间 互相挤压和碰撞所产生的巨大热量和摩擦作用，导致强烈的地震和猛烈的火 山喷发。 4 . 彼此辐合运动的两个板块之间的另一种类型的边界。这种边界是大洋 性板块向大陆性板块下面插入运动而形成的。这种边界所造成的结果是使得 大陆性板块的前缘部分发生褶皱，导致大面积山地的崛起。当下沉的板块沉 入到炽热的地幔层中熔融后，巨大的压力又迫使它以火山的形式回到地表 面。在美洲西侧就存在这种过程，导致安第斯山脉的隆起以及造成智利和秘 鲁的地震。 5 . 两个大陆性板块也会发生碰撞，导致在两个大陆的边缘地带的陆地形 成规模巨大的褶皱。印度板块就是这样。在数百万年前，印度板块向北移动， 插入到亚洲板块的下面，发生规模巨大的碰撞，导致喜马拉雅山脉的崛起。 6 . 两个大陆性板块相碰撞，有时会使海底沉积物隆起，形成新的大陆性 地壳。 7 . 两个板块碰撞以后，可能会有一个新的裂谷形成，例如红海中的裂谷， 使两个大陆性板块之间的距离越来越宽，最终会形成一个大洋。 8 . 两个板块之间的距离周期性地变宽和变窄，导致大洋也周期性地扩大 和缩小。大西洋就可能出现过类似情况。这幅图表示的是大西洋的现阶段的 情况。 从地球中冒出的“火” 1 . 火山和熔岩流是不断改变地球表面的强有力因素。当岩浆从地球内部 穿过地壳到达地表面时便凝固，形成火山和熔岩流。许多火山锥是由熔岩流 和凝灰岩与角砾岩互层混合构成。如果中央火山孔被堵塞，那么岩浆和气体 就可能从火山锥的侧面的裂缝冲出来，形成寄生火山锥。某些火山，例如墨 西哥的帕里库廷（P a r i c u t i n ）火山是由喷发出的石块、火山渣和火山灰构成 的。在某些火山地区，在地下很浅的地方，温度就很高，使地下水达到沸点。 这种热的地下水到达地表就是温泉。在另外一些地区，沸腾的水和蒸汽间歇 性的喷发，形成间歇泉，或者仅仅喷出气体，形成喷气孔。 大部分岩浆都不能到达地表面，而是作为侵入岩体在地壳内冷却和结 晶。当岩浆被挤入到水平的岩层之间时，就会形成岩床（岩磐）。岩磐长可 达数公里、厚可达数百米。 蘑菇形的侵入体被称为岩盖。这种侵入体是粘稠的岩浆侵入到两个岩层 之间并把它上面的岩层顶起来形成拱形而形成的。如果岩浆被挤入到早就形 成了的岩石裂缝中，就会形成岩墙。如果岩墙周围的较软的岩石被侵蚀掉， 岩墙就常常会形成一道非常突出的墙立于地表。如果岩浆源本身发生凝固， 那么就形成岩基，岩基延伸的范围常达数千公里。规模较小的岩基被称为岩 株。 2 . 火山喷发有 5 种基本类型。冰岛式或裂隙式喷发，熔岩在裂隙两侧形 成面积广大的熔岩原。 斯特隆波里式喷发，这是取自西西里岛西北面的斯特隆波里岛的名称。 这种喷发的特点是熔岩从火山口中象喷火似的喷出来。夏威夷式火山，例如 冒纳罗亚山，这种火山的特点是熔岩比较平静的向外涌出。熔岩经常填塞了 破火山口，形成“沸腾湖”似的形态。 维苏威式喷发或火山式喷发。这种喷发的特点是比以上几种都要猛烈得 多。维苏威火山以及其它这一类的火山就是以猛烈的壮观的喷发为特点，喷 发出来的火山碎屑物堆积在火山口周围，形成火山锥。培雷式火山喷发，取 名于西印度群岛的培雷火山。这种类型的喷发也是非常猛烈的，其特点是， 过热气体和细粒火山灰形成巨大的火烧云，而且还有粗粒火山灰的喷发，粗 粒火山灰则以极大的速度沿火山的山坡冲下去。1 9 0 2 年，培雷火山就是以这 种方式喷发，摧毁了一座约 3 万人口的城市。 岩石的循环 1 . 地壳中的岩石按成因可分为 3 种类型火成岩、沉积岩和变质岩。每 一种岩石都有自己独特的结构和特点，一般是很容易加以识别的。 所有的岩石都一刻不停地进行着循环性地变化。当炽热的岩浆从地球内 部喷出后，便冷却并凝固成火成岩，暴露在地表面受到风、水、冰的作用， 岩石破碎了，并受到侵蚀，最终被冲到大海中形成一层层沉积岩。当沉积岩 沉入到地下的压力很大、温度很高的地方，就会发生重结晶作用，变成变质 岩。如果变质岩继续下沉到更深的地方，那么更高的温度就会把它熔化，变 成岩浆。熔融的岩浆受到挤压向上运动，冷却又形成火成岩。如果熔融的岩 浆在地下冷却凝固，形成的火成岩被称为侵入岩。如果熔融的岩浆到达地表 后冷却凝固，形成的火成岩称为喷出岩。 正如小箭头所表示的，岩石的这一复杂循环在任一环节上都可能受到干 扰。有的沉积岩可能从来也不会到达地表，也不会受到风化作用，而是直接 转变成沉积岩。如果沉积岩或变质岩受到抬升作用并再一次受到侵蚀作用， 那么在岩石的循环中又可能出现另外一些小循环。 2 . 沉积岩 （如砂岩和石灰岩一类的岩石） 覆盖着地球陆地表面的将近 3 / 4 的面积。沉积岩是由风化产物形成的具有层理的沉积物。由于上面沉积新的 沉积物，老的沉积物便被压得紧实。同时由于地下水的循环，带来了氧化硅、 氧化铁以及其它矿物把沉积物胶结起来。砂岩主要是由石英颗粒组成的。大 多数石灰岩是由从海水中沉淀下来的钙的颗粒物组成。 变质岩（如中图的大理岩和片岩）是形成于地球内部非常深的地方。在 这里，高温和高压再加上有化学活性的液体和蒸汽的存在，改变了原始岩石 的成分。大理岩通常是由灰岩变质而形成，大多数片岩则是由页岩变质而形 成的。片岩如果进一步受到变质作用，还会变成片麻岩。 火成岩（如下图的花岗岩和玄武岩）是液体岩浆经结晶的颗粒互相结合 在一起而形成的。火成岩根据组成岩石的颗粒的等级以及所含有的矿物进行 分类。如花岗岩是粗颗粒的岩石，流纹岩则是细颗粒的岩石。这两种岩石基 本上都是由正长石、长石和石英所组成，是由含硅很丰富的岩浆结晶而成。 玄武岩是细颗粒岩石，与玄武岩相对应的粗颗粒岩石是辉长岩。这两种岩石 都是由含硅很低的岩浆形成的，都是由斜长石化长石和含铁锰的矿物组成。 侵蚀作用和堆积作用 矿物天然宝石 矿物有 2 0 0 0 0 多种以上。大多数矿物都是由细小的、不易觉察的颗粒所 组成的。但是有些矿物在颜色、形状和结构方面都非常漂亮。矿物通常都是 由几种元素构成的，但是有少数化学元素，