第二節 地質作用和地貌成因
一、地質作用 地球自形成以來,從未停止其變化和發展。今天所看到的地球,不過是 它的全部運動和發展過程中的一個階段。尤其是地殼,既受到地球自身發展 的作用而引起變化,又受到地球以外的力量作用而引起變化。人們在日常生 活中常講穩如泰山、堅如磐石,其實,所謂“穩”和“堅”都是相對的,不 穩和不堅才是絕對的?梢赃@樣說,地球上沒有一個地方、沒有一塊巖石, 能夠保持原來樣子而一成不變。這種由于自然動力所引起地殼物質組成、地 殼構造和地表形態變化、發展的作用叫做地質作用。地質作用是由地質營力 引起的。力是能的表現,按照能的來源不同,地質作用可以分為外動力地質 作用和內動力地質作用。 (一)外動力地質作用 外動力地質作用的能源主要是太陽的熱能。它使地殼表面各種物質成分 不斷破碎、分解、遷移、沉積,使地殼表面削高填低趨于夷平。外動力地質 作用主要包括風化、剝蝕、搬運、沉積和硬結成巖等作用。 在溫度變化、氣體(氧、二氧化碳)、水溶液、生物等因素作用下,巖 石及礦物的物理狀態或化學成分在原地發生變化的過程,稱為風化作用。風 化作用十分普遍,地表的巖石無時無刻不在經受著這種作用。即使像花崗巖、 大理巖等算是堅硬的巖石,在風化作用下仍然不免遭到破壞。據研究,花崗 巖在地表經過300~1500年后,風化深度就可達5cm。大理巖也只需經過340~ 1200 年左右,就可完成這一過程。不同種類的巖石,風化速率各不相同。巖 性常是造成風化程度差異的主要原因。礦物成分復雜的巖石,因各礦物的抗 風化力強弱不一,所以比礦物成分單一的巖石易風化;通常深色的礦物吸熱 多且快,因此含深色礦物多的巖石也相對易風化;礦物顆粒細小且呈等粒狀 結構的巖石,比粗粒狀的和斑狀的巖石抗風化的能力要強。除巖性外,巖石 所處環境溫度條件和水分狀況是影響風化強度的基本控制因子。據記載,我 國漢朝的虞翊,在甘肅南部疏竣河道時,曾將堵塞江中的礁石用柴燒得滾燙, 后再“以水灌之,石皆罅裂。”說明古人對巖石因冷熱變化而破裂是早有認 識的。 地面流水、地下水、海水、湖水、冰川、風等處于運動狀態的外營力對 地殼表層巖石、土壤等的破壞作用,稱為剝蝕作用。巖石經風化和剝蝕后, 其產物大部分被流水、海浪、冰川、風等搬運,遷移到其他地方的作用,則 稱搬運作用。剝蝕作用與搬運作用是緊密相連的過程,而且是由同種營力進 行的,它們之間沒有一個顯然的分界。有剝蝕就有搬運,有搬運就能使剝蝕 更趨活躍。地面流水的剝蝕作用又稱侵蝕作用。在自然界的各種剝蝕動力中, 河流的侵蝕作用是一種最廣泛、最強烈的作用。當河水流動時,以本身的動 能對河床底及河岸兩側的巖石進行著沖擊;由河水攜帶的巖石碎屑,對河床 和兩岸巖石進行撞擊、摩擦,兩者都對巖石進行著機械破壞,導致河槽加深, 河床變寬。另外,河水是含有多種化學成分的溶液,它可以溶解河床底部及 兩岸巖石,造成對巖石的化學破壞。河流侵蝕作用的大小直接取決于河流所 具有的動能,動能愈大,侵蝕作用就愈強,而河流的動能又受河流流量和流 速的影響。河流又是地表最重要的搬運動力。河流搬運力的大小主要由流速 控制。流速大,水流的動能也大,搬運力就大。山區河流在洪水期間的流量 和流速猛增,具很大的搬運力,所以在山間河谷溪流中,?梢姷街睆酱笥 1m 的巨礫。海水的運動(海浪、潮汐、洋流等)能對海岸產生很大的沖擊力。 據測定,一般狀況下,海岸每平方米所受到壓力達 1~3t,遇風暴巨浪時, 最大壓力可達每平方米 20~30t。海岸巖石受強大壓力的不斷沖擊,最終將 破碎崩解。海水沖蝕作用的產物以及由河流搬運而進入海洋的各種物質,都 隨海水的運動而被搬運,其中波浪是海水搬運的主要動力。 此外,湖水、風力、地下水、冰川的剝蝕與搬運對地表形態的演化都起 著重要的作用。 被搬運的物質到達適當場所后,因條件變化(如流速、風速降低,冰川 融化等)而發生沉淀、堆積的過程,稱為沉積作用。一般地說,大的石塊, 流水不易搬運,往往堆積在河流上游或就地堆積,小的砂粒就遠離“家鄉”, 沉積到河流下游。因此在一條沒有支流或沒有較大支流匯入的河流中,從上 游到下游,會出現沉積物按大小、輕重不同呈帶狀分布的現象。在同一地點, 沉積物從下到上也會出現不同大小和輕重顆粒的分選現象。同樣的道理,一 般在海洋近岸帶沉積較粗粒碎屑,一些較細顆粒呈懸浮狀態被搬運到離海岸 較遠的地區。在近岸帶沉積的礫和砂,經海浪的長期作用及顆粒間的互相摩 擦和碰撞,亦具有良好的磨圓度。風力搬運的沉積物,也具明顯的分選性, 在順風方向上的分布具有粗細明顯的分帶現象。至于可溶物質及肢體物質的 搬運,在一定條件下(濃度達到過飽和、不同電荷的中和等)會沉淀析出, 形成鹽類沉積物或鐵、錳、硅等膠體物質的沉積。地下水中的可溶性鹽類, 當達到過飽和狀態時,會析離出來形成地下水化學沉積物。 (二)內動力地質作用 內動力地質作用,能量來源于地球本身,即由地球的內能所引起的。所 謂內能,主要指放射性元素產生的熱能、地球自轉產生的旋轉能和重力作用 形成的重力能。內動力地質作用包括地殼運動、巖漿活動、變質作用和地震。 1.地殼運動 大地從來沒有安靜過,但人們平時卻并不感覺到這點。正如古希臘學者 亞里士多德所說:“地球的變化同我們短暫的生命相比,是很緩慢的,因此, 簡直注意不到它的變化。”但科學技術的發展,已使我們有可能依靠精密的 儀器,測量出地面起伏的微小變化。測量的結果證實了地殼既有升降運動, 還存在著大規模的水平方向的運動。例如從晚第三紀以來,喜馬拉雅山從古 地中海升起,上升幅度達七八千米,而同一時間,江漢平原地區卻表現為緩 慢下降,沉積了近一千米厚的沉積層。從人造地球衛星拍攝的照片,使我們 清楚地看到紅海和亞丁灣兩側的海岸極其相似,簡直可以吻合起來。據測量, 紅海正以每年 1.5cm 的速度加寬著。從東非大裂谷在 2 500 萬年前形成至今, 裂谷的寬度平均已擴展了 65km。如果我們把東非大裂谷加寬的速度定為每年 1 厘米的話,再過 5 000 萬年以后,裂谷的寬度就是 565km。裂谷以東的大 片土地,就跟非洲大陸分離了。 2.變質作用 地殼中已經形成的巖石,當所處的環境改變時,組成巖石的礦物成分和 結構、構造等方面也會發生變化,以建立新環境下新的平衡,這樣的變化, 稱為變質作用。由變質作用形成的巖石,叫做變質巖。在變質作用中,溫度 是一個極為重要的因素。大部分變質作用是在溫度升高的情況下發生的,其 主要作用是促進礦物重結晶,使顆粒變粗和增強物質的活動性,也使原來的 礦物發生分解或化合,形成新的礦物。除溫度外,壓力也是引起巖石變質的 一個重要因素。此外,由巖漿中分泌出來的氣水溶液(熱液),當其在巖石 的孔隙或裂隙中滲流時,可將某些組分帶入或帶出,從而形成新礦物,使巖 石發生變質。當然,溫度、壓力和具有化學活動性的流體,均屬外因,原巖 的成分和性質則是變質的內在因素。人們喜愛的首飾中的紅寶石和藍寶石, 是色彩美麗而透明的剛玉礦物,它主要是在高溫和富鋁缺硅條件下形成的變 質礦物。 內動力地質作用中的巖漿活動和地震,將在后面有關章節中闡述。 二、地貌成因 地球表面形態的形成與發展,是內、外動力地質作用的共同結果。內動 力地質作用主要形成地表基本起伏(巨型、大型地貌),向著增強地勢的趨 勢發展;外動力地質作用趨向于削平地表的基本起伏,向著減弱地勢的趨向 發展。這種內、外營力的相互作用貫穿在從地球形成以來的一切地貌演化過 程中。 地貌形成的物質基礎是巖石和地質構造。不同種類的巖石具有不同的礦 物成分、不同的結構構造、不同的顏色,因而就有不同的抵抗風化剝侵作用 的能力。同一巖性,在不同氣候條件下,抗蝕性也不相同。地質構造形態對 地貌形成與發育有重要影響,這體現在地貌對構造的適應性上,許多地貌發 育與構造線(褶皺軸、斷裂帶等)相一致或部分一致。特別是流水地貌,更 易于適應各種構造形態。 地貌隨著時間的推移而在不斷變化發展。各類洞穴、各種象形石景、各 地奇峰怪石……,都將隨時間推移而改變自己面貌。 各種類型和成因的地貌分布都有一定的規律。以外動力地質作用為主形 成的地貌,則有沿緯向呈水平分布規律和沿山地呈垂直分布的規律。這種分 布規律與一定的氣候條件有聯系。各個氣候帶或氣候區都有獨特的外力作用 方式和一定的外力作用強度,從而形成不同的地貌組合。以內動力地質作用 為主的地貌來說,地貌的分布和一定的大地構造單元、地殼構造運動的方向 以及時間有一定的聯系。地貌類型包括大陸形態和海底形態兩大部分。大陸 形態,從大范圍來說,包括山地、平原和盆地三大類。山地又可根據其形態 或成因進行分類。例如按山地的形態,即按高度可將山地分為高山(絕對高 度>3500m)、中山(絕對高度 1000~3 500m)、低山(絕對高度 500~1000m) 和丘陵(絕對高度 200~500m)。按山地的成因可將山地分為由地殼運動形 成的褶皺山、單面山、斷塊山;由火山作用形成的各種類型的火山;以及經 長期切割而形成的山原等。平原也可根據絕對高度和成因進行分類,例如按 高度將平原分為低平原(海拔高度 0~200m)、高平原(200~600m)、高原 (600m 以上)及洼地(海平面以下);按成因則分為剝蝕平原、侵蝕平原、 堆積平原、巖溶平原及構造平原等。
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