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地质作用

地质作用,是指由于受到某种能量(外力、内力、人为)的作用,从而引起地壳组成物质、地壳构造、地表形态等不断的变化和形成的作用。其中内力作用使地球内部和地壳的组成和结构复杂化,造成地表高低起伏;外力作用使地壳原有的组成和构造改变,夷平地表的起伏,向单一化发展。地质学界把自然界引起这些变化的各种作用称为地质作用。地质作用主要分为构造运动、岩浆活动、地震作用、变质作用、风化作用、斜坡重力作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用等。

分类

地质作用的自然力是地质营力。力是能的表现,按照能的来源不同,地质作用可分为外力作用和内力作用。

1外力作用

按照方式不同分为风化作用,包括物理作用、化学作用和生物作用。剥蚀作用,包括机械风化作用,化学风化作用,搬运作用,包括机械搬运和化学搬运作用两类。沉积作用,包括机械,化学,生物三类。

2内力作用

它们既发生于地表,也发生于地球内部。有的强烈急促,如地震;有的微弱缓慢,如风化作用。地球的地表现状是地质作用对地球表面长期改造的结果。

概述

板块运动被认为是使地壳表层发生位置移动,出现断裂、褶皱以及引起地震、岩浆活动和岩石变质等地质作用的总原因,这些地质作用总称为内力地质作用。内力地质作用改变着地壳的构造,同时为地貌的形成打下基础。这就是说板块运动能够解释地壳中岩石的变形,包括区域的和整个地壳的。 产生内力地质作用的能源,一般推测,主要是放射性元素蜕变释放的热能和地幔重熔形成的热能。这些能量,部分传导到地面散失,大量的内热由于岩石导热性差,在地下聚积,成为产生各种内力地质作用的动力。还有人认为,地球自转所产生的能也是产生内力地质作用的因素之一。

来自太阳的热能,是引起大气和水不断运动的主因,同时给生物的繁殖以能量,并直接对岩石圈施加影响。这一切活动的结果,使地表的凸出部分受到风化、侵蚀等作用的破坏,破坏的产物在低凹的部位沉积起来形成新的岩石。上述变动总称外力地质作用。

地球的内力和外力地质作用同时存在并相互影响。水往低处流是受到重力的作用,而地势的高低又是内力地质作用所塑造。火山喷出的气体和水分是地球大气圈和水圈重要的物质来源之一,一次强烈的火山活动还可以引起人能直接感受到的气候异常。地质作用强烈地影响着气候以及水资源与土壤的分布,创造出了适于人类生存的环境。这种良好环境的出现,是地球大气圈、水圈和岩石圈演化到一定阶段的产物。地球形成的初期,大气圈和水圈的成分、质量都和现代大不相同,大气曾经历以二氧化碳为主的阶段,海水是约在10亿年前才具有今天的含盐度,生物最早出现在地球形成约10亿年以后。由此也说明在地球演化的不同历史阶段,各种地质作用的规模乃至性质都有所不同。 地质作用也会给人带来危害,如地震、火山爆发、洪水泛滥等。人类无力改变地质作用的规律,但可以认识和运用这些规律,使之向有利于人的方向发展,防患于未然。如预报预防地质灾害的发生,就有可能减轻损失。中国在古代就有“束水攻沙”,引黄河水灌溉淤田压碱等经验,是利用河流的地质作用的规律来治理河流取得成功的例子。

能量来源

产生地质作用的力。来自地球内部的称为内能,主要有地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能。来自地球外部的称为外能,主要有太阳辐射热、位能、潮汐能和生物能等。

1地内热能的主要来源是放射性和重力的热转换。

①放射性热能是地球内部的放射性元素蜕变而产生的。

②重力分异产生的热能是地球物质在地心引力作用下按不同比重发生分异的过程中,释放出的位能转化成的热能。

③冲击、压缩产生的热能是地球在由星际物质聚积而成的过程中,微星体以高速冲击地球时巨大动能转变而来的。另外原始地球在自身重力作用下压缩,体积逐渐收缩而产生压缩热。此外,地球内部物质发生化学变化,结晶时会释放热,构造运动的机械能也可以转为热能。据计算,地内每年产生的热总量与经地表每年散失的总热量相抵后还有剩余,这部分剩余热能便是岩浆活动和变质作用的主要能量来源。

2重力能是地心引力给予物体的位能。

3地球旋转能是地球自转产生的力给予地球表层物质的能。它包括离心力、离极力和科里奥利力。

①离心力的大小随纬度而异,两极为零,赤道最大。地表离心力的水平力平行于地表相应点沿经向的切线,并指向低纬度,其大小在两极和赤道均为零,中纬度最大。

②离极力的方向指向赤道,促成表层物质向赤道运动。

③科里奥利力影响着地球表层物质沿纬向或径向的运动。

4太阳辐射热是太阳向地球输送的热。其中60%为大气、大陆和海洋吸收,成为大气圈、水圈和生物圈赖以活动,发育,并相互进行物质、能量交换的主要能源。由此产生了一系列外营力,如风、流水、冰川、波浪等。

5潮汐能是因日、月对旋转着的地球的各点的引力不断变化而产生的能。在它的作用下,地球上海水发生潮汐现象。潮汐具有机械能,是海洋中地质营力之一。

6生物能是生命活动经过能量转换而产生的能。其中特别指出人类大规模改造自然的活动,更是重要的能的表现形式。

7此外,地表还有来自外层空间的宇宙射线、陨石冲击能,以及地表发生化学反应和结晶释放的热。

影响结果

1内力地质作用是因地球内部能产生的地质作用,有构造运动,岩浆活动,地震作用和变质作用这类地质作用主要发生在地下深处,有的可波及到地表。它使岩石圈发生变形、变位,或发生变质,或发生物质重熔,以至形成新岩石。

2外力地质作用是因地球外部能产生的,它主要发生在地表或地表附近。外力地质作用几乎都有重力能参与。外力地质作用使地表形态和地壳岩石组成发生变化。可分成河流的地质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用、风的地质作用和海洋的地质作用等。外力地质作用按照其发生的序列还可分成风化作用、斜坡重力作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用。

3构造运动是指岩石圈物质的机械运动。它有垂直和水平两种运动形式。构造运动可使岩石变形、变位,形成各种构造形迹,塑造岩石圈的构造,并决定地表形态发育的基础。构造运动可引起海陆变迁。地震是岩石中积蓄的应变能以弹性波形式突然释放而引起的地球内部的快速颤动。地震发源于地下深处,并波及地表。绝大多数地震是构造运动引起岩石断裂而发生的。

4岩浆作用是岩浆从形成、运动直到冷凝成岩的全过程。岩浆是地下岩石的高温(800~1200℃)熔融体。它不连续地发源于地幔顶部或地壳深部。岩浆形成后循软弱带从深部向浅部运动,在运动中随温度、压力的降低,本身也发生变化,并与周围岩石相互作用。

变质作用是岩石在风化带以下,受温度、压力和流体物质的影响,在固态下转变成新的岩石的作用。岩石变质后,其原有构造、矿物成分都有不同程度的变化,有的可完全改变原岩特征。

5风化作用是地表环境中,矿物和岩石因大气温度的变化,水分、氧、二氧化碳和生物的作用在原地分解,碎裂的作用。 6斜坡重力作用是斜坡上的土和岩石块体在重力作用下顺坡向低处移动的作用。重力是主要营力,斜坡是必要条件,暴雨、地震、人为开挖往往起诱发作用。块体物质的运动方式分为崩落、滑移、流动和蠕动。前三者运动较快,后者较慢。

7剥蚀作用是河流、地下水、冰川、风等在运动中对地表岩石和地表形态的破坏和改造的总称。

搬运作用是地质营力将风化、剥蚀作用形成的物质从原地搬往他处的过程。

8沉积作用是各种被外营力搬运的物质因营力动能减小,或介质的物化条件发生变化而沉淀、堆积的过程。

9硬结成岩作用是松散沉积物转变为坚硬岩石的过程。这种过程往往是因上覆沉积物的重荷压力作用使下层沉积物减少孔隙,排除水分、碎屑颗粒间的联系力增强而发生;也可以因碎屑间隙中的充填物质具有粘结力,或因压力、温度的影响,沉积物部分溶解并再结晶而发生。

作用关系

内、外力地质作用互有联系,但发展趋势相反。内力作用使地球内部和地壳的组成和结构复杂化,造成地表高低起伏;外力作用使地壳原有的组成和构造改变,夷平地表的起伏,向单一化发展。一般来说,内力作用控制着外力作用的过程和发展。

人为地质作用

地质学家在19世纪就注意到生物的地质作用,人类活动是生物地质作用的一部分。20世纪里(尤其是20世纪后半叶),人类活动(尤其是工程活动)广泛进行,对地球的表面和外层系统产生了巨大的影响甚至超过了天然地质作用及其产物,甚至危及人类自身的生存环境。21世纪内,人们必须研究这种影响,控制和消除这种影响。有人把地质科学的这一新兴分支学科称“人为地球科学”。 与天然地质作用相对,人类地质活动具有下列特点。1.速度快;如单纯靠各种外力作用来夷平山脉或山地,可能需要几百万年或几千万年,而人类的活动,如农业上修建人造平原,工程建设上兴建高速公路等等,几年内的剥蚀搬运量可能相当“老天爷”几十万年里的“工作量”。2.强度大;其实,人们每年向河中倾倒的各种垃圾,包括工业垃圾和生活垃圾,很可能是河流自身输沙量的几倍。从搬运量来说,各种地质作用中首推河流的搬运量大,而现在人类为采煤和采矿,每年搬运的矿(矸)石量是全球河流总搬运量的3倍。3.范围广:人类活动不仅影响地球表面,而且影响到岩石圈、生物圈、水圈和大气圈。4.效果明显:大自然本来是一个和谐的世界,生物链就是一个例子。人类的许多活动明显是破坏这种和谐性的。对生物链的破坏有多种手段,如过量捕杀,生存环境恶化,活动范围变小,近亲繁殖等等。一旦一个环节断了,下面的环节就会一个一个断下去,自然界的和谐性就这样被破坏了。5)危害大:地球历史上曾发生过多次地外物体的撞击事件。大气圈的厚度基本可以保护地球避免地外物体的致命性撞击(因为通过大气层时的摩擦燃烧只有极小极小的质量能撞击地球)。那么,人类是否可以高忱无忧了呢?不,因为原子弹和氢弹的爆炸产生的危害远大于火山喷发,而可能产生类似地外物体撞击的效果。6.直接影响人类生存,黄河断流就是一例。 20世纪的实践已经证明:国家越发达,科学越进步,对地球系统的破坏就越大,问题是能否迅速地认识到这一点并及时采取有效措施。美国西部的淘金热就是说明,因为有过环境急剧恶化的惨痛教训,保护生物、保护环境已成了美洲人的强烈要求和自觉行动。