西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记
目 录
目 录 ............................................................................. 1 宇宙中的地球 ....................................................................... 2 地球的外部圈层 ..................................................................... 6 地球的内部圈层 .................................................................... 11 地质年代与地质作用 ................................................................ 17 风化作用与剥蚀作用 ................................................................ 20 搬运作用与沉积作用 ................................................................ 36 岩浆作用与变质作用 ................................................................ 49 构造运动 .......................................................................... 58 地球动力系统 ...................................................................... 72 地球的资源 ........................................................................ 80 地球的环境 ........................................................................ 89 地球的起源与演化 .................................................................. 94
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西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记
宇宙中的地球
重点
1. “地球科学”基本概念 2. “将今论古”原理
3. 研究方法、研究意义及发展简史
? 一、宇宙（university）
古人称“四方上下曰宇，古往今来曰宙”。宇宙是无限、永恒、不断运动变化的客观物质世界。“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。
o （一）、宇宙中的天体和物质
1. 恒星（star）
恒星是由炽热气体组成的、自身能够发光的球形或类似球形的天体。其主要特征是：宇宙中最重要的天体，集中了宇宙中相当大的能量；构成恒星的主要气体为氢、其次为氦，其他元素很少；拥有巨大质量是恒星能发光的基本原因；体积相差悬殊，小则直径1000km，大者为太阳的2000倍；平均密度相差悬殊；距离地球都非常遥远，最近的半人马座a星4.3 l2y；恒星不恒，一直在运动。 2. 星际物质
弥漫于星际空间内极其稀薄的物质，包括星际气体和星际尘埃。 3. 星际云
星际物质的密集形式。 4. 星云（nebula）
星际物质更加庞大和更加密集的形式。 5. 天体系统（sphere systems）
宇宙中物质是运动的，并有一定的系统和规律，相互吸引和旋转，该系统叫天体系统。
o （二）、宇宙的起源
20世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher）发现星系以每秒数十万米高速退行；1929年，哈勃（E.P.Hubble）观测到河外星系退行资料，离我们愈远退得愈快；1916年，爱因斯坦（A.Einstien）提出广义相对论，演绎出宇宙在膨胀的理论；天文学家继续观测证明，宇宙在膨胀；宇宙为何膨胀？宇宙大爆炸的产物；多种事实证明，大爆炸的发生，距离今约150亿年。
? 二、太阳系（solar system）
o （一）太阳系的主要特征（启发式，师生共同讨论，抓住以下要点）
太阳是其中唯一的一颗恒星，占太阳系99.87%，发出强光和热；围绕太阳旋转的是9大行星，小行星带及卫星、陨星和彗星等；太阳系天体以太阳为中心作高速旋转，自转和公转方向相同；行星分布及运转几乎都在一个共同平面内，该平面叫赤道面。 o （二）太阳系的起源（用幻灯简述）
康德—拉普拉斯星云假说。
1775年，哲学家康德（I.kant）认为，在万有引力作用下，原始弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体；1796年，法国科学院院士拉普拉斯（P.S.Laplace）从数学和力学角度进行了阐述：太阳系本是一团旋转的炽热气体，由于冷却收缩，越转越快，离心力加大，
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变得扁如圆盘；当外缘离心力大于引力时，一部分物质被抛出，成为圆环；抛出物分离，凝结成行星；行星周围的卫星也有类似形成过程；星云中心成为太阳。
三、地球的诞生
拉普拉斯设想太阳系是炽热气体冷凝而成，星云物质冷却收缩的过程就是地球形成过程。 天文探测和地质研究结果不支持这种假设，认为形成太阳系的星云不是热的，而是冷的气体和尘埃。
目前较为一致的看法：冷星云里微粒互相吸引形成星子；星子互相吸引，大吃小，不断吸积，逐渐增大，形成尘埃集合体；温度高，轻者（气体）跑掉，重者（尘埃）以固体为主，留在地球表面，受万有引力作用向中心聚积，体积缩小，物质密度越来越大；收缩并非无限，由于惯性离心力作用达到平衡；尘埃向中心集中，体积收缩，压力加大，会放出热，放射性元素蜕变和陨石撞击会放出热，因此，局部或一个时期的地球是高温熔融状态，（尤其在太古宙，46Ma）；收缩停止，热者上升，又发生膨胀，轻者上升，重者下沉，形成了地核、地幔、地壳和水圈、大气圈等内部、外部圈层构造。总之，行星地球是宇宙中的尘埃在引力的作用下逐渐形成的。 四、地球的形状
o （一）地球的形状与大小
我们通常说的地球形状指大地水准面所圈闭的形状。
大地水准面（geoid）—由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。 地球的真实形状略呈梨形，南极向内下凹30m，北极向上凸出约10 m。国际大地测量与地球物理联合会（1980）公布地球大小主要数据如课本P23所示。 o （二）地球的表面形态
分陆地（30%）、海洋（70%）两部分；陆地多分布在北半球；海洋多分布在南半球；无论陆地或海底，表面起伏不平；世界屋脊（第三极）珠穆朗玛峰海拔8848.13 m；太平洋西侧的马里亚纳深海沟，海拔-11034 m。 o （三）陆地地形特征
1. 山地(mountains)：海拔高程大于500m，相对高差大于200m的地形
500m—1000m 低山 1000m—3500m 中山 ＞3500m 高山
线状延伸的山体称山脉，成因上相联系的若干相邻的山脉称山系。大陆上最宏伟、最重要的山系：阿尔卑斯—喜马拉雅山系和环太平洋山系。 2. 丘陵(hills)：海拔小于500m
海拔＜500m，相对高差数十米的低矮浑园地形。 3. 平原(plain)
海拔＜200m，相对高差数不超过数十米。 4. 高原(plateau)
海拔＞500m，表面比较平坦。 5. 盆地(basin)
周围高，中央低的地区。 6. 大陆裂谷(continental rift)
宏伟的线状洼地，如东非裂谷，是地壳上拉张的结果，呈“之”字型。
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o （四）海底地形特征
海底大致可分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三个地形单元。
1. 大陆边缘(continental margin)
大陆与大洋盆地之间的过渡带，包括大陆架、大陆坡和大陆基。
图1－2 海底地形的主要单元示意图
? 大陆架(continental shelf)
海与陆地接壤的浅海平台，坡度小于0.3°。 ? 大陆坡(continental slope)
大陆架外侧坡度明显变、陡部分，平均坡度4.3°。 ? 大陆基(continental rise)
大陆坡与大洋盆地之间缓倾斜坡地，坡度为5?—35?。 ? 岛弧(island arc)
大洋边缘延伸距离很长，呈弧形展布的群岛。如阿留申、千岛、日本、琉球、菲律宾、马里亚纳等群岛。 ? 海沟(trench)
大洋边缘的巨型带状深渊，长度达1000km以上，宽度大于100km。 岛弧与海沟二者常组成岛弧—海沟系。
大陆边缘分两类：
一类由大陆架、大陆坡和大陆基组成，主要分布于大西洋，故称大西洋型大陆边缘； 另一类由大陆架、大陆坡和岛弧—海沟组成，主要分布于太平洋，故称太平洋型大陆边缘。
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2. 大洋盆地（oceanic basins）
介于大陆边缘与大洋中脊之间的较平坦地带，平均水深4000—5000m。 3. 大洋中脊（mid—eanic ridge）
绵延在大洋中部（或内部）的巨型海底山脉，常发生地震和火山。大洋中脊轴常有一条纵向延伸的裂隙状深谷，称中央裂谷。
五、大陆型地壳与大洋型地壳
表1-1 大陆地壳与大洋地壳对比表 比例 平均厚度 平均密度 大陆地壳 面积的40% 占地壳 体积的79% 质量的63% 大洋地壳 面积的60% 占地壳 体积的21% 质量的37% 33km 2.7g/cm 36km 3.0g/cm 3成分 沉积岩、岩浆岩、变质岩均有；SiO2几乎全部由火山岩组成；SiO2＜50%；含量＞60%；低价铁和镁的氧化物百分低价铁和镁的氧化物百分含量高，分含量低，分别为3.8与3.1，但铁的总别为6.2与6.8，但铁的总含量低。 含量高。 各地质历史时期形成的岩石均有，最岩石大部分生成于最近50Ma中，最老老岩石年龄可达3800Ma。 岩石不超过200Ma。 岩石时代 岩石受到强烈挤压，形成褶皱、断裂没有强烈挤压褶皱形成的大山，海底地质作用和地质构和由它们构成的高大山脉，区域变质大山主要为火山作用形成的。没有区造 作用较普遍。 域变质作用。引张大断裂发育。 重力异常 结构 ?
以负异常为主。 以正异常为主。 上部为花岗质层（硅铝层），下部为底部为玄武质层（硅镁层），上部为玄武质层（硅镁层），最表层有不连松散沉积物层，两层之间为玄武岩夹续分布的松散沉积物。 已固结的沉积岩透镜体。 六、地壳的重力均衡（用船只、水中漂浮物等举例说明）
1. 地壳厚度各处不同
一般地壳厚度较大的地方，地势较高；地壳越薄的地方，地势越低（图1-3）。
图1-3 不同地理单元地壳厚度的差异
2. 艾利的山根说
美国天文学家艾利(G.B.Aity,1855)认为，厚度大的地壳有较大重量，但因其下沉深，所获的浮力大；而厚度小的地壳具有较小重量，因其下沉浅，所获的浮力小，故两者都能达到均衡。艾利看法的重点是高山之下有“根”，故称山根说（theory of mountain root）。例如海中航行的船只，水中漂浮物等。
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