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文章来源: 文章作者: 发布时间:2008-01-16 字体: [大 中 小]
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(二)内力作用
以往不少地理学家或地质学家在考虑内力作用时,往往只关心地壳的上 升、下降和时间,在解释中国地形西高东低的特征时,一般都简单地归之于 西部上升、东部下降,喜马拉雅山上升的时间最新,所以地势最为高峻等等。 但是他们对于山脉有规则的定向排列、构造上的隆起和沉降有规律的相间出 现等问题则很少追究。只是在地质力学和板块构造学说出现以后,才使我们 对于内力作用有了进一步的认识。 内力作用又叫内营力作用,主要是指地球内部能量所发生的作用,它能 使地壳产生一种强烈的挤压、拉伸或扭动,从而引起地壳褶皱、升降、断裂 等变动,间或伴随有火山、地震等现象,这就是所谓地壳运动。地表上规模 巨大的凹凸面如大陆与大洋,以及大陆与大洋中的基本地形如山地与平原、 海洋深槽与海底山脊等基本面貌,都是由内力作用所引起的地壳运动造成 的。 在次一级的地貌形态中,地壳运动对地形的作用往往可以在岩层产状和 原始构造形态上直接表现出来。在岩层仅受到构造抬升的地区,水平岩层表 现为平坦的高原,当它受到强烈切割后,就会形成桌状台地和方山(图 8)。 如四川盆地中部沿嘉陵江从合川至李渡间,以红色砂岩为顶盖的方山地形就 很发育。 当岩层受到横向的压力时,会被挤压成褶皱,形成的地形叫褶曲构造地 形(图 9)。褶曲中间隆起的部分称为背斜,下凹的部分叫做向斜。在未经 外力作用的情况下,一般是“背斜成山,向斜成谷”。中国的山岭和谷地大 部分是由褶曲构造造成的。如四川东部的平行岭谷带便是这类地形的典型例 子,在那里,向斜谷地中保存着较新的岩层,背斜山岭上出露较老的砂岩层, 虽然有的背斜顶部有高悬的河谷,而整个背斜仍呈山岭状,并高耸于向斜谷 地之上。 岩层因断裂而变动位置,一部分升起,一部分陷落,这叫做断层。在断 层区域中,突出于两个陷落间的地块,叫做“地垒”;两地垒间的陷落地带, 叫做“地堑”(图 10)。天山山地断层很多,许多山岭都由断层作用上升造 成,博格达山就是一个标准的地垒。山西、陕西境内的渭河和汾河谷地则是 典型的地堑。云南滇中高原的滇池、抚仙湖、异龙湖等都是断层陷落而形成 的。 地球内部的岩浆和气体有时喷发出来,岩块堆积在地面上,成为山岭, 这便是火山。中国的近期火山大部分集中在最近地壳较活动的地带,但基本 上都是火山作用熄灭已久的死火山,像著名的山西大同火山群(图 11),黑 龙江德都县的五大连池(图 12)。另外,分布在台湾周围的澎湖列岛、火烧 岛、兰屿、龟山岛、花瓶岛、钧鱼岛等都是由海底火山喷发而成的火山岛。 地壳为什么会产生运动?中国著名的地质学家李四光从地质力学观点出 发认为,产生地壳运动的一个主要原因,是由于地球自转速度的变更。 我们知道,地球是一个旋转椭球体,它每日每时都在自西向东旋转着。 随着地球自转速度①的加快,离心力必然加大,从而使地球的扁度相应增加, 以致在赤道附近直径增长,近两极地区直径缩短,这样也就产生了一股自两 极向赤道的推挤力。岩石对短时间力的作用,只要不超过弹性强度,是具有 弹性的,力撤除后岩石又恢复原来状态。但在很长时间连续受力的情况下, 即使不超过弹性强度,岩石也会产生塑性形变。比如一个冰川砾石,在温度、 压力都不很大的情况下,小砾石会嵌入大砾石而形成压坑,表现了明显的塑 性形变;古代的石质建筑在常温、常压下,经过几十年、几百年的岁月,有 些梁、柱也会自行弯曲变形。这一现象在地质力学上具有重要意义。它说明 即使在作用力不大的情况下,但经过漫长的地质时期,也会使岩石产生形变。 所以当地壳表面的岩石在这种由两极向赤道推挤力的长时期作用下,就会产 生一系列东西向(纬向)的构造带(图 13)。 由于地球自转速度的加快,离心力增加,一方面地壳会产生大规模的由 高纬向低纬的水平运动;同时由于地壳运动的结果,必然会引起地球内部的 物质向地球表面集中,甚至溢出地表,从而使得地球的转速变慢。这样,原 来随着基底一起由西向东移动的地壳表层的各大陆块,由于惯性力的作用, 使得那些与基底粘着程度较差的大陆块产生相对的部分向西、但有时也向东 的滑动,并与粘着程度较牢的大陆块分离,这样就造成了巨大的裂缝或褶皱, 如欧非大陆内部的南北向大裂谷就是这样形成的。而向西滑动的大陆块如果 受到坚硬的基底阻挡时,在大陆上将会产生南北向(经向)的挤压褶皱,南、 北美洲大陆西岸的巨大边缘褶皱山脉可能就是这样产生的。 当地球的自转速度变慢以后,地球内部密度较大、质量较重的物质,因 重力分异又逐渐渗入到地球深部,使地球质量趋于集中,导致地球的转速再 次加快。由此可见,地球自转速度的加快包含着使它变慢的因素;反之,地 球自转速度变慢,则又孕育着加快的运动。这就是李四光提出的“大陆车阀” 自动控制地球自转速度的原理。 如上所述,地球自转速度的变化会产生南北向或东西向的推挤力,使地 壳发生巨大的水平运动。南北向的力导致地壳物质产生纬向的水平运动,在 地形上就反映为东西向(纬向)的褶皱山系。中国的天山—阴山山脉、昆仑 山—秦岭山脉、南岭山脉等就是这样形成的。而东西向的力导致地壳经向的 水平运动,在地形上就反映为南北向(经向)的构造体系,中国的六盘山、 贺兰山、横断山脉以及四川西部和云南境内,即以大雪山为主体的川滇南北 向构造带,可能都属此类。 另外由于地壳各部分组成物质的不同,地块粘着程度的差异,以及地块 在滑动过程中所遇到的阻力大小不一样,致使地块某些部分产生不均匀的进
① 地球自转速度是不断变化的,有长期变化、季节变化和突然变化之分。长期变化的原因是月球和太阳对 于地球的潮汐作用,它使地球自转速度逐渐变慢;季节变化的原因是地球上的水和大气的季节迁移;突然 变化的原因是地球内部物质的剧烈运动,例如地震、火山爆发等引起的。从地球发展的总趋势来看,地球 内部物质的重力分异过程在逐渐变缓,地壳在逐步趋向稳定,地球的自转速度在逐渐变慢。
展或扭动作用,从而产生山字型(图 13)或多字型的构造体系(图 14)。 中国的东南是浩瀚的太平洋,它的基底是一个由硅镁物质组成的巨大而 坚硬的地块,它比主要由比重较轻的硅铝物质组成的欧亚大陆稳固和坚硬得 多,所以会产生很大的阻力。而位于中国西南的印度半岛和印度洋底 部,也 是一个坚硬而巨大的硅镁层地块。因此,当欧亚大陆块滑动时,它的东部和 南部都受到较大的阻力,使组成大陆的岩层受到挤压和扭动。这就使得中国 的东部产生一系列大致平行的东北—西南走向的多字型山脉;而在西部和中 部又产生一系列山字型构造体系。 最近也有人这样认为:由于印度洋板块已经把北部大片洋壳俯冲到青藏 高原之下,一直达到阿尔金山所在的一线为止。由于印巴次大陆仍在继续北 移,使亚欧大陆与印巴次大陆两者相撞、挤压,从而造成了构造复杂而巍峨 的喜马拉雅山脉(图 15)。 那末,有什么证据来说明在地质历史时期中地球自转速度曾发生过变化 呢?第一,近代天文观测曾发现地球的自转速度是变化的。虽然近代天文观 测的时期在整个地质年代中是短暂的,还不足以说明地球转速在地质年代中 的变化及其幅度。可是它提供了地球自转速度变化的确切资料。近代天文工 作者能够准确地推算日蚀的周期,但发现所推算的古代日蚀应出现的日期与 历史记载是不相符合的,这说明了地球的自转速度可能发生过变化。第二, 珊瑚有类似树木年轮的生长线,一年有多少天就会有多少条生长线。这是由 于珊瑚在白昼太阳光中分泌出的碳酸钙较多,夜晚却极少,甚至停止分泌的 缘故;冬季和夏季的生长形态也有明显差别,因此现在还在生长的珊瑚每年 留下 3 60 条左右的生长线。有人发现,中泥盆纪时代(距今约 3.8 亿年)的 某种珊瑚,显示一年内有 385~410 条生长线。这就是说,在那个时候一年有 385~410 天。而在上石炭纪时代(距今约 3.5 亿年),珊瑚显示有 385~390 条生长线,也就是说,一年有 385~390 天(图 16)。如果地球绕太阳的轨 道不变,地球公转一周的时间就不大可能有所变化,那末这只能说明,过去 那些年代地球自转的速度要比现在快得多。 对于地壳运动的问题虽然至今还有争论,但实践证明,李四光的地质力 学观点不仅在解释地形的成因中具有创见,为研究地壳运动的问题开辟了新 途径,提供了新方法;而且在指导中国的找矿、找地下水和地震预报等许多 工作中,同样具有重要的意义。
(三)外力作用
外力作用又叫外营力作用,主要是指地球表面受重力和太阳能的影响所 产生的作用,包括物理和化学风化作用,流水作用,冰川作用,风力作用, 波浪及海流作用等。通常把各种外力(风化、流水、冰川、风、波浪等)对 地表隆起部分逐渐蚀低的作用,统称为剥蚀作用;把流水对陆地的破坏作用, 叫做侵蚀作用。外力作用总的来说是不断地起着破坏和夷平那些由内力作用 而产生的隆起部分,同时把这些破坏了的碎屑物质搬运、堆积到低地和海洋 中去。 外力作用的强弱与气候因素有着密切的关系,因为影响地形发育的水 文、植被等因素都受到气候条件的控制。例如寒冷的冰川覆盖地区以冻融崩 解、冰川作用为主,干旱地区流水作用不显著而风沙作用占居优势,温暖潮 湿地区的流水作用最为活跃。从这个意义上讲,不仅风化壳、残积物都明显 地具有地带性的特点,甚至一向被认为是非地带性因素的地形的发育,在一 定程度上都反映着气候的烙印。特别是气候可以通过植被、水文对地形产生 影响:植被茂密、水土保持良好的地区,植被抑制了外力侵蚀作用的发展, 从而起到保护地面的作用;而植被稀疏、甚至地面裸露的地区,则加强了流 水、风等外力作用的侵蚀强度。 决定气候条件的主要因素是气温和降水,而气温和降水在地球上的分布 是具有一定规律的。一般说来,气温从赤道向两极递减,也随着绝对高度的 增加而递减,前者称水平(纬度)地带性,后者称垂直(高度)地带性。降 水则不完全取决于纬度和高度,还受制于大气环流和海陆分布,在细节上甚 至还取决于地形的起伏。因此,在每一个气候区中都具有独特的水、热对比 关系,独特的物理风化与化学风化的对比关系,独特的风化速度、外力作用 强度、外力作用组合,因而也就会产生独特的地貌组合。这些将在以后有关 地形成因类型的各章节中加以讨论。
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