第五讲 地球的能量系统与地质作用.doc

第五讲 地球的能量系统与地质作用51 地球的能量系统 地球并不是一个封闭的体系，她每时每刻都在宇宙中运动着，同时也在宇宙中进行着能量与物质的交换。而且能量和物质总是紧密地联系在一起的，伴随着物质的获得或丧失，地球系统也同时获得或丧失能量。 一切地质作用都以能量为基础，地球的能量系统由以下几个方面构成：太阳能、放射能、物理能和其他能源。 太阳能是地球从太阳辐射中获得的能量，虽然地球从太阳辐射中所获得的太阳能只是太阳辐射能的22亿分之一，但地球平均每秒钟仍可获得181017焦耳的太阳能 太阳的辐射使植物和依靠光合作用繁殖的藻类生物大量繁殖，构成生物链的基础。在一定条件下，太阳能通过有机界的参与可以转化成煤和石油储存起来。太阳能还可以使大气发生环流形成风能，使水蒸汽上升构成水的势能。因此可以说太阳能是地球生物活动(包括人类在内)的主要能源。放射能是地球中的放射性物质在裂变过程中所产生的能量(图52)。在地球形成的早期，短半衰期的放射性元素很多，这些放射性同位素大部分已经裂变成稳定元素。因此可以认为地球形成早期，应比现在具有更高的温度，很有可能在整个地球的表层都是岩浆的世界。由于地球仍然含有很多长半衰期的放射性元素，而且放射性物质的总量也很大，现今地球由放射性物质所产生的能量依然高达121014焦耳秒。 物理能主要是地球的旋转动能(包括自转和公转)和引力能。地球的旋转能在一定的时间尺度中基本保持在一定的总量范围里。地球公转所具有的能量在太阳系中处于平衡的状态，有在与其他天体相互作用时才发生改变，因此对地球本身的物质运动和平衡的影响要么是种长周期的作用，要么是一种灾难性的作用。 据地球的自转速度计算，现今地球自转的总能量约为2141029焦耳，这样巨大的能量哪有亿分之一的变化，其能量变化就相当于34000次8级地震的能量变化，势必引起地球的剧变动。 地球的重力是地球物质产生的万有引力和自转离心力合力，构成了地球的重力场。重力是一种势能，只有物质在重力场中发生位移时才产生能量的变化。地球获得的重力能主要圈层分异的早期，而现今地球基本上已经是按物质的密度分层。因此，重力能的变化在现今质作用中已经不起主导作用。 引潮力是太阳和月亮的引力对地球共同构成的作用力，由于地球的自转和太阳、月亮与地球的相对位置会发生周期性的变化，引潮力也发生周期性的变化。引潮力在地球上最明显的结果是引起海水的潮汐变化，其功率大约为141012焦耳秒。 除此以外，地球的能量系统中还有化学能、结晶能、生物能等其他的能量形式(图53)，并在地球的演化中起到一定的作用。 由于岩石圈主要由刚性岩石组成，热导率很低，根据地壳的平均热流值计算，地壳的平均散热量为181013焦耳秒，因此仍有大量热能在地球内部积聚，构成了地球内动力地质作用的能量基础。地球内部的能量在积累到一定程度之后就会转化成物质运动的形式释放出来这就导致火山、地震、变质作用和构造运动等内动力地质作用的发生。52 地质作用的形式一、地质作用的表现形式 没有能量地质作用就不可能发生，但并不是所有地球的能量都会转化成地质作用的形式。由能量转化而成的，能够导致地质作用发生的力称为营力。 像放射性能、动能、重力能、化学能、结晶能等来源于地球内部的能量称为地球的内能。以内能作为营力的地质作用称为内动力地质作用，内动力地质作用主要作用于地球的内圈并最终反映到地壳。来源于地球外部的能量称为外能，其相应的地质作用称为外动力地质作用。外动力作用则主要作用于地球的外圈和地球的表层系统。地质作用有不同的表现形式，内动力地质作用的形式主要有：构造运动、地震作用、岩浆作用和变质作用等方式(图54)；外动力地质作用的主要形式是地球外圈对地壳的风化、侵蚀、搬运、沉积过程，并对地球的表层系统进行改造。二、地质作用的主要形式：（一） 内动力地质作用 1.构造运动、2. 地震作用3.变质作用3.岩浆作用（二）外动力地质作用1.风化作用2.侵蚀作用3.搬运作用4.沉积作用三、地质作用的相互关系 地球是一个客观存在的系统，地球各圈层之间的相互作用和物质与能量的交换也是客规存在的，而且许多地学过程的发生、发展和演化常表现出内外圈层的一致性，”地球系统”的概念就是基于这种思想而产生的。“地球系统”理论的基本思想是地球是一个统一的系统，内外动力地质作用都发生在这个统一体中，必然存在一些共性和各自的特性。如重力作用应属于内动力的范畴，但从地质作用的主要形式可以看出，重力既作用于内动力过程也作用于外动力过程，同时还有其特殊的形式重力作用(斜坡作用)。内动力作用导致地壳的变形，使地球表面复杂化；外动力作用则主要对地球表面进行夷平作用，使地球表面简单化。地球物质系统的运动具有统一性的特征，也就是说地球系统的物质运动，从内圈到外圈经常表现出很强的一致性，各圈层之间的相互作用是地球系统物质运动的基础，大规模的物质运动表现尤为明显。内动力地质作用可以改变外动力的作用过程：如海底地震所释放的能量会引起水圈的运动而发生海啸，青藏高原的隆起使东亚和南亚季风发生改变引起全球气候的变化，通过火山、地震作用发生的地球内部析气可以改变大气圈的成分等等。外动力地质作用同样可以触发内动力地质作用的发生：如三角洲的沉积使地面不断沉降，河流的夷平过程可以促使地幔隆起改变内部平衡等等。这种统一性的根本原因是因为地球作为一个统一的系统，各：圈层之间不断地进行着物质和能量的交换。 构造运动不仅直接造成了地球物质的宏观运动，同时改变了地球物质的物理化