地球科学的起源与发展

(完整word版)地球科学的起源与发展(完整word版)地球科学的起源与发展(完整word版)地球科学的起源与发展《地球科学发现的逻辑》课程读书报告——地球科学的起源与发展第一章什么是地球科学地球科学指一切研究HYPERLINK”/view/2489。htm”\t”_blank”地球的\t"_blank”科学，是\t"_blank”物理、地理、HYPERLINK”http：///view/67540。htm”\t"_blank”地质、http：///view/1284。htm"数学、_blank"化学、HYPERLINK”/view/4579.htm"\t”_blank"生物的角度研究地球。它和人类的生活息息相关，人们手上所戴的黄金饰品和钻石，都是来自地球的矿产资源；盖房子所用的砂、石、水泥，其原料也是来自地球;所吃的鱼虾，大都取自海洋；气温的变化影响生活甚巨;天体的运行，也时时刻刻影响着我们。因此，地球科学是一门很基础、很重要的的学科。地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化,乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围.以陨石撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣.第二章地球科学的起源与发展地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。以陨石撞击地球为例:高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的天文事件,却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣。因此地球科学的起源与发展即他所包含的地质学、海洋学和气象学等学科的起源与发展.2.1地球科学中的地质学2。1.1什么是地质学在古代人类在利用石器,制造陶器,开发铜、铁、铅、锡等金属矿产时，已经开始初步使用地球物质；在兴修农田水利时，已经在了解土壤性质,在观察火山、地震等自然现象时，已经在探索地壳变动的原因,所以，地质学的经验和知识是在长期的实践中积累起来的。在古希腊，罗马和我国春秋战国时代以至西汉,对于地质作用及地壳中的物质的科学记载和解释已有萌芽。希腊哲学家希罗多德(公元前五世纪）和亚里斯多德（公元前四世纪）等已注意到了地震、火山以及海陆变迁的现象.大约在战国时期成书的我国古籍《山海经》、《禹贡》和《管子》等对于矿物、岩石和土壤以及铁、铜、金、银等矿产都有较为丰富的记载.《管子》一书并已注意到了矿产的共生关系。我国汉代已经开始用煤炭炼铁，发现了陕北的油苗，提出了地圆学说等;公元四世纪，我国已有沧海变桑田的海陆变迁思想.欧洲的中世纪（五世纪到十五世纪)地质学的思想没有得到发展，但是波斯学者阿维森纳(Avicenna,980—1037)却对矿物的形式和分类、山脉的隆起和侵蚀、沉积作用等发表了较为正确的见解。他大致与我国宋代的沈括(1031—1095）同时，沈括于1086-1093年间提出了华北平原的沉积和西北黄土地区侵蚀切割的关系，论述了化石的成因和太行山的升高等地质现象,并根据化石推断了古气候，发现了磁偏角，考察了陕北的石油等。欧洲文艺复兴时期，随着工业的发展和对矿产资源的需求，矿物学和岩石学的知识有了发展。意大利的达芬（LeonardodaVinci,1452-1519）对化石作了正确的解释,认为它们是被沉积物掩埋的生物残骸。萨克逊人阿格里柯拉（GeorgeAgriccla,1494-1555)对矿物学和金属矿脉做了大量研究,他根据矿物外部特征，如晶形劈开、硬度、重量、颜色、光泽等的描述，为矿物学树立了典范。他的名著《金属矿》被认为是总结了当时地质学、矿物学和采矿学及冶金学的巨著。他被誉为“冶金学之父”。但是，直到十七世纪中叶,欧洲的地质学思想仍在宗教的严重束缚之下。当时,教会主张天地是在公元前4004年由上帝创造的,而诺亚洪水（即所谓的全世界洪水泛滥)则发生在公元前2349年，现存的地表形态都是洪水灾变所形成的。这种思想钳制地质学的发展达一百多年(十七世纪中叶到十八世纪末)。在此期间，地质学和其他科学一样，在同宗教思想的斗争中逐步得到发展,丹麦学者斯台诺NicolansSteno,1638—1687）,意大利学者瓦利斯内里(AntonioVallisneri，1661—1730）对于层状岩石和褶皱构造进行了研究，认为岩层是一层一层沉积的，斯台诺提出了著名的“叠覆律”，即新岩层沉积在老岩层之后,位于下面的岩层比位于上面的岩层沉积时间为早，他还提出了晶体的“面角恒定律”。这两个定律是地层学和矿物学研究的基础。1760年意大利学者阿尔杜伊（G.Ovanrii1713—1790）根据岩石的结晶和固结程度,将地层划分为第一系、第二系和第三系，德、俄等国的学者也采用了相同的术语。后来德国地质学家魏尔纳（AbrahamG.Werner,1749—1817）将位于第一系之上的含化石的地层命名为过渡层。魏尔纳是水成论者,认为地壳中所有的岩石，包括玄武岩和花岗岩都是在原始海洋中沉淀和结晶而成的，火山是煤层的燃烧，魏尔纳对地质学的贡献是第一次对矿物和岩石进行了分类，创造了鉴定方法等1785年（乾隆五十年）苏格兰学者郝屯（JamesHutton，1726-1797）发表《地球的学说》,提出了火成论，认为玄武岩和花岗岩不是水成的，是由地球内部火成岩浆冷凝而成，片岩、片麻岩等则是受地球内部热力影响而变质的水成岩。他指出了火成岩岩脉穿插水成地层以及水成地层被火成岩接触时烤焦的现象.郝屯还认为沉积物是大陆岩石被风化和侵蚀的产物,它们被流水带入海洋形成水成岩石，然后又上升到海平面以上，开始新的侵蚀0沉积旋回；地形不是“洪水泛滥”以后一成不变，它们在地质作用下不断地发生变化。地球的存在是极其长久的，既看不到它的开始,也看不到它的终结。地质作用的规律和强度，在地质历史时期是一样的，“今天是过去的钥匙”。他的这些观点被称为均变论。火成学派的观点受到了水成学派的强烈反对1812年法国生物学家居维叶(GeorgesCuvier，1769—1832)根据对巴黎盆地的第三纪地层古脊椎动物化石的研究,提出了灾变论，他认为地层中所表现的古生物的突变现象是超自然的巨大灾变的结果，而新的生物群在每次大灾变之后又被创造出来.他的这种观点受到当时的学者拉马克（LarmarckJ.B。1744—1829)的批判。拉马克也在同一地区研究无脊椎动物体系，认为环境对生物的发展起重要作用.二人对古生物学的贡献，使得根据不同的化石特点对比和划分不同时代的地层有了可能.英国地质学者史密斯(W。Smith1769-1839）也在这时根据地层中不同生物化石的特征对比了英国不同地区的地层，于1815年（嘉庆二十年）编制出了第一张《英国地图》。1830年,英国地质学家莱伊尔（CharlesLyell,1797-1875）发表《地质学原理》一书，使得均变论得到了进一步发展，成为地质学的一条基本原理，一直影响到现在.地质学从十九世纪五十年代已被介绍到我国,并且出版了一些地质译著图书，但由于当时清政府没有注意培养地质科学人材，所以我国的地质事业一直没有发展起来。我国地质科学事业真正开始是在辛亥革命之后，1912年设置地质机构,以推动地质工作的进展，接着相继成立了地质调查所和研究所，在国内进行了大量的调查研究工作，取得了不少成果，并初步形成了自己的理论。但是，地质学的迅速发展则是在1949年全国解放以后，在党的领导下,成立了地质工作部门和研究机构,建立了地质院校成批地培养了地质科技人材，在全国普遍开展了地质调查和矿产普查勘探,不但积累了大量的资料，编制了各种比例尺的区域性和全国性的以及亚洲的地质图件，而且在矿产资源勘探和研究方面取得了巨大的成就,保证了社会主义建设对矿产资源和地质资料的需要；在地质学的各个分支科学方面也都取得了很大的进展，出现了蓬勃发展的局面.2。1.2地质学的起源与发展一、西方地学起源与发展历程地质学是从英国产煤区的地质调查工作中发展起来的，直到十八世纪才形成一门独立的科学，十九世纪趋于成熟。在这以前，地质学的知识是非常零散的。十八世纪末到十九世纪初，地质学的研究空前繁荣。十八世纪只有少量的人在搞地质学研究,著名的人物有瑞典的林奈。他首先对岩石进行了分类，把岩石分为化石和矿石两大类。到了十九世纪初，由于工矿的发展，从事地质研究的人越来越多。在岩石和矿床成因上主要是英国伍德沃德提出来的水成论和威尼斯的莫罗提出来的火成论.水成论者认为岩石和矿床都是在地表水作用下形成的当含矿溶液沉淀形成岩石或矿床时，古代动植物的遗体也随之沉积保存下来，形成化石。火成论者持相反的观点，认为岩石和矿床是一系列火山爆发的熔岩流形成的，当熔岩冷却时，其中的古代植物遗体也就保存下来。尽管这两派的观点不同,但都承认化石是古代动植物遗体形成的。于是人类就产生了一个想法，通过地层大断面上的不同类型化石的垂直分布,大体上可以看出生物在历史上的延续和演化过程。由此看出生物学和地质学有着历史的渊源。自18世纪末到19世纪初，地质知识体系初步形成。一方面地层和生物化石的研究使地质年代和地层系统逐步建立，为其后更全面的历史地质学的发展奠定了基础；另一方面,随着当时的新技术被采用，结晶学、矿物岩石学的研究和理论的系统性日臻完善，加深了人们对地壳物质组成的认识.在这个基础上,对山脉构造及形成过程也有了进一步的理解。地质时代和地层系统的建立是研究地球历史的前提和依据.在各国地质学家的努力下，从寒武系到第四系的地层层序在这个时期先后被建立起来。岩石学方面，已初步划分出沉积岩、火成岩、变质岩3大类岩石。1829年英国的尼科尔发明了偏光显微镜，为岩石学的研究展现了广阔的发展前景。英国的霍尔从1790年开始多次进行了熔融体结晶和灰岩转化为大理岩的加热加压实验，开创了岩石学的实验研究。居维叶是灾变论的主要代表.他在《论地球表面的革命》一书中根据岩层不整合面上、下生物群的不同，提出海盆一定经历过革命，并认为自然的进程改变了，没有一种现在还在起作用的因素足以产生古代地质作用的结果。赫顿最早对均变论作了较全面的阐述.英国的莱伊尔在《地质学原理》中系统地论证了这一思想。通过对欧美的广泛考察和对陆地升降、河谷形成等地质现象的研究，莱伊尔认为在地球的一切变革中，自然法则是始终一致的。同时，提出用现在仍在起作用的原因来解释地球表面过去的变化的将今论古的现实主义方法。尽管莱伊尔过分强调地质作用古今一致的一面，而忽视发生全球性激变（灾变）的可能性，他的思想方法在地质学理论方面仍占有重要地位，并成为百余年地质学及其研究方法的正统观点。总之,到19世纪30年代末，地层学的原理和方法、矿物学的系统分类，以及地质年代和地层系统都已基本建立,特别是作为地质科学的基本思想和方法论──均变论已经确立。因此,可以认为到1840年地质学建立的工作已经完成。19世纪中叶以后，资本主义进入全盛时期。生产的发展和科学技术的进步，推动了地质学各分支学科的全面发展，新的研究领域不断出现。许多国家成立了地质学学术机构和调查机构。19世纪后期,欧洲一些资本主义强国除在本国开展地质调查外,还普遍在亚、非、拉美等地区进行矿资资源和地质的调查.大规模的区域调查所取得的丰富资料,使得全面的历史地质学及全球地质史的综合研究成为可能，也为全球构造理论的产生创造了条件.与此同时,对岩石的化学成分和性质也进行了研究.德国的本生于1851年提出酸性岩浆和基性岩浆混合,会产生各种喷发岩，随之出现了有关岩石的酸性、中性、基性的概念和饱和度的概念。德国的比肖夫提出含氧系数,俄国的列文生-列星格提出酸性系数.这些概念的提出有助于对岩石的化学性质的认识，并使火成岩的分类有了更为可靠的依据。有关地壳运动原因的地壳均衡说主要是根据大地测量资料提出的。1837年，英国的赫塞尔从侵蚀－沉积循环角度探讨了地壳的动力均衡问题。19世纪中叶，在印度北部进行重力测量时，发现某些点上的实测值比预计喜马拉雅山引起的偏差值为小。英国的普拉特由此得出喜马拉雅山密度可能较小的结论，并认为在地下160多公里深处,质量不均得到补偿，称之为均衡补偿面.艾里于1855年根据浮力原理，认为地势愈高，下部陷入就愈深，陷入深部的部分称为“山根”。美国的达顿于1889年提出“地壳均衡”一词,作为地壳升降运动的普遍原因。山脉的形成是构造地质学与全球构造研究中的中心课题.博蒙于1852年发表的《论山系》中，阐述了横向压力的重要性，并将其作为地壳收缩的证据来解释山脉的形成。美国的罗杰斯和罗杰斯兄弟先后发表了《论阿巴拉契亚山系的物理构造》(1843)、《论地壳扰动带的构造规律》（1856），阐明了地壳内部物质的活动与山脉形成的关系。美国的J。霍尔在研究纽约州的古生物地层时，发现阿巴拉契亚山带地层的厚度远大于其西部地区，认为这些线性巨厚沉积带是海底边沉降边接受沉积的结果。其后线性沉积带隆起成山.丹纳于1873年在《论地球收缩的某些效果,兼论山脉的起源和地球内部的性质》一文中，用冷缩说解释山脉的成因。他认为，由于洋壳和陆壳收缩速度不同,所产生的张力差异在大陆边缘最强,因而发育了地壳活动带──地槽.奥地利修斯于1885年提出“陆台”一词,即地台，意指地壳上稳定的、形成后不再遭受重大构造变动的部分.俄国的卡尔宾斯基于1880年明确提出地台是由结晶基底和沉积盖层组成,并以升降的振荡运动为主。19世纪末期到20世纪初期，由山脉构造的广泛研究发展为全球构造的探讨.1887年，法国的贝特朗在《阿尔卑斯山系和欧洲大陆的形成》一文中提出造山旋回的概念，并划分了加里东、海西、阿尔卑斯3个造山旋回。造山旋回的划分具有普遍意义。1990年,奥格在《地槽系和大陆区：对海水进退的研究》一文中，把全球划分为较为活动的地槽系和相对稳定的大陆区，认为全球除狭窄的地槽系外,都是大陆区.修斯的《地球的全貌》（1883～1909)巨著是19世纪地质研究的总结。修斯论证了水平运动的重要性，指出倒转褶皱山带是地壳水平运动的证据.他用前陆－褶皱带－后陆模式分析了欧洲构造和火山活动。修斯的另一重要贡献是从全球的角度考虑地壳运动在时间和空间上的联系.根据大陆南端常呈楔状以及山脉均成弧形的现象,他提出，北美、欧洲、北非山系受力来自南方，所以山系弧形向北凸出；亚洲山系受力来自北方，所以山系弧形向南凸出。他还提出古地中海和冈瓦纳古陆的概念.修斯对地壳综合研究的方法以及对全球构造所作的概括，预示着20世纪全球构造研究新时期的到来。从20世纪20年代到60年代，社会生产力和科学技术有了全面稳定的发展。地质学的基础学科，如地层学、古生物学、岩石学、矿物学和构造地质学都向纵深发展,并开拓许多新的研究领域.社会和工业的发展使得石油地质学、水文地质学和工程地质学都形成独立的分支学科。地质学各分支学科间的相互渗透和新技术方法的应用导致了新的边缘学科出现,如地球化学、古地磁学、海洋地质学、地质年代学等。多学科的综合研究和新领域的研究成果使得全面的地球史的总结成为可能.特别是60年代发生的科学技术革命、国际间大规模的考察和探测，导致了以地球物理学与地质学相结合为特征的地学革命。新技术的广泛采用以及数学、物理学、化学等基础自然科学与地质学的结合，促进了地质研究从定性到定量的过渡，并向微观和宏观两个方向纵深发展。板块构造学的出现，新地球观的形成，使得地质学进入了一个新的发展阶段。地质学各分支学科的发展在古生物学和地层学方面，这一阶段的特征是古生物学为新兴的石油地质研究服务，发展了微体古生物学.同时，它与生物史,地球史的研究相结合，发展了理论古生物学、古生态学。古生物学在50年代不断有一些大型系统专著问世，如莫雷主编的多卷集《古无脊椎动物》（1952～1962）等，说明古生物学各门类的不断丰富和普遍提高。早在1911年，阿登开始用微体化石进行地层对比,随着石油地质研究的发展，微体古生物学日益受到重视。美国的库什曼的《有孔虫》(1928)专著可视为先导。其他如牙形石，孢子花粉等的研究也有重要进展.中国李四光对科壳部构造研究之详（1928）居于当时的前列。1947年格莱斯纳出版了微体古生物总结性专著。前寒武纪的生物化石报道很早,常见的叠层石的性质却一直难以确定。1933年，英国的布莱克认为它是潮间带蓝绿藻类形成的纹层，几十年后得到证实。格莱斯纳于1948年报道了澳大利亚前寒武纪末期的伊底卡拉裸露动物,证实了高级动物在前寒武纪的存在。在理论古生物学方面，美国的辛普森在《进化的主要特征》（1913)专著中总结了生物演化的系谱和方式。纽厄尔则研究、统计了古生物门类在地史中大规模的灭绝和新生,回顾了历史上生物演化的过程.苏联学者在古生态学方面做出了重要贡献.雅科夫列夫最早研究珊瑚类和腕足类的古生态，其后,盖克尔对俄罗斯地台泥盆纪古生态的系统研究，提出了地层同时异向对比原则。在地层学方面，美国葛利普于1913年出版的地层学原理中,把地球的气圈、水圈、生物圈、岩石圈等作为地球的整体,讨论各圈层之间的相互影响和关系；并引入沉积旋回的概念，强调了岩相横变在地层对比中的重要性,使地层研究的理论和方法得到重要的发展。舒克特于1910年发表了《北美古地理》，总结了显生宙以来北美海陆分布的重要变化。他们的工作推动了地层学和古地理学的发展。地质年代学一词是美国威廉斯于1893年提出的。19世纪末放射性元素被发现之后,英国的卢瑟福、索迪确立了元素放射性蜕变原理。美国的博尔特伍德（1907）、英国的霍姆斯(1911)先后应用含铀矿物U/Pb比测量矿物的年龄，1913年，霍姆斯发表了专著《地球的年龄》。30～50年代,逐步出现了同位素地质测年的钾－氩法、铷－锶法、碳14法等.70年代,出现了钐－钕法.1947年,霍姆斯首先建立显生宙地质时代表，其后几经修正，补充了前寒武纪部分，最后形成1989年的国际地质科学联合会颁布的全球地层表。在地壳物质组成研究方面,矿物学、岩石学、地球化学都有了前所未有的发展。自从1895年德国的伦琴发现了X射线，人们开始用它研究晶体结构.英国的布格和布格父子的工作奠定了X射线结晶学的基础。挪威的戈尔德施密特用X射线分析研究出75种元素200种化合物的晶体结构，将结晶学推向新阶段。在岩石学方面,20世纪初，美国的克罗斯、伊丁斯、皮尔森和华盛顿提出了根据标准矿物的重量百分比对火成岩进行分类的CIPW法。瑞士的尼格里结合化学分析,将重量百分比换算为原子百分数，提出标准分子值法。关于岩浆岩的研究，美国的鲍温提出岩浆反应系列，得到广泛的引用.奥地利的桑德尔研究岩浆岩岩体构造与显微镜下矿物排列方式的联系，于1930年发表了《岩组学》一书，标志着岩组学这一岩石学分支学科的形成.花岗岩的成因是20世纪地质学界争论问题之一.芬兰的塞德霍姆用“混合岩”命名介于花岗岩与片麻岩之间的岩石，并于1934年发表专著论述芬兰的古老混合岩。英国的里德在40～50年代陆续著文讨论花岗岩的成因,使花岗岩变质成因说得到愈来愈多的支持。在变质岩方面，由于罗森布施、瑞士的格鲁本曼和尼格里的工作，变质岩被划分为区域变质、接触变质、热变质、动力变质等类型.1920年，芬兰的埃斯克拉将矿物相概念引入到变质岩分类中，提出重要的变质相概念.20世纪以来，化学的理论和方法被系统地引入到地质学中，并逐渐形成地球化学这门学科.美国的克拉克收集了岩石圈、水圈、气圈的化学分析值，出版了《地球化学数据》（1908)、《地球化学新数据》(1924）等专著，对地壳成分的研究有广泛的影响.戈尔德施密特从1929年起对地球化学元素的分布、分类及其迁移进行了研究,区分了亲铁元素、亲石元素、亲气元素、亲生物元素等。在苏联，费尔斯曼在30年代对伟晶岩进行了系统研究，提出了地球化学元素迁移过程的循环概念。维尔纳茨基将地球化学定义为研究地球元素历史的科学，强调对地球化学元素迁移研究的重要性。矿床学的系统研究开始于20世纪前苏联毕利宾，50年代提出成矿区和成矿期的概念，还编制了全苏地槽期内生矿产演化图。美国的林格伦于1913年提出著名的矿床分类系统,长期以来受到重视并广泛引用。德国施奈德勋对矿床的次生富集作用做了大量研究,《早期结晶金属矿床》(1958)是这方面的系统论著.在石油地质学方面,前苏联的古勃金提出石油生成储集、运移和油田形成等一系列观点，著有《石油学》.美国的莱复生于1954年出版的《石油地质》，加拿大的兰德斯于1959年发表的《石油地质》，使石油地质研究日臻完善。煤地质学沿着两个方向发展，一是与沉积和地层有关的煤盆地质学；一是煤岩学研究。英国的斯托普丝在30年代将煤的显微组分与共生岩石组合联系起来，在煤岩学方面做了开拓性工作。中国谢家荣在30年代提出了中国特有煤岩类型。对地球构造史的研究必然会同全球构造和大陆的历史演变联系起来。修斯和奥格都对全球构造作过概括和总结。20世纪初，地球冷缩说仍占统治地位，海陆固定论是正统的观点。但活动论已经开始兴起。固定论同活动论的争论成为20世纪地质学界重要事件之一.美国的泰勒根据欧亚大陆第三纪山脉多呈弧形向南弯曲的现象，于1910年提出地球旋转产生的离极力导致大陆向南挤压和运移的思想。活动论的主要代表是德国的魏格纳.魏格纳发表了大陆的起源（1912）和《海陆的起源》(1915）,系统、全面地阐述了大陆漂移思想。他指出，地球冷缩说不能解释山脉分布格局，均衡学说又否定了大陆原地沉入海洋的可能性。他用大量的古生物证据，特别是中龙和舌羊齿的分布，以及古气候的证据等，论证了古生代末联合古陆的存在及其在中新生代的解体和漂移，用以解释大西洋两岸的轮廓、地形、地层、地质、构造、古生物群的相似性.但他未能提出令人信服的大陆漂移力源和机制，引起了强烈反对。大陆漂移说在20~40年代进入低潮。但活动论的支持者仍在探讨研究大陆漂移理论。英国的乔利在1925年提出“放射性热循环说”、霍姆斯于1928年提出“地幔对流说"，南非的杜多瓦于1937年提出“大陆船说”.瑞士的阿尔冈、美国的戴利等也表达了活动论的观点.所有这些，都为60年代活动论的再次兴起准备了条件。20世纪60年代发生的地学革命，特别是板块构造学说的兴起及其对一系列地质分支学科的影响,使整个地质学和地球观发生了深刻的变化，这个变化在继续发展.60年代以来，出现了地质学发展的新阶段。60年代初，美国的赫斯根据洋底磁条带、环太平洋岛弧,海沟及其与火山、地震活动的关系以及洋脊系统及其裂谷的属性，提出了海底扩张理论。1965年英国的瓦因等对海底磁异常条带成因作出了合理的解释。1965年威尔逊提出转换断层的概念，并首次使用板块(plate）一词，再经摩根和勒皮雄的补充，形成了完整的板块构造学说.它将地球表面分为若干个大小不等的板块,其边界或为新地壳形成的洋底隆起，或为地壳削减的海沟，或为地壳不增不减的转换断层，板块下界大致为约100公里深的地幔低速层，构成软流圈的顶界,其上则称岩石圈。80年代同位素测年技术不断取得古老的岩矿年龄值，将地质史的研究推向远古,引发了人们研究地球早期历史的兴趣。化石处理技术、地球物理探测和岩矿实验技术的提高，开拓了深部地质的研究领域,也为探讨地球早期生物界及环境条件提供了手段。二、中国地学发展历程我国历史上出现过不少走遍祖国深山大川。最早的要算北魏的郦道元，他著述的《水经注》是很有名的。这是我国北魏以前最全面的最系统的综合性地理著作。远在西方出现航海热以前的几十年，我国明朝航海家郑和已“七下西洋”,走了30多个国家，路程为10万多公里.他沿途记载了各国方位和海上暗礁、浅滩，成为研究十六世纪以前西方交通历史的重要资料。明代徐霞客经过30多年的地理考察，走遍了大半个中国。他不仅考察了名山大川，还专门调查了研究我国石灰岩地貌的分布及发育规律。他对石灰岩溶洞的解释和今天的科学原理是一致的。《徐霞客游记》是后人根据他的日记整理而成,书中对他所到之处的地理，水文，地质，植物等现象都有详细的记载.清代康熙年间，于公元1708-1718年在全国进行了空前规模的大地测量，测定了630个经纬点,绘制了著名的全地图《皇舆全览图》。1755年，清代汪锋辰著《银川小志》,记载了地震发生前井水浑浊、群犬狂吠等前兆,是有关以动物异常预报地震的科学史料。李榕《自流井记》记载，清代四川地区工人已初步掌握了地下岩层的分布规律，并找到了绿豆岩和黄姜岩两个标准层，表明我国已建立起最早的地下地质学。徐松《西域水道记》把新疆分成111个受水体(湖泊），以水道为纲，详细记载了各流域的地质、地貌、新构造运动、矿产、城市等，是我国历史上比较全面地叙述新疆地理的著作。19世纪后半叶至20世纪初，中国正处在从闭关自守到被迫向西方开放的时期，当时出版少量地质文献都是西方地学教材的译本。一些西方学者在中国进行了地质调查和探险，出版了关于中国地质的著作。如美国庞佩利著有《中国、蒙古与日本之地质研究》（1866）;德国的李希霍芬著有《中国》，这是第一部较为系统的有关中国地质的著作；美国的威利斯著有《中国的研究》。李希霍芬和威利斯的工作为以后中国地质的研究奠定了初步基础。此外，还有匈牙利洛茨、瑞典的斯文·海定、俄国的奥布鲁切夫都曾考察研究过中国一些区域的地质情况。在1910年以前，中国学者编写的地质文献有虞和钦的《中国地质之构造》（1903)、鲁迅的《中国地质略论》（1903）和顾琅的《中国矿产志》(1906)等。中国近代地质工作是从1912年政府部门设立地质科开始的。早期以鉴定化石、建立各区地层系统和开展区域填图为首要任务.从20～50年代，孙云铸、许杰对早古生代地层及三叶虫、笔石等化石,李四光、赵亚曾、田奇、俞建章、黄汲清对晚古生代地层及腹足类、科、珊瑚等化石，尹赞勋、斯行健、潘钟祥等对中生代地层及软体类和植物化石，杨钟健、裴文中对新生代地层和脊椎动物及人类化石都做了大量的研究工作，取得了显著成就。其他国家外籍学者中，美国的葛利普、法国的德日进、瑞典的安特生在中国地层、古生物和区域地质研究中也作出了重要贡献。中国有关岩石矿物和矿床学的研究，早期有章鸿钊所著《石雅》(1921,1927)、翁文灏所著《中国矿产志略》（1919）。其后有谢家荣所著《中国的矿床时代与矿产区域》(1937）。中国的石油地质学研究开始于30年代。潘钟祥最早提出陆相生油的观点（1941）。50年代李四光、黄汲清、谢家荣先后根据构造和沉积理论,提出中国成油条件和油田分布规律，为油田的发现和开发作出了重要贡献。中国谢家荣在30年代提出了中国特有煤岩类型。在20世纪20～30年代,中国地质学家，如翁文灏、丁文江、李四光都对造山运动作了研究。李四光用地球自转速度变化解释地表大规模构造运动的成因，这是中国学者首次对全球构造作出自己的解释。李四光概括分析了东亚不同的构造型式和构造体系.在《中国地质学》专著中，进一步厘定了不同的构造体系及其形成机制,在40年代正式提出地质力学的学科体系及学术观点。50年代以后，地质力学在构造理论和矿山、油田构造应用方面都取得了重要的成果。40年代，黄汲清发表了关于中国主要构造单位的专著(1945），全面论述了中国的大地构造分区和构造发展史，提出多旋回造山观点，具有广泛的影响。张文佑50年代以断裂构造体系为指导，编制了第一幅1：400万中国大地构造图，其理论体系在80年代发展成为断块学说.在中国70年代尹赞勋和李春昱介绍和引进了板块构造学说。在黄汲清的指导下，任纪舜等结合板块构造观点编制了1:400万中国大地构造图.李春昱等以板块理论为指导，编制了1：800万亚洲大地构造图。80年代,张文佑以断块学说为主,吸收板块思想,编制了1：500万中国海陆大地构造图.1986年杨遵仪、程裕淇、王鸿祯合著《中国地质》，在系统论述地层和岩浆活动的基础上，以活动论板块观点和阶段论的观点解释了中国地质构造发展史。从70年代以来，中国地质学者积极参加了国际合作对比计划和岩石圈计划的学术活动,在青藏地质和前寒武纪地质的研究方面取得了重要成果，推动了中国地质科学与国际地质科学共同前进。2。1.3地质学思想中的革命地质学是以地球为研究对象的一门基础科学。它的任务是研究地球系统及其物质组成、内部构造、地质环境和地质作用，利用直接或间接的方法,通过对地质记录，无论是正的（有形的）或负的（缺失的）地质记录的观察、分析和对比,去重建地质体和地质作用在时空坐标系内的运动轨迹，以揭示在过去几十亿年的地质历史长河中发生在地球上的各种事件和物质运动的规律，包括有用元素的聚集和分散，为人类社会的可持续发展服务.人类的生存历史，归根结底，就是向自然界索取生产和生活资料的斗争史，而主要的斗争对象就是地球.这种斗争从人类出现的第一天起就开始了，迄今已有几百年的历史.但对地球的认识，却还留着太多的空白,还远没有达到自由王国的境地。科学的历史是由一系列科学思想的巨大变革构成的，每经历一次这样的变革，就意味着人类的认识向真理逼近了一步.美国科学史研究者ThomasKuhn（1962）将这种科学思想的重大变革称为科学革命。Kuhn断言，人类历史上曾多次出现这样的科学革命。一次科学革命并不是对历史的简单否定，而是新的发展和提高。20世纪中叶板块构造理论的出现一直被西方学者称为地学革命.但是，纵观地球科学的历史，它绝非地球科学历史上惟一的一次革命，更非人类对地球认识的终结。一、第一次地学革命———水火之争近代地质学涉及科学哲学的第一场大辩论发生在18世纪末期,即以德国学者AbrahamGottlobWerner（1749-1817年）为代表的“水成论”和以英国学者Jamesutton（1726—1797年）为代表的“火成论"的争论。“水成论”者认为，晶体只能从水溶液中沉淀出来，而熔岩只能固结为玻璃而不能结出晶体.因此，所有结晶的岩石,包括花岗岩和玄武岩都是从水体中沉淀出来的。玄武岩里既然有晶体，就不可能是由熔岩冷凝而成的.他们迷信Agricola（1494—1553年)的说法，认为火山喷发是地下煤层燃烧的结果.Werner学识渊博，口若悬河，在当时的地学界名噪一时。1775年，他受聘为德国萨克森州弗莱堡矿业学院的教授，但他的足迹却从未迈出过萨克森州。根据他的观察,他把当地的变质岩基底认定为原始大洋的第一期沉积物，并称之为“原生岩”,而将不整合在其上的块状灰岩、杂砂岩和板岩称为过渡岩（transitionrocks）.之后,海水退出，高地露出海面,低处沉积了含化石的砂页岩、白垩纪煤层,是为“层状层”，而最年轻的是一些覆盖在最上面的松散的砂砾石沉积，称为“洪积层”。他认为这是一个全球性的由海洋变为陆地的序列，是放之四海而皆准的.舍此而外，根本没有火成的岩石。Jamesutton是Werner的同代人，是一个农场主。早年学医，但终身未以行医为业。他酷爱地学，是爱丁堡大学科研集体中的一名积极分子.当时，圣经是最高的经典,创生论是不容置疑的真理。1785年，~utton发表了他的论文《地球论》，较系统地阐述了他的地球观。他坚信,自然界的有序性应当成为一切科学的基础,地球的历史，只能用我们现在看到的、并正在进行着的地质作用来解释。这就是后来由CharlesLyell加以进一步阐发、并统治地学界达一个多世纪的“均变论”，或欧洲学者所谓现实主义原理的理论基础。水火之争的公开论战是由水成论者挑起的，论战之初是学术思想之争。尽管Werner从者如云，但越来越多的事实证明，水成论是错误的。1751年，JeanGuettard访问了Puys附近的火山地貌，发现玄武岩覆盖在烧红的土壤层之上.1763年，NicolasDesmarest造访Auvergne火山时，发现黑色的柱状玄武岩覆盖在火山渣熔岩与焦土之上.他追踪上覆的玄武岩层，证实它是由火山口溢出的熔岩流.于是，Desmarest奉劝水成论者停止争论，到Auvergne火山实地去看一看。1783年前后，Werner的信徒们纷纷倒戈，连他的得意门生vonBuch，在访问了Auvergne之后也倒向了火成论一边。但是，水成论者并没有最后放下武器。宗教和政治始终像幽灵一样游荡在科学界.1793年，爱尔兰化学家RichardKirwan用Werner的理论诠释圣经，指责～utton为无神论者。Kirwan使用了历史上屡见不鲜的、用政治陷害压迫学术争论的卑劣手法。无神论在当时是不小的罪名，甚至可以致人死命。Hutton被迫奋起反击，将他的《地球论》一文扩展成两卷本的《地球论辨证》（TheoryoftheEarthwithProofsandIllustration），于1795年在爱丁堡出版.但该书文字枯涩,在学术界流传不广。两年后,Hutton含恨与世长辞，他未能见到火成论的最后胜利。Hutton去世后，Kirwan变本加厉，加紧了对Hutton的围剿.Hutton的挚友、爱丁堡大学数学系主任JohnPlayfair激于义愤,重新改写《地球论》，在1802年出版了《霍顿地球论例解》（IllustrationofHuttonianTheoryoftheEarth)。该书文采横溢,使霍顿的思想大放异彩,成为向唯心主义战斗的有力武器。Hutton去世8年后，水成论日薄西山，退出历史舞台。水火之争不仅是一场有关地球观的斗争，而且也是一场涉及神学和宗教的争论.水成论者诚然是失败了，以“将今论古"为旗帜的“均变论”一下子占了上风，地质学因此而取得了长足的进展。但宗教尤其是圣经的影响，并未销声匿迹。1812年，法国古生物学权威GeorgesCuvier（1769-1832年）在为一部古生物文集所写的序言中提出了他的地球观.他认为，有史以来,陆地曾多次为海水或洪水所淹没.这些海水入侵或洪水泛滥事件都是突发性的,因此是一种灾变。地球生物因此曾多次发生灭绝。既然有生物的灭绝,就必然有上帝的创生，而地层序列中化石出现的次序，由鱼类到两栖类再到爬行类以至哺乳类，也与上帝创生的次序一致.Cuvier的观点立即得到当时英国地质界的广泛认同和支持。他们对摩西洪水坚信不疑，并认为地质历史可以按照摩西洪水分为洪水前和洪水后两个不同的时期。Hutton的信徒们刚刚从水火之争的战场上凯旋而归,又不得不面对灾变论的挑战。在这一场捍卫均变论的战斗中，CharlesLyell（1797—1875年）是高举大纛的旗手.Lyell于1797年，亦即~utton去世的那一年生于苏格兰，1816-1819年在剑桥大学攻读法律，但他对法律缺乏兴趣。却对WilliamBuckland的地质学课程情有独钟。他几乎把所有的时间都献给了地质学，Lyell所受的地质教育并没有也不可能超出洪水说和创生论的范畴。但野外的事实告诉他，那些以宗教为依归的地球论都是没有根据的。早在1827年,Lyell就打算写一本书向宗教的地球观挑战。他于1828年动笔，1830年完成第一卷,书名为《地质学原理》，并以“以将今论古解释地球表面变化的一种尝试”为副题（PrinciplesofGeology,BeinganAttempttoExplaintheFormerChangesoftheEarth’ssurfacebyReferencetoCausesNowin0peration)。接着,他于1832年出版了第二卷.1833年，该书的第三卷问世.除于1831—1833年间短期受聘担任新建的伦敦皇家学院地质系主任外，Lyell毕生致力于地质研究和修订《地质学原理》一书。该书在Lyell生前出版过十一版，在地球科学历史上是空前的。在这一巨著中，Lyell完全摒弃了神创论，深刻地论述了均变论“将今论古”的思想，强调地球表面在历史上发生的种种变化，完全可以也只能用当代人类所见到的作用和过程来进行解释.自地球有史以来,基本的物理和化学的规律是永恒不变的。Lyell不愧为一位伟大的科学家,他的科学思想和探索精神都是超时代的。尽管Hutton在他之前已经奠定了均变论的基础，但对创生论的批判，Lyell是第一人.恩格斯说“Lyell第一次把理性带进了地质学”绝非过誉［7]。但不幸的是，Lyell多迈了一步。他正确地阐明了物理和化学规律的普遍意义,却错误地认为，在漫长的历史长河中,这些物理和化学过程在质和量上都是不变的。正因为如此，他在否定神创论的同时，也错误地否定了地质历史上存在自然灾变事件的可能性。Lyell战胜了神创论，他自己却变成了神。从此,“灾变”一词在地质学里成为禁区，再也无人敢越雷池一步。Lyell的思想极大地影响了CharlesDarwin（1809—1882年）,又因Darwin在生物学上的重大发现而升华到更高的境界。Lyell是Darwin的师辈,但在反对唯心主义的共同斗争中，又是志同道合的战友.Darwin的《物种起源》首版问世的时候,Lyell已经62岁，但他还是毫不犹豫地按照Darwin的思想修改了《地质学原理》关于人类起源的部分。经过几十年的论争,人们对地球、地球历史和地质作用终于有了一个比较正确的认识，那就是由Hutton首创,Lyell和Darwin发展完成的“均变论".WilliamWhewill（1937）正式称之为Uniformitanrianism，它有多种表达方式,但以Gaikie（1905）的表达方式最为生动而简捷:thepresentisthekeytothepast，即“将今论古”的思想。这是人类认识史上最重要、也是最有意义的一次科学思想的变革，它是科学对神学的胜利，是唯物主义对唯心主义的胜利，是锐意创新对因循守旧的胜利。如果说地球科学史上真曾有过地学革命的话，水火之争及随后对神创论的批判无疑是第一次，而且也是最重要的一次.它肯定了地球科学作为一门观察性科学的基本特性,强调了地质观察的重要性;它肯定了基本的物理规律和化学规律的普遍性，强调了利用这些规律去解释地质现象的必要性；它肯定了自然界的有序性和连续性，强调了以“将今论古"为核心的比较地质学方法的深远意义；它奠定了现代地质学的认识论和方法论基础.二、第二次地学革命——-板块构造理论的兴起革命成功了，“均变论”成了公认的地球科学的理论基础和思想路线,地球科学界一下子平静下来。以新思想为指导的地质观察不断地为人类的知识宝库添砖加瓦。古生物学、矿物学、地层学、岩石学、构造地质学、矿床学等都取得了重大的进展，新的地学王国一片歌舞升平。几乎没有人质疑“均变论"的认识逻辑有何不妥，或在漫长的历史长河中，地质作用是否有过量或质的变化。也没有人思考,倒下的敌人手中的武器是否可以用来武装自己,灾变的思想是否还有可取之处。然而，科学本身的发展规律是不可抗拒的，正是在这一片歌舞升平中，一场新的地学革命已经开始孕育了。均变的思想从逻辑上必然导致固定论。固定论并不否认地球的演化，但它坚信，这种演化是按照一个固定的模式、沿着一条固定的轨迹进行的.既没有质的，也没有量的变化.既然是将今论古，那么，当代看不到的，就是历史上不存在的。这种僵化的逻辑就是那个新王朝的“道”.一切离经叛道的观点和想法，都是错误的。就这样,Lyell的继承者们逐渐抛弃了Lyell和Darwin思想的活的灵魂,披上了卫道士的外衣，站到了科学发展的对立面。1859年，美国古生物学家JamesHall在研究阿帕拉契亚山脉的古生代地层时发现,其厚度竟达12km,几乎是中部地台同期沉积物的20倍。1873年，Dana将这种长期沉降、充填了巨厚的“浅水”沉积物的巨型凹陷称为“地槽"（geosynclinals，后改为geosyncline）。Hall认为，地壳的沉降是沉积物的负荷不断增加的结果。但是，按照均衡论的计算，沉积物的负荷根本无法导致如此巨大的沉积空间。因此,Dana提出与之相反的观点，认为地壳的沉降为沉积物的堆积提供了空间,地槽在本质上是一个为“浅水”沉积物所填满了的构造坳陷，是地壳挤压作用的结果。然而,Hall和Dana有一个基本的共同点，即认为地槽沉积物都是浅水成因的，陆地上根本没有，也不可能有深水沉积物。这就是地槽论的北美学派。在欧亚大陆与冈瓦纳大陆之间，是一个巨大而复杂的造山带，即Suess所说的特提斯(Tethys).它分为南北两支，北支包括阿尔卑斯、喀尔巴千、高加索、厄尔布尔士和兴都库什山脉；南支包括阿特拉斯、亚平宁、第纳列克、阿尔卑斯、塔鲁斯、扎格鲁斯和喜马拉雅山脉.当地槽论传到欧洲的时候，Suess等一批欧洲地质学家正在研究阿尔卑斯地质，阿尔卑斯具有地槽的一切基本特征.但是，这些欧洲才俊很快就发现,他们很难苟同Hall和Dana的意见。Suess发现，相当多的地槽沉积绝非浅水沉积。即使不是深水相,至少也是远离陆地的沉积物，因此，他首先提出“远洋相”（pelagic）一词.Neumayr将阿尔卑斯山晚侏罗世和早白垩世的放射虫燧石岩与赤道太平洋和印度洋的放射虫软泥比较，认为是同样的东西，因此是从深海底升上来的.1900年，Haug出版了他的名著《地槽与大陆》。在这一著作中，Haug强调，地槽沉积是浅海稳定陆架沉积的相应的深水相，除了放射虫燧石外,笔石页岩、posidonomia页岩和菊石双瓣颚页岩都属于深水相。1905年，Steinmann进一步提出，放射虫岩、绿岩和蛇纹岩是典型的深水组合。这就是后来Bailey（1935）所称的“Steinmann三位一体”。在地槽与造山运动的关系上，虽然Dana与Hall在造山营力的形式问题上存着分歧，但都同意古代的地槽就是地球上的造山带。地槽造山运动包括初期的沉降和晚期的上升，都是一种垂直运动。地槽是造山运动的前提.在尔后的数十年中，地槽论者一直都把这一思想视为地槽论的基础和信条。WHBucher（1933）曾用“定律”一词来强调这一思想的重要性。“定律20:典型的造山旋回始于地槽的沉陷，终于一次重要的隆升。其间又分为两个阶段：第一阶段为稳定沉降阶段，仅偶尔为隆升所间断；第二阶段为地槽褶皱时期，其间穿插着日趋减弱的地槽沉降作用"。这一思想在欧洲遭到了Suess的反对。他发现，山系的沉积物并不一定是地槽型的，而地槽型的远洋沉积在稳定地台上也不罕见。于是Suess得出结论，地槽与造山带是两个不同的概念，把地槽当作未来的造山带缺乏根据。不幸的是,Suess这一大胆的挑战并未得到他的欧洲同行的支持，具有讽刺意义的是，倒是大洋彼岸的一些美国学者站到了他的一边。阿尔卑斯学派与正统地槽论者的另一个分歧是，在地槽的发育过程中是否存在大规模的水平运动.早在1841年，Eschervanderlinth（1807-1872年）就发现了西阿尔卑斯的大型推覆体。与正统的地槽论者相反，他们认为大规模水平运动是造山带形成的基本动力，这一思想后来演变成大陆漂移说，并成为活动论的生长点.这是活动论向固定论的第一次公开挑战。这一场争论虽然随着时代的进步而不再那么惨，但仍然关系到每一位科学家的前途和荣辱.许多人在激烈的论争面前，为了不得罪权威的一方,宁可对事实三缄其口。Neumayr是一位非常勇敢的科学家。他认为阿尔卑斯上侏罗统和下白垩统的放射虫燧石岩完全可以与赤道太平洋和印度洋的放射虫软泥相对比，巴巴多斯的始新世软泥是从深海底升上来的，许多欧洲地质学家持有同样的观点.当时，“挑战者”号刚刚从太平洋和印度洋回来，取回了许多放射虫软泥的样品.Murray一下子成了深海沉积的大权威,一些阿尔卑斯地质学家把陆上的放射虫燧石岩送给他鉴定，希望从他那里得到支持。尽管这些样品与深海放射虫软泥十分相似，但Murray却说，除了马尔他的灰岩样品外，没有一块样品是与深海沉积物相同的.即使像Walther那样在科学领域内极富创造性的学术权威，也强调远洋沉积并无深度的含义，不敢断言这些沉积物属于深海沉积。正统地槽学说在前苏联得到了迅速的发展,并在20世纪的50-60年代达到鼎盛时期。欧洲地槽学派趋向式微，所有的地球科学分支都以地槽论的科学哲学为依归。在这一时期，出现了一大批具有代表性的著作，如Kay的《北美地槽》（1951），Belousov的《大地构造基本问题》（1962)，Shatski的《古陆台比较大地构造学》（1960）等。1959年，苏联大地构造学家Hain发表“地槽学说一百年”，总结地槽论的发展历史，再次肯定了地槽论在地球科学界的正统地位。但是，地槽论的问题并未因为这些歌功颂德而减少分毫。研究发现，世界上那么多地槽或造山带，竟没有哪两个是完全相同的.为了表示它们的区别,五花八门的地槽术语纷纷出笼，令人目不暇接，什么硅铝地槽、硅镁地槽、优地槽、冒地槽、准地槽、深地槽、薄积地槽、裂谷地槽、地堑地槽、平原地槽,如此等等，不一而足.几乎每一条山脉都要有一个专门的名称来加以描述。地槽作为一个概括性的科学概念的功能尽失，而地槽论面对的两个最基本的问题—地槽究竟是什么，当代的地槽在哪里,却依然扑朔迷离。固定论者坚信，地球是按照“均变论”及由此衍生出来的“地槽论”所描绘的模式发展和演化的。海陆的位置从来也没有改变过。并非所有的人都愿意按照指挥棒跳舞。科学问题从来都不会是由一家永远垄断的.科学的革命往往发端于离经叛道的“异端邪说"（paradox)。早在1620年,FrancisBacon就注意到了大西洋两岸岸线的相似性.EdwardForbes从生物学的角度认为，，海陆固定论无法解释某些动植物的洲际迁移。AntonioSnider早在1855年,亦即在地槽论出世以前就编过两张石炭纪的古地理图，将南美洲和非洲拼接成一个大陆，北与欧亚大陆相连，以解释欧美大陆之间石炭纪煤系地层植物化石的一致性。20世纪初,一些地质学家和非地质学家联手打出“大陆漂移”的旗帜.1908年,美国学者Taylor在他的一本油印小册子里提出，当代大陆的分布是“大陆从两极向赤道方向滑移的结果"，而山脉是大陆漂移过程中受到阻抗而形成的。奥地利气象学家AlfredLotherWegener（1880—1930年）也提出了类似的、但更系统的大陆漂移的思想。Wegener认为,现代海陆分布是古大陆破裂、漂移的结果。在石炭纪时，劳亚古陆与冈瓦纳古陆是连成一体的，称为泛大陆(Pangaea）。根据石炭纪、二叠纪冰碛物的分布，Wegener认为，石炭纪时,南非岸外是在南极的位置上；泛大陆在中生代时发生破裂和漂移，北美大陆向西，格陵兰最后离开原地更新世时，作为古大陆肢解最后产物的大西洋形成。至此,各大陆基本上抵达现在的位置。Wegener将各大陆从两极向赤道的漂移称为“极移"，并认为大陆漂移的动力是地球赤道膨胀所引起的重力作用。除了向赤道的漂移外，大陆还要因为地球的自转而向西漂移。北美大陆在向西漂移的过程中因来自太平洋的阻力而形成西部山脉。Wegener的假说遭到了正统地槽论者的强烈反对和无情批判。一些地球物理学家认为，无论是大陆的极移抑或向西漂移都是不可能的。Beloussov（1962）断言，“这一假说是完全没有根据和虚妄的"。尽管后来的研究,特别是古地磁的研究，证实了大陆漂移的存在，但Wegener的假说却一直被视为离经叛道的异端邪说。Wegener于1915年出版《海陆的起源》，在地学界掀起巨浪，但在传统势力的围剿下很快就销声匿迹了。“大陆漂移说"虽然未获地学界的承认,但它毕竟在固定论的一统天下里点燃了一把圣火.40年后，板块构造理论问世，固定论寿终正寝。尽管板块构造与大陆漂移说相距甚远，但在地学科学思维的演变长河中，“大陆漂移说”是功不可没的。普林斯顿大学教授HarryHess在二次大战时是美国太平洋舰队“约翰逊"号运输舰上的一名下级军官.他多次横越太平洋，并从旁侧声纳的记录上发现了许多海底平顶山,这就是后来所谓的盖奥特。战后，美国接受二次大战的教训，加强了海底地形和海洋地质的研究,发现海底并非像原来想象的那么平坦，而是一幅山峦起伏、沟壑纵横的复杂图景.其中尤以绵延万里的大洋中脊最为壮观.上世纪50年代初期正是美国经济的黄金时期。政府投入大量资金开展自然科学的基础研究。Hess决心一探地球深部的奥秘。先后发起“莫霍孔计划”（MOHOLE）和“长岩心计划”（LOCO）。失败后，又于1964年发起“地球深部取样联合海洋机构"(JOIDES)，并于1966年开始执行“深海钻探计划"（DSDP）.在这一过程中，Hess继续从事海底地形的研究,并对大洋中脊发生了极大的兴趣.1962年，他在“洋盆的历史"一文中,首次提出海底扩张的思想.Dietz（1961）几乎同时提出了类似的主张。按照海底扩张的思想，大洋中脊是热流上升的地方，地幔对流带来的热量足以引起地幔的局部熔化，液态的熔化物质推开地表喷溢而出，就形成大洋中脊和海底山。因此，大洋中脊就是海底扩张之处。同年，剑桥大学的博士生FredVine参加了大西洋的地磁调查。翌年，Vine与他的导师Mathews共同发表了关于大西洋中脊两侧磁异常条带的论文。早在1909年，法国地球物理学家Brunhes就发现了磁极倒转的现象。20年后，松山（Matuyama）在日本发现了同样的现象。Vine发现在大洋中脊两侧有极性正反更迭的磁异常条带，与中脊的方向平行，乃是海底扩张的最有力的证据。1965年，加拿大多伦多大学教授JTuzoWilson提出了转换断层的思想[18］，并与Vine联手解释胡安·德富卡中脊地区的磁异常，进一步证实了海底扩张。1967年，普林斯顿大学的WJasonMorgan提出板块构造理论，剑桥大学的DPMckenzie和斯克里普斯海洋研究所的RLParker亦联名发表文章，提出了相似的思想.DSDP设计了多个航次，用钻探来验证海底扩张和板块构造学说,都取得了巨大的成功。尤其是南大西洋的第三航次，证实了磁异常的倒转和海底的扩张.海底扩张和板块构造理论从活动论的角度重新解释地质历史，数年之内，完成了地球科学哲学从固定论到活动论的转变,统治地学界达百余年之久的地槽论土崩瓦解，这就是地学界有口皆碑的地学革命。在人类的认识史上，这应当是第二次认识论的革命。第一次地学革命即水火之争，是唯物主义对唯心主义的胜利。第二次革命即板块构造理论的兴起，是活动论对固定论的胜利，也是海陆统一的地球观对狭隘的陆地地球观的胜利。不管板块构造理论本身存在多少问题，它在地球科学认识史上的地位是毋庸置疑的.三、新的地学革命但是，板块理论绝非人类认识自然过程的终结。人类对自然界的认识还远远没有达到自由王国的境地.人们不禁要问,板块理论之后是什么呢?科学家不是算命先生，但科学没有预见就失去了生命力。板块理论仍处于新王朝的鼎盛时期。但是,地球科学家的探索领域已经超出板块构造理论的范围则是不争的事实。白垩纪末期生物大灭绝的现象，早在Lyell时代就已发现了。当时，Darwin为了捍卫“均变论",用间断来解释K／T界线上下生物群的突然变化.但是，自从有了放射性测年技术后，所有的资料都证明，Darwin的解释是错误的,界线上下并无大的间断。它向人们揭示,地质历史上确曾有过一些在极短时间内引起地质环境发生剧烈变化的地质事件。简单地否定这种灾变性事件，是均变论的一个历史性的错误。恐龙灭绝一直是地质历史上的一个谜。早在20世纪50年代，就有人提出恐龙的灭绝与地外星体撞击地球所引起的灾难性后果有关。至60年代,又在白垩纪和第三纪的界线黏土中，发现了铱和其他贵金属元素的异常，证实了地外星体撞击事件的存在，并从理论上肯定了灾变性地质事件在地球历史演化进程中的重要意义。天文学家更证实,那种被地质学家视为灾变的天外来客事件，在天文学家眼里，只不过是一种平常的均变事件，只是观察问题的参照系和时间尺度不同罢了.地球，作为太阳系的一分子,本来就是宇宙的一部分。宇宙的发展和变化，不能不对地球这颗行星上的地质作用及其产物产生影响。由于科学技术和思想方法的局限性，人类对宇宙作用引起的地质效应还一无所知.除了界线事件及其引起的生物大灭绝外，还有哪些地质作用和地质现象是与宇宙过程有关的呢？界线事件的发现导致了事件地质学和新灾变论的兴起，也激起了人们从宇宙这个大参照系出发研究地质过程的兴趣。宇宙地质学有可能引起地球科学哲学的重大变革,从而引起一场新的地学革命。历史不会是简单的重复。新的地学革命将不再表现为一种学说对另一种学说的替代，而将更多地表现为思想体系和思想方法的进步，并显示多学科综合和系统论的特点。观察问题的参照系和时间尺度的变化无疑具有深远的意义，但思想方法的转变也是不容忽视的。近一二十年内,全球变化的思想风靡于地学界。当全球变化这一概念刚刚出现的时候，它的关注焦点是工业革命以来由于人类活动破坏了地球的二氧化碳平衡而导致的气候变化.大量二氧化碳逸入大气圈，由此引起的温室效应使地球上的气温逐渐升高,两极的冰盖融化,海平面相应上升，沿海低地被淹没，海陆灾害频发，从而直接威胁到人类的生存。这是一个牵一发而动全身的连锁反应。事实上，自然界发生的地质作用都不是孤立的。对于地球这样一个由多个层圈组成的统一的物质系统，一次大的地质事件发生后,都会引起一系列一环扣一环的连锁反应，促使整个系统发生调整，以建立新的平衡。白垩纪末期事件就是一个很好的例子.从65Ma前那一颗地外星体撞击地球的一刹那开始，就引发了地质环境的一系列变化。最先是撞击作用激起的尘埃直上同温层，遮蔽了太阳辐射，引起地球上的“核冬天”.接着是海洋微生物，尤其是藻类的死亡切断了海洋生物的食物链,并破坏了水气之间的二氧化碳平衡。大量二氧化碳进入大气圈引起温室效应,地球的气温又急剧升高。与此同时，海平面上升、森林大火、酸雨及其他自然灾害日益加剧，地球生态环境不断恶化，终于导致恐龙及其他海洋和陆地生物的大灭绝。真是“一石激起千层浪”。这就是近二十年来风靡地学界的白垩纪末期事件。从任何一种意义而言,这都是一种全球变化.，全球变化从任何意义上说，都是一种地质过程，而现代是历史的继续,因此，历史的观点是地质学的灵魂，全球变化的研究不能离开地质历史，尤其是第四纪以来的地质历史。“将今论古”固然重要，“以古推今”也不能忽视.因此，把全球变化理解为挽近地质时期的一种现象是不全面的。全球变化是古往今来物质运动的一个基本规律,是处于动态平衡状态的物质系统的一种基本属性，是放之四海而皆准的。全球变化这一科学哲学的提出无疑是人类地球观和思想路线的进步。在新的地学革命中有着十分重要的意义.但是,迄今为止，我们对它的运动形式了解得还很不够。有鉴于此，新的地学革命将不仅仅是某一地学理论的更新，而更将是人类在地球观和方法论的一些基本问题上向真理的进一步逼近。2.2地球科学中的海洋学2.2。1什么是海洋学海洋科学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及与开发利用海洋有关的知识体系。它的研究对象是占地球表面71％的海洋，包括海水、溶解和悬浮于海水中的物质、海洋中的生物、海底沉积和海底岩石圈，以及海面上的大气边界层和河口\t"_blank”化学元素超出80种.组成海水的化学元素,除了构成水的氢和氧以外，绝大部分呈离子状态，主要有HYPERLINK”/view/39151。htm"\t”_blank"氯、\t"_blank”镁、HYPERLINK”http：///view/39160。htm"\t”_blank"硫、HYPERLINK”http：///view/39101.htm"钙、HYPERLINK”/view/4261.htm”\t”_blank"钾、_blank”溴、_blank”碳、HYPERLINK”/view/38873.htm"\t”_blank"锶、HYPERLINK”http：///view/20686.htm”硼、\t”_blank"氟等11种,它们占海水中全部溶解元素含量的99％；其余的元素含量甚微，称为海水微量元素。溶解于海水中的氧、二氧化碳等气体,以及磷、氮、硅等营养盐元素，对海洋生物的生存极为重要.海水中的溶解物质不仅影响着海水的物理化学特征,而且也为海洋生物提供了营养物质和生态环境。海洋对于生命具有特别重要的意义。海水中主要元素的含量和组成，与许多低等动物的体液几乎一致，而一些陆地高等动物,甚至人的血清所含的元素成分也与海水类似。研究证明，地球上的生命起源于海洋，而且绝大多数的动物生活在海洋中。在陆地上，生物集中栖息在地表上下数十米的范围内,可是在海洋中，生物栖息范围可深达一万米.因此，研究生命起源的学者把海洋称作“生命的摇篮"。海洋作为地球水圈的重要组成部分,同大气圈、岩石圈以及生物圈相互依存,相互作用，成为控制地球表面的环境和生命特征的一个基本环节。由于水具有很高的热容量，因此世界海洋是大气中水汽和热量的重要来源，并参与整个地表物质和能量平衡过程，成为地球上太阳辐射能的一个巨大的储存器。在同一纬度上，由于海陆反射率的固有差异,海面单位面积所吸收的太阳辐射能约比陆地多25～50％。因此，全球大洋表层海水的年平均温度要比全球陆地上的平均温度约高10℃由于太阳辐射能在地球表面上分布的固有差异，赤道附近的水温显著地高于高纬度海区，因此，在海洋中导致暖流从赤道流向高纬度、寒流从高纬度流向赤道的大尺度循环。从而引起能量重新分布，使得赤道地区和两极的气候不致过分悬殊。海面蒸发产生的大量水汽，可被大气环流及其他局部空气运动携带至数千公里以外，重新凝结成雨雪降落到所有大陆的表面，成为地球表面淡水的源泉。由此可见，海洋对全球天气和气候的形成，以至地球表面形态的塑造都有深远的影响。海洋中的动物约16～20万种，植物一万多种.海洋中的生物，如同整个生物圈中的生物一样，绝大多数直接地或间接地依赖于光合作用而生存。海洋生物由海洋光合植物、食植性动物和食肉性动物逐级依赖和制约,组成了海洋食物链。海洋作为一个物理系统,其中发生着各种不同类型和不同深度的海水运动和过程，对于海洋中的生物、化学和地质过程有着显著的影响。海水运动按其成因,大致分为：海水密度变化产生的“热盐”运动,如海面蒸发、冷却和结冰，以及海水混合等;海面风应力驱动形成的风生运动，如风海流和风生环流等；天体引力作用产生的潮汐运动；海水运动速度切变产生的湍流运动；各种扰动产生的波动，如风浪、惯性波和行星波等。海洋是生物的生存环境，海水运动等物理过程会导致生物环境的改变。因此，不同的流系、水团具有不同的生物区系和不同的生物群落。海水运动或波动是海洋中的溶解物质、悬浮物和海底沉积物搬运的重要动力因素,因此，海洋中化学元素的分布和海洋沉积，以及海岸地貌的塑造过程都是不能脱离海洋动力环境的。反过来，海水的运动状况也与特定的地理环境、化学环境有关。这就是海洋自然环境的统一性的具体表现.大洋地壳作为全球地壳的一个结构单元，具有不同于大陆地壳的一系列特点.陆壳较轻、较厚,比较古老；洋壳较重、较薄(缺失花岗岩层),相对年轻。在地壳的均衡作用下,陆壳质轻而浮起，洋壳质重而深陷。地球之所以存在着如此深广的海洋,是与洋壳的物质组成有关的.由于海水的覆盖，海底地壳是难以直接观察的。近半个世纪以来，深海考察发现了海洋中有深度超过万米的海沟,长达上千公里的断裂带以及众多的海山：而给人印象最深的是存在着一条环绕全球、纵贯大洋盆地、延伸达80000公里的水下山脉体系。这条水下山脉纵贯大西洋和印度洋的洋盆中部,所以称为大洋中脊.在大洋中脊顶部发育有一条被断裂带错开的纵向的大裂谷,称为中央裂谷。20世纪70年代以来，海洋学者乘坐潜水器考察大洋中脊和裂谷,发现从裂谷底喷涌出来的热泉。原来，冷海水沿裂隙渗入炽热的新生洋壳内部,变成热海水，热海水和洋壳玄武岩之间发生强烈的化学反应。玄武岩中的铁、锰、铜、锌等被淋滤出来进入热海水,从而喷出富含金属的热泉.由河流带入海洋中的镁、硫酸根，在上述过程中也大部分被中脊轴部的洋壳所吸收.据估计,沿着八万公里长的大洋中脊只需800～1000万年，与世界海洋等量的海水就可以经过脊轴洋壳循环一遍.这对于海水化学成分的演化，产生了十分深远的影响。总之，海洋中发生的各种自然过程，在不同程度上同大气圈、岩石圈和生物圈都有耦合关系，并且同全球构造运动以及某些天文因素密切相关,这些自然过程本身也相互制约，彼此间通过各种形式的物质和能量循环结合在一起，构成一个具有全球规模的、多层次的海洋自然系统。正是这样一个系统，决定着海洋中各种过程的存在条件，制约着它们的发展方向。海洋科学研究的目的，就在于通过观察、实验、比较、分析、综合、归纳、解释以及科学抽象方法，去揭示这个系统的结构和功能,认识海洋中各种自然现象和过程的发展规律,并利用这些规律为人类服务。2.2。2海洋学的发展历史人类认识海洋的历史，是在_blank”沿海地区和海上从事生产活动开始的.古代人类已具有关于海洋的一些地理知识。但直到19世纪70年代，英国皇家学会组织的“挑战者”号完成首次环球海洋科学考察之后，海洋学才开始逐渐形成为一门独立的学科。20世纪50～60年代以后，海洋学获得大发展，形成为一门综合性很强的海洋科学。从古代到18世纪末是海洋知识的积累时期,也是海洋学萌芽时期。在科学不发达的古代，人们对海洋自然现象的认识和探索，主要依靠很不充分的观察和简单的逻辑推理.虽然当时只限于直观地、笼统地把握海洋的一些性质，但也提出了不少精彩的见解。例如，公元前7～前6世纪\t”_blank"古希腊的HYPERLINK”http：///view/5781。htm"\t"_blank”泰勒斯认为,水是万物的本源，而大地则浮在浩瀚无际的海洋之中。公元前11～前6世纪中国的《诗经》中,已有江河“朝宗于海"的记载.公元前四世纪，古希腊思想家中知识最渊博的\t"_blank”亚里士多德在《动物志》中，已描述和记载170多种HYPERLINK”http：///view/5183。htm"\t”_blank”爱琴海的动物.公元一世纪，中国东汉_blank"王充曾科学地指出了潮汐运动和月亮运行的对应关系。从15世纪到18世纪末，自然科学和航海事业的发展，促进了海洋知识的积累.这时的海洋知识以远航探险等活动所记述的全球海陆分布和海洋自然地理概况为主。1405～1433年中国明朝\t”_blank"郑和率领船队七次横渡印度洋；1492～1504年意大利HYPERLINK”http：///view/957843。htm”\t”_blank"航海家大西洋，并到达_blank"美洲；1519～1522年HYPERLINK”/view/3572.htm”\t”_blank”葡萄牙航海家麦哲伦等完成了人类历史上第一次环球航行;1768～1779年http：///view/63958.htm"库克在海洋探险中最早进行科学考察,取得了第一批关于大洋表层水温、海流和海深以及珊瑚礁等资料。这些活动和成果，不仅使人们弄清了地球的形状和海陆分布的大体形势，而且直接推动了近代自然科学的发展，为海洋学各个主要分支学科的形成奠定了基础。如1670年英国玻意耳研究海水含盐量和海水密度的变化关系，开创了海洋化学研究；1674年_blank”荷兰列文虎克在荷兰海域最先发现原生动物；1687年，英国\t”_blank"贝努利提出潮汐静力学理论；1772年\t"_blank”法国拉瓦锡首先测定海水成分;1775年法国拉普拉斯首创大洋潮汐动力学理论，等等。19世纪初到20世纪中，机器大工业的产生和发展,有力地促进了海洋学的建立和发展。英国科学家、\t”_blank”生物进化论的创始人HYPERLINK”/view/6739.htm”\t”_blank"达尔文在