地质课件.ppt

1、黄定华 中国地质大学（武汉） 地球生物学系,普通地质学绪论,Physical Geology,引子,在太阳系中，有一颗最美丽的行星蓝色的地球,地质学是研究地球的主要学科之一,地质学的主要任务，是研究 地球的起源，组成，运动和演化,理由一：人类生存的需要,人类进入21世纪面临的主要问题： 需要居住在一个宽敞的地球上（人口） 需要居住在一个清洁的地球上（环境） 需要居住在一个安全的地球上（灾害） 需要居住在一个富裕的地球上（资源）,理由二：人类探索的需要,现代自然科学的四大问题： 相对论的局域性与量子力学的全域性的不协调问题； 遗传与进化的统一问题； 脑知结构和本质问题； 宇宙、物质和生命三大起源

2、问题。,普通地质学介绍“普通的”地质过程、事件、产物及其产生的原因动力作用。,Physical Geology,秒分天年百年万年百万年十亿年Log(s),地质过程的特征：漫长，广袤，复杂,地球的演化与生命的起源,地球从形成到今天已经有46亿年。若以46亿年比作人类的一年，那么在这“一年”中，,地球形成于一年肇始的1月初；,地壳于2月凝结（38亿年前）；,原古海洋在3月产生；,最早的生命诞生于4月，但它们留下化石则已是5月间了；,12月中旬时，恐龙成为当时地球上的主宰；,灵长类的踪迹晚至12月26日才出现；,作为一代天骄的人类历史，如以300万年计，则直到12月31日“傍晚”的“6点24分”，方

3、才姗姗来迟。但却恰好赶在“除夕”之夜的新闻联播之前，成为这一“年”内最具爆炸性的新闻,如果从最早的人类开始算起，可以把上下5千年的中华民族历史延长600倍；如果从地球肇始的46亿年开始，可以把从猿到人的演变过程操练1500遍。,46亿年有多长？,决定地质过程的三大因素,一支永不停留的时间之矢 一个容微纳巨的空间舞台 无数相互制约的影响参数,地质学家看问题的视角与众不同：,神学家向“上”看 经济学家向“前”看 地质学家必须向“下”和向“后”看,生存的科学，无尽的魅力,你在阅读居维叶的地质学著作时，是否曾投身于无限广阔的时间和空间里？被他的天才所指引，你是否曾像被一只魔术师的手托住那样，飞越一个无

4、边无际的过去的深渊。拜伦诚然用文字描述了人类精神的激动状态；但是，我们不朽的科学家却用白骨重建了各个时代的世界，像卡谟那样，他用牙齿重新建筑了城市，用煤块复原了隐蔽整个动物学秘密的千万座森林，而且从一只巨大毛象的脚，重新找到了巨兽群生活的痕迹。这些形象都一一站立起来，逐渐变大，和谐地布满了与它们身躯相适应的各个地域。 巴尔扎克,巴尔扎克的一段叙述，已突出显示了地质学的基本特征和特殊任务，那就是：用过去遗留下来的地学证据，来研究过去发生的地球事件，以恢复过去的地质过程。 问题在于，当事件在过去发生时，我们“不在现场”，未能亲历亲见；而遗留下来的证据，多经受了时间的改造和破坏，早已残缺不全；影响事

5、件和过程的主要因素，又往往各式各样，有多种可能。因此，地学家面临的任务和解决问题的条件，常常和福尔摩斯、波洛接手的案件一样，需要绞尽脑汁，还时常没有答案。,地质学的基本原理：将今论古,但地学家并非束手无策。19世纪初期，达尔文的好友、英国地质学家莱伊尔（Charles Lyell,1797-1875）想出了一个办法，认为可以通过观测现在正在进行的地质事件，来研究过去曾经发生的地质过程，也就是“将今论古”。,“The present s the key to the past.”,其理由有三：,改变地球面貌的自然力量在全部地质历史上就性质和强度而言都是相同的； 这些改变地球面貌的自然力量作用虽然

6、缓慢，却从不间断； 正是这些力量缓慢地、然而不间断地累积作用，才导致了地球面貌的巨大改变。,有此三点，莱伊尔推断现在的地质过程和过去的地质过程在性质上是一致的，即使有些许速率和强度的差异，也不致造成“将今论古”时的推断错误。,依据自然过程的重演律: “胚胎的发育与生物的进化” 历史分析与现实对比的原则,莱伊尔提出的三点理由只强调了地质作用的同一性和渐变性，忽略了地质作用的趋异性和突变性。今天发生的地质过程和过去有相似之处，但绝非雷同，甚至可以完全不同。不能断然就把今天的地质产物和过去的地质记录划上等号。比如在距今4亿年前的泥盆纪时，总鳍鱼正在试图从水中爬上陆地来生活，今天总鳍鱼却只有在深海里才

7、悠哉游哉。可见将今论古原理像一把双刃剑，它在帮助我们刺穿隔离时空的地质纬幕之际，也容易误伤了自己。,1 我们怎样切入？,教学,地球：两部发动机驱动的系统,地球从太阳吸收的能量每年大约为4.21024 焦耳，超过地球上全部煤炭储量完全燃烧后所能够获得的热能的300倍。其中1/3左右的能量被大气圈和地球表面反射掉，并直接分散到宇宙空间中去。剩下的2/3被地球表层系统吸收，再以各种方式转化为地球演化所需的能源。,地球外部能量来源,伴随着水的三态循环，地球表层贮集了从太阳能中获取并转换形成的各种不可再生资源和能源，构成了外力地质作用的主要过程。,地球内部热能的来源问题尚无定论。一般认为，由岩石中放射性

8、元素衰变释放的热是地热的主要来源。这种热能据估算可以达到每年2.141021焦耳。其次，因地球本身的重力作用过程也可以转化出大量热能，其总热量可能十分接近于放射性热能。此外，地球自转的动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生大量热能。,地球内部能量来源,在板块运动的主导作用下，地球内部进行着此起彼伏的岩浆活动和变质作用，控制着全部的地内过程，影响着几乎所有的外部过程,地球内部的主导过程是板块运动,地球系统的概念模型,地球动力系统的概念模型,对这些事件和过程，除了可以按照时间分类的方法将它们划分为长期过程和短期过程外，在地质学中，更多的时候我们还按照动力来源的不同，而将其划分为外动力过程和内

9、动力过程。,外动力地质过程,风化作用过程,风的地质过程,地表水地质过程,地下水地质过程,湖海地质过程,沉积与地貌过程,外动力过程的根本动力是 太阳能,内动力地质过程,板块作用过程,岩浆作用过程,变质作用过程,内动力过程的主要动力是 地球内部热能,换一种视角来看：,把上述过程和事件换一种视角来看，我们还可以把它们分别划归为四种不同的地球科学领域，即： 行星地球，流体地球，固体地球和社会地球,行 星 地 球,研究早期地球与太阳系中其它行星的区别与联系,流 体 地 球,研究地球表层过程与生命的联系和影响,固 体 地 球,研究内部地球的地质过程及其与外部过程的联系,社 会 地 球,资源、环境与可持续发

10、展 矿产资源的类型及其性质 资源危机与可持续发展 环境地质与地质灾害,研究地球的社会科学属性,对策,研究对象的特点和研究者面临的困难，决定了地质学的大多数研究都需要从野外开始，这使地质学的本质接近博物学。只有到野外去，先认识基本而典型的地质现象，对它们进行正确的观察，分类，分析和判断，才会慢慢地集腋成裘，熟能生巧，产生质变性的认识飞跃。,定性分析是学习的必要途径,地质记录是一部残缺长卷之书页，有太多的缺页和断点。教材大量进行分解，同学还需加以合成。每次课程只能是蜻蜓点水，甚或是惊鸿一瞥，挂一漏万。真想要弄懂，必须静下心来，从字里行间悟出真谛，恢复其本来面貌。,慎用经验，合乎逻辑,从渐变与突变之

11、争，火成与水成之争，固定与活动之争中，懂得开卷固然有益，更需掩卷长思；深思固然必要，但更需投身野外，亲历自然，以形成正确的概念。,模型研究是探索的锐利武器,读万卷书， 行万里路, “大胆假设，小心求证”。,地球科学经典名著,来伊尔地质学原理 达尔文物种起源 杰弗里斯地球：它的起源与物理结构,国外新编教材,加州大学萨克拉门托分校C.C.Plummer（1999） Physical Geology（第8版）; 洛杉矶分校J.P. Davison Exploring Earth 英国剑桥大学 I.L. Jonathan Earth,教学,“渔网式”学习法,知识教学评估实践体系,知识体系,教学体系,普

12、地知识体系,第一篇（30%） 1两部发动机驱动的系统 2地球的形态与圈层结构 3地球的物质组成与物理 性质 4地质年代,要点：行星地球的固有性质,地球的固有性质是决定地球运动、演化乃至生命发生和发展的前提条件和物质基础。 地质学的种种奥秘就隐涵在这些性质之后。 地质年代表记录了地球演化的主线。,要点：地球表层的流体圈层及其地质过程,第二篇（40%） 7风化作用与风的作用 8地下水 9冰川 10地面流水 11海洋和湖泊,地球表层是地球上变化最为频繁、迅捷的圈层。 外动力地质作用是雕塑地表的刻刀。 各种状态的流体运动各司其职，各有自己的领地。 “削高补低”是外动力作用的根本实质,要点：地球内部的固

13、体圈层及其地质过程,第三篇（20%） 12板块运动 13构造变形 14岩浆活动 15变质作用,地球的固体圈层运动是最富地质特色的运动。 构造运动是所有内动力过程的主导因素。制约着其它内、外过程。 “抬高降低”是内动力作用的一大特点,要点：地球的社会科学属性及应用,第四篇 （10%） 16资源与矿产 17全球变化 18自然灾害,资源、环境问题已经成为当今世界性的难题。 全球变化与人类和其它生命的生存和发展息息相关。 与地球和谐相处，共同发展，是人类唯一的生存方式。,两条主线,成岩作用过程,网式结构：地球系统的概念模型,教学安排,知识体系,尝试,自学,解惑,引导,教学体系,评估标准知识的关联,关系与流程,地球的 基本特征,外动力 地质作用,内动力 地质作用,地球的资源 环境和灾害,物理性质 组成与结构 地质年代 生物演化,地球动力系统,外部圈层 的运动,内部圈层 的运动,风化 剥蚀 搬运 沉积,构造运动 岩浆活动 变质作用,矿物-岩石(矿床)-岩层-地层-构造,普地知识的结构“网”,外动力过程：各有各的“领地”,削高补低,外动力地质过程,剥蚀搬运沉积,内动力过程：板块运动“唯我独尊”,增高减低,内动力地质过程,内外地质作用过程的联系,成岩作用过程,评估标准疏密有致,一维通道：临界连通率Pcr1,二维通道：临界连通率Pcr0.9,越是复杂的体系，越需要用网来覆盖,越是简单的对象，越