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現代地質學十講 版權信息
- ISBN:9787030729965
- 條形碼:9787030729965 ; 978-7-03-072996-5
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
現代地質學十講 本書特色
本書是中國科學院大學非地質學專業研究生的教材,可作為普通高等院校地球科學專業的教學參考書,也可供地球科學專業技術人員、大學生和地球科學愛好者閱讀、參考。
現代地質學十講 內容簡介
現代地質學是在傳統地質學基礎上發展起來的,但有了全新的地球觀,對地質作用有了全新的理解,已經被現代化技術武裝,正在走向全面數字化。本書以講義的形式寫成,共分十講,通俗易懂地介紹了現代地質學的特點和地質學的起源,對礦物、巖石、地質作用、構造地質學、地質年代學的關鍵知識點做了闡述,對中國地質做了簡介,并介紹了地質學家的思維特點。 本書是中國科學院大學非地質學專業研究生的教材,又是一本現代地質學的入門讀物,可作為普通高等院校地球科學專業的教學參考書,也可供地球科學大學生、專業技術人員和地球科學愛好者閱讀。
現代地質學十講 目錄
序
前言
第1講 什么是現代地質學 1
1.1 什么是地質學 2
1.2 現代地質學有了新的地球觀 5
1.2.1 關于地球的結構 5
1.2.2 關于地球的成分 6
1.2.3 關于地球的年齡 8
1.2.4 現代地質學的行星地球視野 9
1.3 現代地質學對地質作用有了新的理解 10
1.3.1 關于地質作用的能量 10
1.3.2 關于火山活動 11
1.3.3 關于地震活動 12
1.3.4 關于山脈的成因 12
1.4 現代地質學以社會發展需求為己任 13
1.4.1 尋找礦產和化石能源資源 13
1.4.2 地質災害減災預測 14
1.4.3 為保護人類生存環境服務 16
1.5 現代地質學走向全面數字化 18
1.6 小結 20
第2講 地質學的起源 21
2.1 史前時期的科學萌芽 23
2.1.1 古史傳說中的自然科學知識 24
2.1.2 考古資料中的自然科學萌芽 26
2.2 “人猿相揖別。只幾個石頭磨過” 28
2.2.1 人類進化譜系 28
2.2.2 史前文化概貌 29
2.2.3 我國的石器時代文化 32
2.3 制造石器中誕生了地質學 38
2.3.1 石器和石器制造技術的進步 39
2.3.2 古人類對石器石料的選擇 43
2.3.3 從石料場到石器制造場 45
2.4 小結 49
第3講 關于石頭的知識 50
3.1 礦物 51
3.1.1 礦物的基本性質 51
3.1.2 常見礦物 56
3.1.3 寶石和玉石 59
3.2 巖漿巖 60
3.2.1 巖漿和巖漿作用 60
3.2.2 巖漿巖的結構和構造 66
3.2.3 巖漿巖的主要類型 70
3.3 沉積巖 72
3.3.1 沉積巖的形成過程 72
3.3.2 沉積巖的顏色、結構和構造 78
3.3.3 沉積巖的主要類型 85
3.4 變質巖 92
3.4.1 變質作用 92
3.4.2 變質礦物 94
3.4.3 變質巖結構和構造 96
3.4.4 變質巖的主要類型 98
3.5 巖石的相互轉化 102
3.6 小結 104
3.6.1 礦物 104
3.6.2 巖漿巖 104
3.6.3 沉積巖 105
3.6.4 變質巖 105
第4講 走向知識系統化 107
4.1 近代自然科學革命的**槍 108
4.1.1 歐洲文藝復興運動 108
4.1.2 新宇宙觀的建立 109
4.2 文藝復興與地質學 112
4.2.1 地質學與博物學 112
4.2.2 地質學走向知識系統化 115
4.3 對地質營力的思考 119
4.3.1 水成論 119
4.3.2 火成論 121
4.3.3 水火之爭 123
4.4 對地質作用進程的思考 125
4.4.1 災變論 125
4.4.2 漸變論 126
4.4.3 “災變”還是“漸變”? 129
4.5 小結 131
第5講 地球的年齡 133
5.1 從神學到科學 134
5.1.1 我國的記載 134
5.1.2 圣經的記載 134
5.1.3 科學家向神學的挑戰 135
5.2 地層的相對年齡 136
5.2.1 七大地層學原理 136
5.2.2 全球統一年代地層系統 141
5.3 地層的絕對年齡 150
5.3.1 19世紀科學家們的爭論 150
5.3.2 20世紀初的礦物年齡測定 151
5.3.3 **個測定地球絕對年齡的人 153
5.4 測定地質年齡的代表性方法 155
5.4.1 鋯石U-Pb 法 155
5.4.2 磁性地層學方法 158
5.5 小結 158
5.5.1 相對年齡 158
5.5.2 絕對年齡 159
第6講 地質構造與構造運動 161
6.1 地質構造 162
6.1.1 地質體的產狀要素 162
6.1.2 褶皺 164
6.1.3 斷裂 166
6.1.4 巖石的變形機制 171
6.2 構造運動 183
6.2.1 構造運動的證據 183
6.2.2 構造運動的方式 190
6.3 造山帶與造山作用 195
6.3.1 基本概念 195
6.3.2 固定論與活動論 196
6.3.3 持續造山還是幕式造山 197
6.4 小結 199
第7講 漫話地質圖 201
7.1 地質圖的發展 202
7.1.1 早期的礦物分布圖 202
7.1.2 **張現代地質圖 203
7.1.3 我國的地質圖 204
7.2 地質填圖 205
7.2.1 從三維地質體到二維圖像 205
7.2.2 巖層產狀在地形圖上的投影 206
7.2.3 褶皺和斷層在平面上的投影 207
7.2.4 填圖的學術指導思想 209
7.3 讀懂地質圖 214
7.3.1 從二維地質圖讀出第三維信息 214
7.3.2 從二維地質圖讀出第四維信息 216
7.4 小結 219
第8講 探秘地球村 221
8.1 認識地球 222
8.1.1 地球的質量 222
8.1.2 地球的圈層結構 225
8.1.3 地球圈層的相互作用 233
8.2 人類環境的變化 240
8.2.1 “冰河時代” 240
8.2.2 古氣候變化的原因 242
8.3 小結 256
第9講 穿越時空看中國 259
9.1 今日中國 260
9.1.1 空中鳥瞰 260
9.1.2 大地構造格架 262
9.2 中–新生代陸塊聚合 270
9.2.1 特提斯洋的閉合 271
9.2.2 太平洋板塊的俯沖 272
9.3 古生代多島洋的閉合 275
9.3.1 什么是“多島洋” 275
9.3.2 華南古生代多島洋 277
9.3.3 古亞洲洋的演化歷史 280
9.4 小結 283
第10講 地質學家與福爾摩斯 286
10.1 福爾摩斯是誰 287
10.1.1 柯南道爾筆下的大偵探 287
10.1.2 福爾摩斯的思維 288
10.2 地質學家的思維 289
10.2.1 地質學家的觀察工具 289
10.2.2 地質學家的思維方式 291
10.3 地質學研究中的創新 293
10.3.1 小議“科技創新” 293
10.3.2 科學革命的結構 295
10.4 科學大數據 299
10.4.1 大數據時代 299
10.4.2 科學大數據與地質學 300
10.5 小結 301
參考文獻 302
現代地質學十講 節選
第1講 什么是現代地質學 1.1 什么是地質學 “現代地質學”是相對于“經典地質學”和“近代地質學”而言的。經典地質學和近代地質學又被籠統地稱為“傳統地質學”(圖1-1)。 在《中國大百科全書》(第三版)中有一個條目,題為“地質學發展簡史”(王鴻幀和楊靜一撰,王清晨修訂),其中把地質學的發展歷程分為5個時期:①地質學萌芽時期(遠古~1450年),以認識的直觀性和解釋的猜測性為主要特征;②地質學奠基時期(1450~1750年),其特征是隨著自然科學的誕生,地質知識趨向系統化;對地質現象試作理性解釋,并逐步建立了觀察和推理方法;③地質學形成時期(1750~1840年),這一時期的特點是地質知識得到較全面的概括和總結,人們將地質作用、過程和結果聯系起來加以思考,給予解釋,地質思想十分活躍,初步形成了地質學體系;④地質學發展時期(1840~1945年),其特征是工業發展的需要促進了區域地質調查,地質學分支學科迅速建立,推動了地質知識積累,地質學理論方法體系得到全面發展;⑤現代地質學時期(1945年以來),以廣泛應用現代化新技術、多學科交叉融合和全球性研究視野為特征,形成全新的現代地質學知識體系。 圖1-1 現代地質學是地質學發展的全新階段 地質學的發展是社會生產力不斷進步的結果。遠古時期,人類開始使用和改進以石器為主的生產工具,于是出現了“萌芽地質學”。歐洲文藝復興運動代表了資產階級反封建的新文化運動,帶來了一場近代自然科學的大革命,“經典地質學”應運而生,與自然科學同步發展。第二次工業革命促進了工業先進國家的區域地質調查工作,地質學涌現出新的分支學科,地質學理論方法體系得以建立,進入了“近代地質學”的發展階段。第二次世界大戰之后,社會生產力有了穩定發展的環境,形成了全新的“現代地質學”知識體系。 經過20世紀60年代的地球科學大革命,地質學已經從近代地質學中徹底脫胎換骨。現代地質學相對于近代地質學既有繼承,也有批判,更有發展,但沒有改變地質學的基本內涵。地質學的英文是geology,這個詞是從希臘語來的,由希臘文γη(地)和λóγoσ(學說)組成。譯成英文,geo-就是“earth”(大地、地球),-logy 是“science”(科學),也就是說,地質學是研究地球的科學。 為什么要研究地球?一開始,不為什么,沒有什么緣故,人類就是好奇,好奇是人類的天性,好奇是產生一切知識的原動力。 當地質學發展到一定階段后人們才知道,我們人類生活在地球上,而人類又是在地球演變過程中的階段性產物。地球的年齡已經有大約46億年了,我們人類的年齡從智人算起,不過30萬年,從能人(原始人類)算起,也不過250萬年,大約相當于地球年齡的1/228。迪拜塔,也就是哈利法塔,有162層,高828m,是迄今為止人類在地球上建起的*高大廈。如果把迪拜塔的高度比作地球的年齡,我們來看一看地球上生命出現的時間(圖1-2)。你從迪拜塔的底層向上爬,當你爬到第36層酒店時,地球上出現了能進行光合作用的藻類;當你爬到第138層機械間時,地球上出現了早期蠕蟲,大型多細胞動物開始演化;當你爬到第142層世界上*高的夜總會時,地球發生了寒武紀生物大爆發事件;當你爬到第160層的廣播傳送間時,地球上的恐龍滅絕了;當你爬到迪拜塔的第162層,也就是頂層塔尖時,古人類出現在地球上,如果你要想看到現代人類祖先的出現,你還需要順著塔尖向上爬到接近*頂端的地方。現在,你可以想象到人類在地球上的出現有多么晚了吧? 人類是幸運的,當我們誕生時,地球上已經有了大量的石油天然氣和礦產資源。這些能源和礦產資源都是很早的時候在地下形成的,支撐了人類生存的需要,使人類有本錢去當地球的“啃老族”。不過,自從**次工業革命以來,人類對各種地下資源的需求量越來越大,開采速度越來越快,到今天,不少礦種的儲量已經告急,直接威脅到人類自己的生存。這些地下資源會不會有開采完的那一天?要尋找剩余的地下資源,必須要了解:這些資源是怎么形成的?剩余資源分布在地下什么地方?要回答這些問題,必須學習地質學。因為這些地下自然資源都是在地質作用過程中形成的,尋找足夠的地下自然資源既是人類可持續發展的需要,也是地質學家的歷史使命。1980年,第26屆國際地質大會在巴黎舉行,當時的法國總統德斯坦到會祝賀,大力贊揚了地質學家,說他們將是解決21世紀世界能源和礦產資源問題的“關鍵人物”。 圖1-2 人類很晚才出現在地球上 地質學是一門自然科學。按照《中國大百科全書》的精細定義,“地質學是關于地球的物質組成、內部構造、外部特征、各圈層間的相互作用和演變歷史的知識體系。” 地質學研究已經告訴我們,化學元素在地球上只有少數是呈單質產出的,多數都形成化合物,天然形成的單質或化合物被稱為“礦物”。礦物在地殼中常成集合體產出,這些天然產出的礦物集合體被稱為“巖石”。一層層沉積形成的巖石被稱為“地層”,地球不同演化階段生活的生物會在地層中留下實體或活動蹤跡,成為“化石”。在地下深處還存在著一些熔融狀態的巖石,被稱為“巖漿”,冷凝后就形成“巖漿巖”等。所有這些天然形成過程和產物都是地質學的研究對象。 地質學還告訴我們,地球的內部可以分為地殼、地幔、外地核和內地核等四個圈層,地殼和地幔頂層的剛硬部分構成了“巖石圈”,巖石圈底下是一層具有塑性、可以緩慢流動的“軟流圈”。地球的外部包繞著水圈和大氣圈,在巖石圈和水圈、大氣圈的交接帶有生物圈。地球各圈層在不斷地相互作用著,引發了各種地質作用,改變著地球的面貌,這些圈層結構和它們的演化歷史及作用過程同樣是地質學的研究對象。 地球在不斷演化著,關于地球的知識體系也在不斷發展。研究自然科學發展史的專家們指出,20世紀爆發了四大自然科學理論革命,分別建立了四大理論模型,它們是:物理學中的夸克模型,生物學中的DNA雙螺旋模型,宇宙學中的大爆炸模型和地質學中的板塊構造模型。板塊構造理論模型已經成為現代地質學的標志。有人把以板塊構造理論為標志的現代地質學叫作“新地質學”,而把以前的近代地質學和經典地質學叫作“舊地質學”。那么,現代地質學有什么特點呢?或者說,新地質學和舊地質學有什么區別呢? 1.2 現代地質學有了新的地球觀 1.2.1 關于地球的結構 在近代地質學中,人們已經根據地震波傳播速度的差異把地球分成地殼、地幔、外地核和內地核等四個圈層。1909年,克羅地亞地球物理學家A.莫霍洛維奇(Andrija Mohorovicic)發現在地下30~60km 深處存在一個地震波速度突增的界面,他把這個界面作為地殼與地幔的界面。后人以他的名字命名這個界面,稱為“Moho(莫霍面)”。1914年,德國地球物理學家B.古登堡(Beno Gutenberg)發現在2900km 深處存在一個地震波速突降的間斷面,指出這就是地核與地幔的邊界,后人把這個界面稱為“古登堡面”。1936年,丹麥地震學家I.萊曼(Inge Lehmann)發現,在被認為是液態的地核中存在著一個前人沒有注意到的地震波速間斷面,表明地核具有雙層結構,外核為液態,內核為固態,內、外地核的分界面在地下約5200 km 深處,后人把這個界面稱為“萊曼面”①。 現代地質學在對地球圈層結構的認識方面有了長足進展。根據地震波在地球內部傳播速度的精細觀測,對地球的結構進行了精細的劃分,于1980年建立了“初步地球參考模型(PREM)”。在這一模型中,把地殼和地幔頂部的堅硬部分劃分為“巖石圈”,而把巖石圈之下的上地幔上部劃分出一個“軟流圈”。 實際上,B.古登堡已經于1926年發現了地表之下約100 km 深處的上地幔中存在著一個地震波低速層,他認為這種低波速現象可能表明有一部分上地幔呈熔融狀態,地震波低速層中可能有對流現象,于是就把它稱為“軟流圈”。不過,古登堡對軟流圈的發現在當時并沒有引起人們的特別關注,只是在現代地質學中軟流圈才被納入板塊構造理論中。 現代地質學從行星演化角度審視地球,認識到地球今天的結構是長期演化中的一個階段性結果。對太陽系類地行星的比較分析表明,它們的結構大致相同,都有一個鐵質“核”,外層是硅酸鹽“幔”,表層是剛性的“殼”,都有隕石坑和火山。如果以地球去類比,可以把這些圈層分別稱為“地”核、“地”幔和“地”殼。不過,它們地幔對流活動的形式和規模很不相同。我們的地球正值壯年,結構處于金星和火星、水星之間,既有地幔對流,也有巖石圈板塊運動。金星的地殼很薄,地幔對流非常活躍,表現為地幔柱和團絮狀地幔流形式,很像40億年前誕生不久的少年地球的結構。火星和水星的剛性外殼很厚,如果可以叫“巖石圈”的話,已經沒有了像地球巖石圈板塊那樣的大規模運動,巖石圈的變形以脆性斷裂活動和極慢的蠕變為特征,巖石圈下面的地幔對流很不活躍,只有地幔柱活動,引起巖漿噴發。這可能就是地球將來演化到老年時的結構。 1.2.2 關于地球的成分 受時代和技術發展的限制,人們*早只是對位于地球*外層的地殼有所認知。例如,美國科學家F.克拉克(F. W. Clark)于1889年根據采自世界各地的五千多塊巖石樣品的化學分析數據,計算出地殼中50種元素的平均質量百分比。后人把這一百分比值稱為“克拉克值”。 如果說,在傳統地質學中地殼的成分可以靠直接觀測,那么,對地球內部的成分只能靠猜測和推測。I.牛頓(Isaac Newton)早在1687年就提出了萬有引力定律,然而,由于確定不了引力常數,人們沒辦法確定地球的質量。H.卡文迪什(Henry Cavendish)于1798年測定了引力常數,進而計算出地球的密度是5.448g/cm3。E.維歇特(Emil Wiechert)見到身邊的巖石密度都不大,例如,花崗巖的密度是2.7 g/cm3,玄武巖的密度是2.9 g/cm3。他猜想,地球內部一定有密度在
現代地質學十講 作者簡介
王清晨,理學博士,中國科學院地質與地球物理研究所研究員,中國科學院大學崗位教授。地質學專業,主要研究領域為巖石學和大地構造學,在超高壓變質巖帶構造演化、造山帶構造演化、沉積盆地成因與石油天然氣資源富集機制等項研究中取得創新性成果。曾獲國家自然科學獎二等獎一項,中國科學院自然科學獎二等獎一項,獲國務院政府特殊津貼。曾任國際科聯巖石圈科學委員會執行局委員,國際科聯巖石圈科學委員會中國全國委員會秘書長,中國地質學會沉積地質專業委員會/中國礦物巖石地球化學學會沉積學專業委員會副主任,《地質科學》編輯部主編,《中國大百科全書》(第三版)地質學/地質資源與地質工程學科分支副主編。
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