第四章 地殼和地殼的變動
第一節 地球的內部圈層
地球內部的結構，無法直接觀察。到目前為止，關於地球內部的知識，主要來自對地震波的研究。當地震發生時，地下巖石受強烈衝擊，產生彈性震動，並以波的形式向四周傳播。這種彈性波叫地震波。地震波有縱波（P波）和橫波（S波）之分。縱波的傳播速度較快，可以通過固體、液體和氣體傳播；橫波的傳播速度較慢，只能通過固體傳播。縱波和橫波的傳播速度，都隨著所通過物質的性質而變化。
根據地震波的這些特點，人們測知地震波傳播速度在地球內部呈有規律的變化。我們可從地球內部地震波曲線圖上，看出地震波在一定深度發生突然變化。這種波速發生突然變化的面叫做不連續面。地球內部有兩個明顯的不連續面：一個在地面下平均處（指大陸部分），在這個不連續面下，縱波和橫波的傳播速度都明顯增加，這個不連續面叫莫霍界面①；另一個在地下深處，在這裡縱波的傳播速度突然下降，橫波則完全消失，這個面叫做古登堡界面②。
我們用莫霍界面和古登堡界面為界，把地球內部劃分為地殼、地幔和地核三個圈層。
（一）地殼 地殼是指地面以下、莫霍界面以上很薄的一層固體外殼。整個地殼的平均厚度約為。大陸部分平均厚度為，高山、高原地區厚度可達～（如青藏高原）；海洋地殼較薄，平均厚度為。地殼主要由各種巖石組成。
（二）地幔 這一層介於地殼和地核之間，所以又叫做中間層。地幔在莫霍界面以下到古登堡界面以上，深度從～以下到2 。這一層也能傳播橫波，所以仍是固態。主要物質成分為鐵鎂的矽酸鹽類。由上而下，其中鐵鎂含量逐漸增加。從莫霍界面到深處，叫做上地幔。上地幔上部（地下約～250至400千米）存在一個軟流層，一般認為這裡可能是巖漿的主要發源地之一。地下～深處，叫做下地幔。下地幔的溫度、壓力和密度均增大，物質狀態可能為固體。
地殼和上地幔頂部（軟流層以上），是由巖石組成的，合稱為巖石圈。
（三）地核 從古登堡界面到地球核心，為地核。地下2 ～5 深處，叫做外核，外核的物質接近液體，橫波不能通過。5 以下的深部為內核，則為固態。地核部分的溫度很高，壓力和密度很大。地核的物質成分據推測以鐵、鎳為主，並含少量較輕元素。
問題和練習
1．地球內部有哪幾個圈層？
2．為什麼能用地震波來探測地球內部的構造？利用地球內部地震波傳播曲線圖來加以解釋。
第二節 地殼的結構和物質組成
地殼的結構 地殼是由許多化學元素組成的。據地球化學分析表明，地殼中有90多種自然存在的化學元素，其中氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂等8種元素的含量，約佔地殼總重量的97.13％；其餘幾十種元素的總含量還不到3％。地殼中含量最多的元素是氧，約佔地殼總含量的一半；其次是矽，佔四分之一強。
地殼的厚度和物質組成各處並不相同。大陸地殼較厚，大洋地殼較薄。根據地殼化學組成的差異和地震波傳播速度的不同，地殼可以分成兩層，上層叫矽鋁層，含矽和鋁較多，主要由比重較小的花崗巖類組成；下層叫矽鎂層，這一層矽、鋁成分相對減少，鎂、鐵成分增多，主要由比重較大的玄武巖類組成。矽鋁層在大洋地殼中很薄，甚至缺失，矽鎂層則是普遍存在的。地殼厚度的不均和矽鋁層的不連續分布狀態，是地殼結構的主要特點。
地殼中的礦物 地殼中的化學元素，在一定的地質條件下，結合成具有一定化學成分和物理性質的單質或化合物，就是礦物。礦物是人類生產資料和生活資料的重要來源之一，是構成巖石的物質基礎。它在地球上的分布十分廣泛，幾乎到處可以見到。比如我們吃的鹽，做鉛筆芯用的石墨，制玻璃用的石英，煉鐵用的鐵礦石，等等，都是礦物。地球上已發現的礦物有3000多種，其中組成巖石的造巖礦物約有幾十種，常見的有石英、長石、雲母、方解石等；可供冶煉提取金屬的礦物有赤鐵礦、黃銅礦等等。
各種礦物都有一定的化學成分和物理性質，例如石英是由矽和氧組成的透明或半透明的礦物，硬度較大，常呈柱狀、錐狀晶體；食鹽是由氯和鈉組成的，它是無色透明的四方顆粒。也有些礦物，化學成分相同，由於內部原子排列不相同，形成了性質完全不同的礦物。例如金剛石和石墨，化學成分都是碳，但兩者的性質截然相反：金剛石是最硬的透明的礦物；石墨則是非常軟的不透明的礦物。
巖石和礦床 自然界裡的礦物很少單獨存在，它們常常三三兩兩按照一定的規律聚集在一起。由一種礦物或幾種礦物組成的集合體，叫做巖石。例如花崗巖是由長石、石英、雲母組成的，大理巖主要是由方解石組成的。巖石是地球發展過程中的產物。它的種類很多，按其成因可以分為巖漿巖（又叫火成巖）、沉積巖、變質巖三大類。
在巖石形成過程中，一些有用礦物在地殼中或地表富集起來，達到工農業利用的要求，就是礦產。在一定地質作用下，礦產的富集地段，稱為礦床。礦床按成因可分為內生礦床、外生礦床、變質礦床三大類。
巖石和礦床的關係十分密切，因為大部分礦床存在於巖石中，有的巖石，如石灰巖，本身就是礦產。
地殼物質的循環 地殼是由巖石組成的，巖石又是由礦物組成的。構成地殼的物質處於不斷的運動和變化之中。地球內部的巖漿，經過冷卻凝固形成巖漿巖，巖漿巖受到流水、風、冰川、海浪等的侵蝕、搬運、堆積作用，形成沉積巖。同時，這些已生成的巖石，在一定溫度和壓力等作用下發生變質，形成變質巖。各類巖石在地殼深處或地殼以下發生重熔再生作用，又成為新的巖漿。從巖漿到形成各種巖石，又到新巖漿的產生，這個變化過程也是地殼物質的循環運動過程。
巖石與礦床的關係：
（一）巖漿巖與內生礦床 在地殼深處或軟流層形成的巖漿，是一種成分非常複雜的熔融體，它含有大量氣體，內壓力很大。巖漿在巨大的內壓力作用下，沿著地殼薄弱地帶侵入地殼上部或噴出地表，隨著溫度、壓力的變化，巖漿逐漸冷卻凝固而形成了巖石，這種巖石叫做巖漿巖。
巖漿巖按其產狀可以分為噴出巖和侵入巖：噴出巖是巖漿直接噴出地表冷卻凝固形成的巖石；侵入巖是巖漿未上升到地面，停留在地下緩慢冷卻凝固形成的巖石。噴出巖由於巖漿迅速冷卻凝固，礦物結晶的顆粒細小，甚至用肉眼不能分辨，有的具有流紋或氣孔構造。常見的噴出巖有玄武巖、流紋巖等。侵入巖因溫度冷卻較慢，巖漿有充分條件結晶，因而形成晶體較大的礦物顆粒。常見的侵入巖有花崗巖等。花崗巖的分布比較廣泛，我國許多名山，如華山、黃山、北京八達嶺，都由花崗巖構成。花崗巖的質地堅硬，抗壓力大，是一種堅固、美觀的建築材料。
在巖漿活動過程中，巖漿中有用物質富集起來而形成的礦床，稱為內生礦床。內生礦床的形成過程是很複雜的，例如，巖漿中熔點高低、比重大小不同的化學成分，在高溫、高壓條件下，能混熔在一起。但在巖漿上升過程中，由於溫度、壓力逐漸降低，熔點高的先結晶，熔點低的後結晶；比重大的下沉，比重小的上浮。這樣有些先結晶的、比重大的有用礦物就富集在一起，形成礦床。又如，在巖漿活動後期，從巖漿分泌出來的含礦氣體和熱液，沿著周圍巖石裂縫上升，其中有用成分依次冷凝，也可形成礦床。世界上許多金屬礦，特別是有色金屬和稀有金屬礦，就是這樣形成的。還有一些非金屬礦床，如石英、長石、雲母等，也屬於內生礦床。內生礦床提供的礦產資源，在國民經濟中起著非常重要的作用。
（二）沉積巖和外生礦床 裸露在地表的各種巖石，在風吹、雨打、日曬以及生物的作用下，逐漸破碎成為礫石、砂子和泥土。這些碎屑物質被風力、流水等搬運後沉積固結而形成的巖石，叫做沉積巖。還有些沉積巖是由化學沉澱物質或生物遺體堆積而成的。沉積巖在地殼中的體積僅佔5％，但面積卻佔地殼表面的75％左右。
由於沉積巖的生成是一層一層地沉積下來的，所以常能明顯地看出層次，叫做層理構造。有些沉積巖中常常能找到已經變成石頭的古生物遺體或遺蹟，即化石。一般地說，具有層理構造和常含有化石是沉積巖的兩個重要特徵。
沉積巖的種類很多，有的是由礫石或砂子膠結起來形成的，如礫巖、砂巖等；有的則是由顆粒非常細小的粘土壓緊固結而成的，如頁巖；有的是經化學沉積或生物沉積而成的，如石灰巖。沉積巖的用途也很廣，許多沉積巖可用作建築材料，如石灰巖是燒石灰、制水泥和化學工業的原料，質地純淨的還可用作鋼鐵冶金方面的重要熔劑。
地表巖層中的有用元素或成礦物質，在外力作用下，發生遷移和富集而形成的礦床，叫做外生礦床。如有些巖石受到風化破碎後，其中較輕的巖石碎屑被流水衝走，較重的有用礦物沉積下來，富集成礦。還有些礦床是由沉積作用形成的，如沉積在河床、海濱而形成的金、金剛石等礦床；在內陸湖泊和淺海中，因水分蒸發，從過飽和溶液中沉澱出來形成的鉀鹽、石膏等礦床；以及生物遺體堆積下來，經過複雜的生物化學和物理化學作用而形成的石油、煤等礦床。
（三）變質巖和變質礦床 變質巖是已經生成的巖石，由於地殼運動和巖漿活動的影響，在一定的溫度、壓力等條件下，使原來巖石的成分、結構發生改變而形成的一種新的巖石。
巖石在一定的溫度條件下，有些礦物成分可以進行重結晶；有些礦物成分之間進行化學反應，從而產生新礦物。巖石在壓力增大時，可以產生體積減小、比重增大的新礦物，又可以使一些巖石中的礦物產生定向排列，從而使巖石具有片理構造，即能剝成薄片、薄板或外觀上呈條帶狀的構造。常見的變質巖有石灰巖變質成的大理巖①，砂巖變質成的石英巖，頁巖變質成的片巖、板巖等。
在巖石的變質過程中，巖石中的有用礦物相對富集，形成更適於工業開採的礦床，或者使原來的礦物成分和礦石結構等都發生變化，形成新的礦床，這都叫做變質礦床。
實際上許多礦床是多成因礦床。例如我國的鞍山鐵礦，最初是沉積鐵礦，後來固地殼變動又發生變質，形成條帶狀鐵礦。
問題和練習
1．地殼可分為哪兩層？地殼結構的主要特點是什麼？
2．把下列礦物和巖石區分出來：玄武巖、石墨、石英、花崗巖、雲母、方解石、大理巖、金剛石、黃銅礦；並總結一下巖石和礦物有什麼不同。
3．閱讀地殼物質循環簡略圖式，說明地殼物質的循環運動過程。
4．有條件的學校可組織學生觀察礦物和巖石標本，並學會識別幾種常見礦物和三大類巖石。
附錄
人們根據礦物的外表特徵和物理性質，如顏色、光澤、硬度、條痕、解理和斷口等的不同，可以對礦物進行肉眼識別和鑑定。
第三節 地殼運動
地殼的變化和地質作用 地殼和宇宙間一切物質一樣，處在不停的運動變化之中。地殼自形成以來，本身的物質與能量不斷地發生循環和轉化，地殼結構及其表面形態也不斷地發生變化。巖石的變形，海陸的變遷，千姿百態的地表形態，都是地殼變動的結果。今天我們所見到的地殼表面面貌，僅是地殼漫長發展歷史中的一個鏡頭。
地球上由於自然界的原因，引起地殼的表面形態、組成物質和內部結構發生變化的作用，稱為地質作用。在自然界，有些地質作用進行得很快，很激烈，如地震、火山噴發、山崩等，可以在瞬間發生，造成地面劇變。有些地質作用則進行得極其緩慢，不易被人們所察覺，但是，經過漫長的地質年代，卻會使地殼發生顯著的變化。
地質作用按其能量來源，可以分為內力作用和外力作用。內力作用的能量來自地球的本身，主要是放射性元素衰變產生的熱能。內力作用主要表現為地殼運動、巖漿活動和變質作用等。外力作用的能量來自地球外部，主要是太陽輻射能，其次是重力能，它們使大氣、水和生物等發生變化，從而引起地殼表層物質的破壞、搬運和堆積。地殼自形成以來，就是在內外力相互作用下不斷發展和變化的。
當一個地區隆起時，相鄰的地區就拗陷，當高山高原遭受侵蝕時，相鄰的低地就會出現堆積。內力作用形成高山或盆地，外力作用則把高山削低，把盆地填平。一方面高山上的巖石受到風化侵蝕而被破壞；另一方面，被破壞的物質經過搬運在低地堆積起來，又形成新的礦物、巖石。地殼的破壞作用和建設作用是同時進行的。不過在一定的時間和地點，往往是某一作用佔優勢。一般地說，內力作用對地殼的發展變化起著主導作用。
水平運動和升降運動 地殼運動的類型是複雜多樣的。根據地殼運動的性質和方向，可以分為水平運動和升降運動兩種。水平運動是指組成地殼的巖層沿平行於地球表面的方向運動，它使巖層發生水平位移和彎曲變形，常常造成巨大的褶皺山系。大量資料證明，地殼運動的主要表現是其各個部分不斷發生著水平方向的相對運動。例如，根據天文臺的測量，發現1926年～1933年間，歐洲與美洲之間的距離，平均每年增加。大西洋就是地殼的水平移動造成的，現在仍在不斷擴大中。其次是升降運動，這是指組成地殼的巖層作垂直於地球表面方向的運動，即上升或下降的運動。它使巖層表現為隆起或拗陷，從而引起地勢的高低起伏和海陸變遷。
地質構造 在山區，常常可以看到巖層的變形和變位，這是地殼運動的「足跡」。這種由地殼運動引起的地殼變形、變位，稱為地質構造。地質構造是研究地殼運動的性質和方式的依據。
（一）褶皺 巖層在形成時一般是水平的。巖層因受力而發生彎曲，叫做褶曲。如果發生的是一系列褶曲即波狀彎曲變形，就叫做褶皺。褶皺的不同形態和規模大小，常常反映了當時地殼運動的強度和方式。世界上許多高大山脈都是褶皺山脈。
褶曲的基本形態是背斜和向斜。從形態上看，背斜一般是巖層向上拱起，向斜一般是巖層向下彎曲。從巖層的新老關係來看，背斜中心部分巖層較老，兩翼巖層較新；向斜中心部分巖層較新，兩翼巖層較老。在地形上，有時候背斜成為山嶺，向斜成為谷地。但是，不少褶皺構造的背斜頂部因受到張力，常被侵蝕成谷地，而向斜槽部受到擠壓，物質堅實不易被侵蝕，反而成為山嶺。
（二）斷層 斷層是巖石受力破裂並沿破裂面有明顯相對位移的斷裂構造。斷層主要是因為地殼運動產生的強大壓力或張力超過了巖石的強度而形成的。巖層斷裂錯開的面叫斷層面。兩條斷層之間的巖塊相對上升，兩邊巖塊相對下降，相對上升的巖塊叫地壘，它常形成塊狀山地，如我國的廬山、泰山等。兩條斷層之間的巖塊相對下降，兩邊巖塊相對上升，相對下降的巖塊叫地塹，它常形成狹長的凹陷地帶。著名的東非大裂谷，我國陝西的渭河平原和山西的汾河谷地，都是大地塹。
在地形上，有些斷層常常形成平直的陡崖。斷層地帶巖石破碎，易被風化侵蝕，沿斷層線常發育成溝谷，有時出現泉和湖泊。
了解地質構造的規律，對於找礦、找水、工程建設等大有幫助。例如，尋找地下水，建築水庫，修建鐵路等，都要注意地質構造的情況。
問題和練習
1．地球上「滄海桑田」的變化是由什麼作用引起的？試舉我國地理方面的實例來說明。
2．褶皺和斷層是怎樣形成的？它們構成的地形有什麼特點？
3．如何區別向斜和背斜？
4．義大利那不勒斯海岸邊保存了三根大理石柱（如下頁圖）。根據圖上提供的資料，分析一下那裡海岸的變動情況。
第四節 全球構造理論——板塊構造學說
地殼為什麼發生運動？運動的力量從哪裡來？多少年來，人們一直在探索這個問題。科學家們曾提出過許多不同的學說。這裡只介紹一種近代最盛行的全球構造理論——板塊構造學說。
漂移的大陸 板塊構造學說是在大陸漂移和海底擴張學說的基礎上發展起來的。1912年，德國地球物理學家魏格納提出了大陸漂移說。他根據大西洋兩岸的大陸形狀、地質構造、古生物等的相似性，認為二三億年以前，地球上只有一整塊聯合古陸，它的周圍是一片廣闊的海洋。後來，在地球自轉所產生的離心力和天體引潮力的作用下，這一塊聯合古陸開始分離。由較輕的矽鋁層組成的陸塊，像冰塊浮在水面上一樣，在較重的矽鎂層上漂移，逐漸形成了現在的海陸分布。
海底擴張與更新 50年代以來，人們利用放射性同位素測定海底巖石年齡，發現海底巖石的年齡很輕，一般不超過2億年。而且巖石離海嶺（又叫大洋中脊）愈近，年齡愈輕，離海嶺愈遠，年齡愈老，並在海嶺兩側呈對稱分布。60年代初，一些科學家提出了海底擴張學說，認為海嶺是新的大洋地殼誕生處。地幔物質從海嶺頂部的巨大開裂處湧出，到達頂部冷卻凝結，形成新的大洋地殼。以後繼續上升的巖漿，又把早先形成的大洋地殼，以每年幾釐米的速度推向兩邊，使海底不斷更新和擴張。當擴張著的大洋地殼遇到大陸地殼時，便俯衝到大陸地殼之下的地幔中，逐漸熔化而消亡。
板塊構造學說的主要內容 60年代後期，在海底擴張說的基礎上產生了板塊構造學說。這個學說認為，地球的巖石圈不是整體一塊，而是被一些構造帶，如海嶺、海溝等，分割成許多單元，叫做板塊。全球巖石圈分為六大板塊：亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊和南極洲板塊。大板塊又可以劃分為若干小板塊。這些板塊漂浮在「軟流層」之上，處於不斷運動之中。一般說來，板塊的內部，地殼比較穩定，兩個板塊之間的交界處，是地殼比較活動的地帶。
板塊相對移動而發生的彼此碰撞或張裂，形成了地球表面的基本面貌。在板塊張裂的地區，常形成裂谷或海洋。如東非大裂谷、大西洋就是這樣形成的。
在板塊相撞擠壓的地區，常形成山脈。當大洋板塊和大陸板塊相撞時，大洋板塊因密度較大，位置較低，俯衝到大陸板塊之下，這裡往往形成海溝，是海洋中最深的地方；大陸板塊受擠上拱，隆起成島弧和海岸山脈。太平洋西部邊緣的深海溝——島弧鏈，就是太平洋板塊與亞歐板塊相撞形成的。在兩個大陸板塊相碰撞處，則形成巨大的山脈。喜馬拉雅山脈就是亞歐板塊和印度板塊碰撞產生的。
據測量，7 000萬年以來，南亞次大陸向北漂移了約5 ～7 ，平均每年～。至今印度板塊仍以每年的速度北移，喜馬拉雅山每年以～的速度上升。
目前，板塊構造學說已被用來解釋火山、地震的形成和分布，以及礦產的生成和分布等。但是，板塊構造的驅動力問題，即什麼力量驅動著板塊作大幅度、持續地運動，意見還不一致。
問題和練習
1．人們在南極洲發現有露出地表達上千千米長的巨大煤層，在非洲和印度，甚至靠近赤道處，發現古冰川的痕跡，試對這些現象加以解釋。
2．用板塊構造理論說明大西洋是怎樣形成的，喜馬拉雅山脈是怎樣形成的。
第五節 地球內能的釋放——地熱、火山、地震
一 地熱
地球是個巨大的熱庫 地球內部的熱能十分巨大，它是火山、溫泉、地震和地殼運動的主要能源，也是人類可利用的一種清潔而有發展前途的能源。我們知道，地殼表層溫度通常隨外界溫度而變化。但到一定深度，其溫度不再變化，這一深度叫做常溫層。常溫層的深度因地而不同，大致是中緯地帶比赤道和兩極深。在我國北方大約為。在常溫層以下，地溫隨著深度逐漸增高。平均每深，溫度增高。但在地殼以下，地熱增溫率就逐漸減小。地殼內部溫度的增高顯然不是來自太陽輻射，而是來自地熱。
地球內部為什麼有巨大的熱能？目前一般認為，地熱是地球在漫長的演變過程中積累起來的。地球演化發展的能量，有外來能和地球本身的內能，起主導作用的是巖石中所含的鈾、釷等放射性元素，在衰變過程中所產生的熱能。
地熱資源及其分布 地殼是熱的不良導體，地熱以極低的速度向地表傳遞。地熱通過熱傳導從深處向地表放散，叫做地熱流。這是地熱釋放的一種最經常的形式。雖然這種熱流量很小，平均每平方釐米每秒只有6.03×10-6焦，不易被人察覺，但整個地表一年熱流總量相當於燃燒300多億噸煤放出的熱量。這種分散的地熱在一定的地質條件下富集起來，就成為可利用的地熱資源。當地表水下滲受熱，或是地下水與地下熾熱的巖體相接觸，就變成地下熱水或蒸汽。如果地下熱水沿著斷層或裂隙上升到地表，則形成多種形態的溫泉、熱泉、間歇泉、沸泉和熱水湖等。
地殼中地熱資源的分布是不均勻的。從已發現的高溫地熱區看，絕大多數分布在板塊構造的邊緣地帶——環太平洋帶和地中海-喜馬拉雅帶。這些地帶地殼不穩定，地殼內部的熱能易於從這些薄弱地帶傳到地表，因而地熱能比較豐富。我國的地熱資源也很豐富，已發現的溫泉有2 000多處。我國東南沿海和西藏、雲南一帶，有許多溫泉和熱泉，是地熱資源豐富的地區。
我國西藏全區的水熱活動區不下 600處，其中拉薩西北的羊八井，鑽井深處，熱水汽溫度達，噴高達30餘米，地表上有成千上萬的熱水泉眼。
地熱能的利用 地熱是一種取之不竭的能源，又是一種清潔的能源。它的開發利用對於發展生產，改變能源結構，減少城市公害等，都有重要意義。
地熱能的利用最主要的是開採地下熱水。世界上已有100多個國家發現和打出地熱泉和地熱井，地熱能已被用於採暖、育種、溫室、發電等方面。冰島是一個廣泛利用地熱的國家，全國有70％以上的人口利用地熱採暖，首都雷克雅未克全部利用地熱採暖，市內空氣潔淨，有「無煙城市」之稱。發電是地熱能利用中重要而有前途的領域。美國、義大利、冰島、紐西蘭等國都建立了地熱發電站。我國地熱資源豐富，北京、西藏、雲南等地已打出地下熱水，用於取暖、育種、育秧、養魚、醫療等。70年代以來，我國在廣東、河北、西藏等地已經建成了若干小型地熱發電站。
二 火山
火山爆發是地熱或內能釋放的強烈顯示。地球內部的地熱積累到一定程度，灼熱的巖漿在強大的內壓力作用下，沿著地殼薄弱地帶，噴出地表，形成景象壯觀的火山噴發現象。火山爆發的時間，有的很短，有的持續很長時間，甚至上千年；有的在地面上堆起了幾千米的火山，有的在海洋中造成了新島。夏威夷群島就是海底火山多次噴發露出水面的火山島。
火山噴出的物質一般有氣體、熔巖和固體噴發物。火山噴發物從火山口噴出，大部分在火山口周圍堆積下來，形成圓錐形的山，叫做火山錐。火山噴發的物質和火山爆發強度往往同火山噴發的熔巖性質有關。含二氧化矽成分多的酸性巖漿比較粘稠，而且含氣體多，爆發力強。含鎂鐵成分多的基性巖漿，含氣體少，流動性好，爆發力弱，常常形成盾形火山錐。
美國的聖海倫斯火山，在沉睡了123年之後，1980年以來，連續多次大爆發。僅第一次爆發所噴出的火山灰和熔巖物質就有10億立方米，噴射的蘑菇雲柱高達十幾千米，火山灰同氣體在空中摩擦，產生了閃電、雷鳴和強烈暴風雨。這座海拔的山峰，被削低了近；390平方千米的森林被摧毀。噴出的火山灰隨氣流一直擴散到幾千千米以外的地方，在火山附近堆積了幾百米厚。
火山按其活動情況可分三類：一是在人類歷史時期作周期性噴發的火山，叫做活火山；二是在人類歷史以前噴發過，迄今為止沒有重新噴發過的火山，叫做死火山；三是在人類歷史時期長期熄滅的火山，有時又突然噴發，這叫做休眠火山。
全世界約有2 000座死火山，500多座活火山，主要分布在環太平洋、地中海和東非的火山帶，大西洋海底也有隆起的火山帶。我國目前已發現的火山有600多座，其中絕大多數是死火山，如山西大同附近的死火山群。有少數火山暫時處於休眠狀態，如長白山的白頭山，黑龍江省的五大連池。我國只有少數火山近代有活動，如臺灣大屯火山群的七星山，不斷吐出含硫氣體和濃煙；新疆于田附近崑崙山中的火山，1951年曾爆發。
火山噴發的火山灰和熔巖流，常常破壞田園、建築。火山噴發時，有時還引起地震，給人類帶來巨大的災難。但火山活動也給人們帶來肥沃的火山灰土和硫磺等有用礦物。
三 地震
地震的發生 地震一般指巖石圈的天然震動。地震按其成因主要有兩種：構造地震和火山地震。其中構造地震影響最大，這類地震是由於地球內部應力①引起構造變動而發生的地震。地殼中的巖層在地應力的長期作用下，會發生傾斜和彎曲。當積累起來的地應力超過巖層所能承受的限度時，巖層便會突然發生斷裂或錯位，使長期積聚起來的能量急劇地釋放出來，並以地震波的形式向四周傳播，使地面發生震動，成為地震。
強烈地震發生時，地面出現的各種破壞現象，都是地震波的衝擊造成的。巖層發生斷裂引起地震的地方叫震源，和震源相對應的地面上的點叫震中。從震源發生的地震波首先到達地面的是縱波，這時在震中的人們會感到上下顛簸；接著橫波傳來，又變成前後、左右搖晃。
震級和烈度 地震的大小通常用震級來表示。震級是表示地震本身能量大小的等級。地震釋放出來的能量越大，震級越高。震級每增加1級，能量約增加 30倍左右。
震級是根據地震儀所記錄的地震波計算的。例如，在智利發生的一次著名的大地震，震級為8.5級。這次地震引起了巨大海嘯，推起10多米高的浪牆，波及到距智利一萬多千米的日本海岸。一般地說，3級以下的地震，人無感覺，稱為微震；5級以上的地震，會造成不同程度的破壞，稱為破壞性地震。
同一次地震在不同地區所造成的破壞程度是不相同的。某一地區地面所受的影響和破壞強度，用地震烈度來表示。地震烈度的大小同震級、震中距離遠近等有直接關係。在一般情況下，震級越大，烈度也越大。在同一次地震中，離震中越近，烈度越大；離震中越遠，烈度越小。同時，烈度大小也和震源深淺、地質構造、地面建築等有關。在距震中一樣遠的地方，有時烈度相差很大。
地震的分布規律和預測 地震的分布呈一種有規律的帶狀，叫地震帶。地震帶是地應力比較集中的地區。在一個地震帶內，地應力的積累和釋放在空間和時間上都是不均勻的，所以地震有活躍期和平靜期交替出現的現象。地震的分布從世界範圍看，主要集中在環太平洋和地中海-喜馬拉雅山脈板塊交界的地帶。環太平洋地帶集中了全世界約80％以上的淺源地震（～ ）、幾乎全部的中源（～）和深源（～）地震，所釋放的地震能量約佔全部能量的80％，是世界上的主要地震帶。
我國處在兩大地震活動帶之間，也是一個多地震的國家。據記載，我國自本世紀以來的80年內共發生破壞性地震2600餘次，其中6級以上地震500餘次，8級以上地震9次。世界歷史上死亡人數最多的大地震是我國1556年陝西華縣大地震，據不確切記載，死亡人數達83萬餘人。1976年，我國唐山大地震，是淺源地震，震級7.8級，死亡人數也很多。
地震對人類的危害很大，目前人類對地震的認識尚處於摸索階段，還沒有準確預報地震的方法。地震的孕育和發生都與一定的地質構造相關，搞清地質構造是進行地震預報的重要基礎。地震前常有不少異常的自然現象發生，叫做地震前兆。如地下水的異常變化、動物的異常反應、小震頻繁、地殼形變等等，這些現象可以為預報地震提供一定的依據。我國是世界上最早記錄地震的國家。現在我國的地震工作者和群眾觀測隊伍相結合，積累了一些預測地震的經驗，也成功地作出過地震預報，但仍需大力加強對地震的科學研究，提高預測預報水平。
問題和練習
1．地球內部為什麼有巨大的熱能？地熱資源是怎樣形成的？它的分布有什麼規律？
2．地熱能如何利用？為什麼說它是一種有發展前途的能源？
3．火山是怎樣發生的？火山噴發熔巖的性質同火山爆發強度有什麼關係？
4．地震是怎樣發生的？為什麼地震發生時，在震中的人一般是先感到上下跳動，然後才是左右搖晃？
5．震級和烈度一樣嗎？烈度的大小受哪些因素的影響？
6．把課本中的「六大板塊示意圖」同「世界火山地震帶分布圖」作一比較，說說世界火山、地震分布有什麼規律，為什麼？
第六節 外力作用與地表形態的變化
內力作用為大自然提供了地表形態的「粗毛坯」，而要把這些「粗毛坯」雕塑成多姿多彩的地表形態，則離不開外力作用。外力作用的表現形式主要有風化作用、侵蝕作用、搬運作用、沉積作用和固結成巖作用等。
風化作用 巖石在地表或接近地表的地方，在溫度變化、水、大氣及生物的影響下發生的破壞作用，叫做風化作用。巖石是熱的不良導體，在溫度的變化下，表層與內部受熱不均，產生膨脹與收縮，常常使巖石發生崩解破碎。巖石中的礦物成分在氧、二氧化碳等以及水的作用下，還常常發生化學分解作用，產生新的物質。這些物質有的被水溶解，隨水流失；有的是不溶性物質，如粘土，則常殘留在原地。此外，植物根系的生長和穴居動物的活動等，也都可以對巖石起破壞作用。
風化作用產生的風化產物，殘留在地表，形成風化殼，它提供了進行侵蝕作用的條件。
侵蝕作用 風力、流水、冰川、波浪等對地表巖石及其風化產物的破壞作用，叫做侵蝕作用。風可以吹揚起巖石的碎屑，並挾帶碎屑磨蝕巖石。在沙漠地區常常見到的風蝕窪地、風蝕柱、風蝕蘑菇等，都是風力的侵蝕作用造成的。
流水的侵蝕作用更是強大和普遍。溝谷和河流的流水，使谷底和河床加寬加深；坡面上的水流衝刷著整個坡面，使之趨於破碎。例如，我國的黃土高原，土層松厚，由於植被多遭破壞，流水侵蝕嚴重，造成千溝萬壑的地表形態。流水對巖石還有化學溶蝕作用，河水、地下水能溶解巖石中和一些風化、剝蝕產物中的可溶性鹽類，如碳酸鈣、氯化鈉等，形成天然溶液而隨水流失。喀斯特地貌就是可溶性巖石（如石灰巖）受到含有二氧化碳的水的溶解和衝刷作用形成的。
高寒地區巨大的冰川，可以刨蝕流經的地面，形成冰鬥、角峰和U形谷等地貌。海浪打擊巖石，會不斷地對海岸起破壞作用。
搬運作用 風化、侵蝕的產物，被風、流水、冰川、海浪等轉移離開原來位置的作用，叫做搬運作用。乾燥、半乾燥地區和海濱地區，風力的搬運作用強烈，而溼潤、半溼潤地區，流水的搬運作用很大。流水推動物體的力量和水的流速成正比，所以，河流有時可以攜帶許多巨大的礫石，而有時連細小的泥沙也堆積下來。
在斜坡上或溝谷中，鬆散碎屑物質被暴雨或積雪和冰川的融水所飽和，在重力作用下，沿斜坡或溝谷流動的特殊洪流，叫做泥石流。其中固體體積一般超過15％，最高達80％。泥石流的衝刷、搬運、堆積過程十分迅速，可埋沒農田、森林，堵塞江河，衝毀路基、橋涵和灌溉渠道，摧毀城鎮和村莊，具有極大的破壞力。我國不少山區常有泥石流發生，特別在森林、草坡遭到破壞的山區，泥石流的出現更為頻繁。
沉積作用和固結成巖作用 巖石風化和侵蝕後的產物在外力的搬運途中，由於流速或風速的降低、冰川的融化以及其他因素的影響，可以導致物質的逐漸沉積，這種作用稱為沉積作用。在沉積過程中，顆粒大、比重大的物質先沉積，顆粒小、比重小的後沉積，形成礫石、砂、粉砂、粘土等顆粒大小不同的沉積物。冰川的沉積作用在冰川融化時才能發生，它的沉積物顆粒大小不分，常雜亂地堆積在一起。
當流水攜帶泥沙流動時，由於流速減低，泥沙大量沉積，在河流的中下遊常常造成寬廣平坦的三角洲和衝積平原。這裡土壤肥沃，灌溉便利，是良好的農業區。
我國黃河由於河水挾帶的泥沙特別多，三角洲成長的速度很快。根據歷史的記載推算，自1855年～1954年，河口海岸線在實際行水年間，平均每年向海推進180米；1976年～1987年，河口岸線共向海伸長29 000米。
風力吹揚沙塵，當風力減弱時，沙塵便會沉落。由於沉積物質的不同，有的地方成為沙漠，有的地方成為黃土。帶有大量沙粒的氣流，如果遇到灌叢或石塊，風沙受阻堆積下來，就形成沙丘。沙丘是沙漠地區基本的地表形態。如果沒有植被的滯阻，沙丘在風力作用下則成為流動沙丘。它會掩沒農田村舍，破壞交通。因此，控制沙漠的擴展是人類改造自然的一個重要方面。
沉積物經過物理的、化學的以及生物化學的變化和改造，變成堅硬的巖石，這種作用叫做固結成巖作用。
地面上風化、侵蝕、搬運和沉積作用是相互聯繫的統一過程。巖石經過風化就容易被侵蝕，而侵蝕作用又為新裸露地表的巖石接受風化提供條件。有了風化侵蝕的產物，才有被風、流水、冰川、海浪等動力進行搬運沉積的可能。這幾種作用長期地緩慢地進行著，不斷地改變著地表形態。
人類活動與地表形態 地球上各種不同的地表形態對人類的活動有很大影響，而人類的活動又在一定程度上改變著地表形態。
在古代，我國的黃河中下遊地區，非洲的尼羅河三角洲，西亞的兩河流域，是人類文明的搖籃。它們的發展是和那裡地勢平坦、水源充足、交通便利等優越的自然條件相聯繫的。地球上那些地表崎嶇、水源奇缺的高寒區，或者是極端乾旱的大沙漠中心，至今仍然缺乏人類生活的條件。
隨著生產力水平的提高和人類社會的進步，人類活動對地表形態的影響也逐步增大。例如，填海造陸、開挖河道、修建水庫等，人類活動不斷地塑造著新的地表形態。世界聞名的低地國家荷蘭，有將近一半的土地海拔不到一米高，27％在海平面以下。荷蘭人民早在13世紀就築堤造壩，用風力排水，把海灘變成農田，迄今已增闢土地7 000平方千米，相當於荷蘭全國面積的1／5。我國在1949年以後，興建了治理黃河、淮河、海河的大型水利工程，開挖了許多人工河道，修建了許多水庫，這些都是人類活動改變地表形態，趨利避害的措施。
如果人類活動違背了自然規律，對地表形態的破壞就會產生消極的有害作用。現在世界上約有三分之一以上地區屬於乾旱區，這些地區大部分是荒漠。但是有些荒漠並非原來如此，而主要是人類活動造成的。例如，由於不合理的墾殖和放牧，森林與草原遭到破壞，世界若干地區荒漠化的發展速度驚人。據估計，撒哈拉沙漠過去50年吞沒了65萬平方千米宜農宜牧的土地。30年代，美國中西部大草原被破壞，造成了頻繁的「黑風暴」，颳走了3億噸塵土。50年代，原蘇聯開墾中央大草原，引起大風暴，遭受風蝕的耕地面積達幾千萬公頃。在我國，由於森林和草原被破壞而造成的後果也很嚴重。我國荒漠化的土地約有17萬平方千米，其中近半個世紀以來形成的荒漠化土地約5萬平方千米，大部分是濫墾和過度放牧造成的。我國的黃河流域，古代曾有很多森林和草原，由於幾千年來人類活動的破壞，現在森林和草原已經很少，土壤缺乏植被保護，水土流失嚴重。黃土高原被侵蝕得千溝萬壑，黃河流域每年被衝走的泥沙達十幾億噸。
因此，在世界人口日益增多，人類活動更加頻繁的今天，人類必須很好地認識自然，掌握其發展變化的規律，使地表形態的改變，向著有利於人類生產和生活的方向發展。
問題和練習
1．外力作用有哪些主要表現形式？它們之間的關係如何？
2．風化作用是如何進行的？它受哪些因素的影響？
3．流水的侵蝕作用對地表形態有什麼影響？觀察當地大雨以後地表水土流失的情況，緩坡和陡坡、有植被和無植被地面各有什麼不同。
4．風力作用塑造的地形有什麼特點？
5．人類活動和地表形態有什麼關係？試舉例說明。
第七節 地殼的演化
人們利用地殼巖石中存在的微量的放射性元素的衰變規律①，測定地球的年齡為46億年。地殼有一部漫長的演變歷史，一部不斷變化、不斷發展的歷史。
地層和化石 地殼在發展過程中形成了各個時代的地層，在地層中還保存有各種化石，它們是記錄地球歷史的「書頁」。研究地層的性質、厚度、相互關係以及化石，可以了解地殼的變化過程。在正常情況下，地層是按順序排列的，老的在下，新的在上，呈水平狀態。但是，由於構造運動的影響，自然界的地層往往錯綜複雜，有的地層傾斜甚至層序顛倒，有的地層缺失。如何確定地層的時代和順序呢？人們對地層中所含的化石進行了研究和利用。
地層中的化石，多數是古生物的遺體，如骨骼、貝殼等，少數是古生物活動的遺蹟，如足印、蟲穴、糞便等。生物是由低級到高級、由簡單到複雜不斷地進化的。不同時代的地層一般含有不同的化石，而相同時代的地層裡往往保存著相同或近似的化石。這樣，我們可以根據巖層中保存下來的生物化石，確定地層的順序和時代。如含三葉蟲、大羽羊齒化石的，為古生代地層；含恐龍化石的，為中生代地層等。
地層由各種各樣的物質組成。有礫石、砂等粗粒物質，有粉砂、粘土等較細物質，還有淤泥、化學沉積等細粒物質。地層中包含的化石，有的是陸地或淡水生物，有的是海洋生物。根據巖層組成物質的性質和化石特徵，可以推知巖石沉積時的環境特徵。例如，在溫暖廣闊的淺海環境中，可以形成由珊瑚礁組成的石灰巖；在溼熱的森林茂密地區，可以形成有豐富植物化石的含煤地層，等等。
地殼的演化史 人們根據地層順序、生物演化階段、地殼運動和巖石的年齡等，把地球的歷史分成五個代：太古代、元古代①、古生代、中生代、新生代；每個代又分為若干個紀。人們把組成地殼的全部地層所代表的時代，總稱為地質年代。
（一）太古代（距今25億年以前） 地球上是一片深淺多變的廣闊海洋，沒有寬廣的大陸。海洋裡分散著一些火山島，陸地上只有些禿山，一片荒涼。那時，巖漿活動劇烈，火山噴發頻繁，經常出現煙霧滿天的景象。太古代地層大都是變質很深的巖石，我國的泰山，就是由這些古老巖層構成的。太古代是形成鐵礦的重要時代。太古代時，海水中逐漸形成了一種類似蛋白質的有機質，慢慢就成為最原始的生命體。
（二）元古代（距今25億年～6億年） 現在的陸地在那時仍大部被海洋所佔據。那時地殼運動劇烈。元古代晚期，出現了若干大片陸地。元古代時，海水裡的生命活動明顯地加強了，除單細胞生物外，在海水裡已有藻類、海綿等低等的多細胞生物出現。「元古代」的意思，就是原始生物的時代。
（三）古生代（距今6億年～2.5億年） 古生代是地殼發生劇烈變動的時期，許多地方反覆上升和下沉。古生代早期，還是海洋佔優勢的時代，生物大大發展，是海生無脊椎動物空前繁盛的時代。海水裡出現了許許多多種動物，如三葉蟲、珊瑚等。到了中後期，陸地面積大大增加，亞歐大陸和北美大陸的雛形已基本形成。我國東北、華北已抬升成陸地。中期時，出現了脊椎動物——魚類；到後期，魚類逐漸演化成兩棲類，動物從海洋向陸地發展。這時北半球的氣候炎熱潮溼，陸地上出現了大片植物，特別是蕨類植物繁生，森林茂密。古生代後期是重要的造煤時期。
（四）中生代（距今2.5億年～0.7億年） 我國大陸輪廓已基本形成。環太平洋地帶地殼運動激烈，形成高大山系，也帶來了豐富的金屬礦產。生物的變化很大，爬行動物盛行，大大小小的恐龍①繁生。後來空中出現了始祖鳥②，爬行動物的一支開始向鳥類發展。中生代時期，蕨類植物趨向衰退，出現了大量的較高級的裸子植物。因此，中生代也是一個重要的造煤時期。
（五）新生代（距今0.7億年至現在） 新生代是最新的一個代，又分為第三紀和第四紀。第三紀時發生了一次規模巨大的造山運動——喜馬拉雅運動，現在世界上的許多高山都是在這次運動中造成的。這時，地球上的面貌，如海陸分布、山嶽的位置、江河的流向等，跟現代接近。哺乳動物和被子植物大發展。出現了靈長類。第四紀（距今二三百萬年）出現了氣候寒冷的時期，稱為第四紀冰期。冰期來臨時，氣候變冷，陸地上冰川覆蓋面積加大，海面下降一百多米，許多大陸架成了大陸間人和動物來往的通道。第四紀冰期又分為若干亞冰期。兩個亞冰期之間是間冰期，這時氣候轉暖，海面上升，海水浸沒了若干低洼的地方。第四紀出現了人類，這是生物發展史上的重大飛躍。
地球有悠久的過去，還有著漫長的未來。生物的出現和進化只是其中的一小段，而人類的歷史更是短暫的一瞬。地球演化史有力地證實了「自然界總是不斷發展的」這一真理，證明了新陳代謝是宇宙萬物的普遍規律。
問題和練習
1．為什麼說地層和化石是地球歷史的「書頁」？
2．地史上劃分為哪五個代？中生代、新生代在地殼運動和生物發展上各有什麼主要特徵？
3．畫一個鐘表面，把整個地球發展歷史比作12小時，根據下頁地質年代表上五個代和第四紀的距今時間，計算它們在鐘表面上大約各佔多少時間，把它們畫出來。
4．利用假日，組織野外觀察，看看當地的巖石、地質構造和地形的情況，並利用所學知識加以解釋。