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地质文化

地质百科
地质学发展历史
发布日期: 2018年05月14日  文章作者:佚名  浏览:

作为一门学科,地质学成熟的较晚。它是在不同学派、不同观点的争论中形成和发展起来的。大致经历以下时期:

萌芽时期(远古~公元1450年)

人类对岩石、矿物性质的认识可以追溯到远古时期。在中国,铜矿的开采在两千多年前已达到可观的规模;春秋战国时期成书的《山海经》《禹贡》《管子》中的某些篇章,古希腊泰奥弗拉斯托斯的《石头论》都是人类对岩矿知识的最早总结。

在开矿及与地震、火山、洪水等自然灾害的斗争中,人们逐渐认识到地质作用,并进行思辨、猜测性的解释。中国古代的《诗经》中就记载了“高岸为谷、深谷为陵”的关于地壳变动的认识;古希腊的亚里士多德提出,海陆变迁是按一定的规律在一定的时期发生的;在中世纪时期,中国的沈括对海陆变迁、古气候变化、化石的性质等都做出了较为正确的解释,朱熹也比较科学的揭示了化石的成因。

奠基时期(公元1450~公元1750年)

以文艺复兴为转机,人们对地球历史开始有了科学的解释。意大利的达·芬奇、丹麦的斯泰诺、英国的伍德沃德、胡克等等,都对化石的成因作了论证。胡克还提出用化石来记述地球历史;斯泰诺提出地层层序律;在岩石学、矿物学方面,中国的李时珍在《本草纲目》中记载了200多种矿物、岩石和化石;德国的阿格里科拉对矿物、矿脉生成过程和水在成矿过程中的作用的研究,开创了矿物学、矿床学的先河。

形成时期(公元1750~公元1840年)

在英国工业革命、法国大革命和启蒙思想的推动和影响下,科学考察和探险旅行在欧洲兴起。旅行和探险使得地壳成为直接研究的对象,使得人们对地球的研究从思辨性猜测,转变为以野外观察为主。同时,不同观点、不同学派的争论十分活跃,关于地层以及岩石成因的水成论和火成论的争论在18世纪末变得尖锐起来。

德国的维尔纳是水成论的代表,他提出花岗岩玄武岩都是沉积而成的,并对岩层作了系统的划分。英国的赫顿提出要用自然过程来揭示地球的历史,以及地质过程“即看不到开始的痕迹,也没有结束的前景”的均变论思想。水火之争促进了地质学从宇宙起源论、自然历史和古老矿物学中分离出来,并逐渐形成了一门独立的学科。在中国,出现在17世纪的《徐霞客游记》也是对自然考察所获得的超越时代的成果。至1840年,底层划分的原则和方法已经确立,地质时代和地层系统基本建立起来。

而此时的矿物学沿着形态矿物学和矿物化学方向发展,美国丹纳的《矿物学系统》标志着经典矿物学的成熟;1829年,英国的尼科尔发明了偏光显微镜,使得显微岩石学的迅速发展成为可能;法国博蒙于1829年提出地球冷缩造山的收缩说,对近百年来的构造理论产生重大影响。

19世纪上半叶,有关灾变论和均变论的争论,对地质学思想方法产生了历史性的影响。居维叶是灾变论的主要代表,他提出地球历史上发生过多次灾变造成生物灭绝的观点。英国的莱伊尔是均变论的主要代表,他坚持“自然法则是始终一致”的观点,并提出以今论古的现实主义方法。在争论中,地质均变论逐渐成为百余年来地质学及其研究方法的正统观点。

发展时期(公元1840~公元1910年)

随着工业化的发展,各工业国家都开展了区域地质调查工作,是地质学从区域地质向全球构造发展,并推动了地质学各分支学科的迅速建立和发展。

其中重要的有瑞士阿加西等人对冰川学的研究,以及英国艾里、普拉特提出的地壳均衡理论;有关山脉形成的地槽学说,经过美国的霍尔和丹纳的努力最终确立起来;法国的贝特朗提出造山旋回概念;奥格对地槽类型的划分使造山理论更加完善;奥地利的休斯和俄国的卡尔宾斯基则对地台作了系统的研究;休斯的《地球的面貌》是19世纪地质学研究的总结,同时休斯用综合分析的方法,从全球的角度研究地壳运动在时间和空间上的关系,预示了20世纪地质学研究新时期的到来。

现代地质学的发展(公元1910~ )

进入20世纪以来,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陆续形成独立的分支学科。在地质学各基础学科稳步发展的同时,由于各分支学科的相互渗透,数学、物理、化学等基础科学与地质学的结合,新技术方法的采用,导致了一系列边缘学科的出现。

地震波的研究揭示了固体地球的圈层构造以及洋壳与路壳结构的区别 ;高温高压岩石实验研究,为人们认识地壳深处地质过程提供了较为可靠的依据。所有这些都促进了地质学研究从定性到定量的过渡,并向微观和宏观两个方向发展。

20世纪5060年代,全球范围大规模的考察和探测,使地质学研究从浅部转向深部,从大陆转向海洋,海洋地质学有了迅速发展。同时古地磁学、地热学、重力测量都有重大进展,为新的全球构造理论的产生提供了科学依据。在这个基础上,德国的魏格纳于1915年提出的与传统海陆固定论相悖离的大陆漂移说得以复活。

20世纪60年代初,美国的赫斯、迪茨提出的海底扩展理论较好地说明了漂移的机制。加拿大的威尔逊提出转换断层,并创用板块一词。60年代中期美国的摩根、法国的勒皮雄等提出板块构造说,用以说明全球构造运动的基本理论,它标志着新地球观的形成,使现代地质学研究进入一个新阶段。

研究对象

地质学的研究对象是地球。地球包括固体地球及其外部的大气。固体地球包括最外层的地壳、中间的地幔及地核三个主要的层圈。目前,主要是研究固体地球的上层,即地壳和地幔的上部。包括以下内容:

1)矿物和岩石

在地球的化学成分中,的含量最高(35%),其他元素依次为氧(30%)、硅(15%)、镁(13%)等。如果按地壳中所含元素计算,氧最多(46%),其他依次为硅(28%)、铝(8%)、铁(6%)、镁(4%)等。这些元素多形成化合物,少量为单质,它们的天然存在形式即为矿物。

矿物具有确定的或在一定范围内变化的化学成分和物理特征。组成矿物的元素,如果其原子多是按一定的形式在三维空间内周期性重复排列,并具有自己的结构,那么就是晶体。晶体在外界条件适合的时候,其形态多表现为规则的几何多面体,但这种情况很少。

矿物在地壳中常以集合的形态存在,这种集合体可以由一种,也可以由多种矿物组成,这在地质学中被称为岩石。

地球中的矿物已知的有3300多种,常见的只有20多种,其中又以长石、石英、辉石、闪石、云母、橄榄石、方解石、磁铁矿粘土矿物最最多,除方解石和磁铁矿外,它们的化学成分都以二氧化硅为主,石英全为二氧化硅组成,其余则均为硅酸盐矿物。

由硅酸盐溶浆凝结而成的火成岩构成了地壳的主体,按体积和重量计都最多。但地面最常见到的则是沉积岩,它是早先形成的岩石破坏后,又经过物理或化学作用在地球表面的低凹部位沉积,经过压实、胶结再次硬化,形成具有层状结构特征的岩石。

在地壳中,在大大高于地表的温度和压力作用下,岩石的结构、构造或化学成分发生变化,形成不同于火成岩和沉积岩的变质岩。火成岩、沉积岩、变质岩是地球上岩石的三大类别。火成岩中的玄武岩、花岗岩是地球中最具代表性的岩石,是构成大陆的主要岩石。形成时代最早的花岗岩,年龄达39亿年,而玄武岩是构成海洋所覆盖的地壳的主要物质,均比较“年轻”,一般不超过2亿年。

2)地层和古生物

地层是以成层的岩石为主体,随时间推移而在地表低凹处形成的构造,是地质历史的重要纪录。狭义的地层专指已固结的成层的岩石,有时也包括尚未固结成岩的松散沉积物。依照沉积的先后,早形成的地层居下,晚形成的地层在上,这是地层层序关系的基本原理,称为地层层序律。

地层在形成以后,由于受到地壳剧烈运动的影响,改变原来的位置,会产生倾斜甚至倒转,但只要能查明其形成和变形的时间,仍可以恢复其原始的层序。在同一时间,地球上各处环境不同,在不同环境中形成的地层各有特点。在地表的隆起部位,不仅不能形成新的地层,还会因受到剥蚀而使已经形成的地层消失。

地层学研究各地区地层的划分,确定地层的顺序和相邻地区地层在时间上的对比关系。它是地质学的基础,也是地质学中最早形成的学科。

古生物是指在地质历史时期,在地球上生存过的各类生物,一般已经绝灭,它们的少量遗体和遗迹形成化石保存在地层中。通过研究这些化石,可以了解地质历史上生物的形态、构造和活动情况。

对各种古生物进行分类,可以认识生物的演化关系;依据地层中所含化石,可以断定地层的层序,生物演化的不可逆性和阶段性,使这种判断具有可靠的根据;古生物的分布和生活习性,还反映出当时地理环境的特点。古生物的研究是地质学也是生物学的重要组成部分。

3)地质构造和地质作用

地球表层的岩层和岩体,在形成过程及形成以后,都会受到各种地质作用力的影响,有的大体上保持了形成时的原始状态,有的则产生了形变。它们具有复杂的空间组合形态,即各种地质构造。断裂褶皱是地质构造的两种最基本形式。

板块运动被认为是使地壳表层发生位置移动,出现断裂、褶皱以及引起地震、岩浆活动和岩石变质等地质作用的总原因,这些地质作用总称为内力地质作用。内力地质作用改变着地壳的构造,同时为地貌的形成打下基础。

地质作用强烈地影响着气候以及水资源与土壤的分布,创造出了适于人类生存的环境。这种良好环境的出现,是地球大气圈、水圈和岩石圈演化到一定阶段的产物。地球形成的初期,大气圈和水圈的成分、质量都和现代大不相同。例如,大气曾经历以二氧化碳为主的阶段,海水是约在10亿年前才具有今天的含盐度,生物最早出现在地球形成约10亿年以后等等。

地质作用也会给人带来危害,如地震、火山爆发、洪水泛滥等。人类无力改变地质作用的规律,但可以认识和运用这些规律,使之向有利于人的方向发展,防患于未然。如预报、预防地质灾害的发生,就有可能减轻损失。中国在古代就有“束水攻沙”,引黄河水灌溉淤田压碱等经验,是利用河流的地质作用取得成功的例子。

发展趋势

地质学能观察和研究的范围和领域将日益扩大。在空间上,不但能通过直接或间接的方法逐步深入到岩石圈深部,而且对月球、太阳系部分行星及其卫星的某些地质特征,将有更多的了解。

数学、物理学、化学、生物学、天文学等其他学科的发展和向地质学的进一步渗透,先进技术在地质工作中的使用,同精细、深入的野外地质工作相结合,会使人们有可能对更多的地质现象和规律作出科学的解释进行更深入和本质性的研究。

实验条件将进一步改进,如将实验室中所能达到的温度压力提得更高,模拟更为复杂的多种可变因素的地质作用,并把时间因素也纳入模拟实验之中。

地质学理论不断得到补充、修正,尤其是各大陆所提供的有关不同地质历史时期的新资料将在很大程度上检验、发展板块构造说,进而会产生一些新的理论和学说。

在地质学的服务领域,一个重要方面是开发地球资源,其中有关矿产资源和新能源的研究,仍处于最重要的地位。同时,由于区域成矿研究的需要,将进一步加强区域地质的综合研究,并促进地层学、古生物学、沉积学、构造地质学、地质年代学,以及区域岩浆活动研究、变质地质研究等向新的水平发展。

保障人类良好的生存环境、干旱半干旱地区和沼泽地区的水文地质问题,以及工程地质问题的研究将不断扩大。环境地质学,包括环境地质调查研究,有关的微量测试技术和环境保护的地质措施等的研究日趋重要。



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