內力作用

構造、表面形態發生變化的作用

內力作用的能量是來自地球內部、促使地球內部和地殼的物質成分、構造、表面形態發生變化的各種作用。其能量主要包括來自地球自轉產生的旋轉能和放射性元素蛻變產生的熱能。內力作用的表現形式有地殼運動、岩漿活動、變質作用和地震等。內力作用的結果,使地球表面變得高低不平,形成高山和盆地。成為塑造地球表面形態的主力軍,對地殼物質的形成和發展起主導作用,也是形成地形的基本力量。

來源


地球內部作用力來自熱能、化學能、重力能以及地球旋轉能等。由地球內部這些力所產生的作用,稱為地球的內力作用。大陸上的山地、盆地、高原等,大洋底部海嶺、海盆、海溝等地形的形成過程中,內力作用起著主導作用。

表現形式


內力作用表現形式有兩種 垂直運動 或 水平運動,具體體現為地殼運動、地球深處岩漿活動和變質作用以及地震。

地殼運動

地殼運動又稱構造運動或大地構造運動,是指引起地殼結構改變和地殼物質變位的一種運動。例如,海侵、海退、隆起和拗陷,等等。根據地殼運動方向,可分為水平運動和垂直運動兩種基本形式。地殼物質大致平行於地球表面,即沿著大地水準面切線方向進行運動,叫水平運動。它主要是由於地球水平方向作用力引起的,表現為地殼岩層的水平移動,使岩層在水平方向上遭受不同程度的擠壓力和引張力,產生褶皺和斷裂構造。我國的昆崙山祁連山等以及世界上許多山脈,就是通過擠壓褶皺而形成的。所以,有人將水平運動稱造山運動。地殼物質沿著地球半徑方向緩慢的升降運動稱垂直運動。升降運動通常表現為大規模隆起和相鄰地區拗陷,引起地勢起伏或海陸變遷,故有人將垂直運動稱造陸運動。水平和垂直運動雖有區別,但實際在時空上常有聯繫。

火山爆發

地球內部能量的積聚和釋放可能表現為岩漿活動。地球內部熱能累積到一定程度,變為灼熱的岩漿產生巨大壓力,它衝破地殼薄弱常噴出地表,即為火山噴發。火山噴發物包括氣體、熔岩、火山灰等,通過火山口噴出,其中大部分火山物質在火山口周圍堆積,形成火山錐。如長白山頂部天池即為火山口積水而成,周圍16座山峰都是火山岩堆積而成。大洋底部同樣有火山噴發,有的火山物質堆積露出海面,形成火山島,如太平洋中的夏威夷群島

地震

地殼自然快速顫動叫地震,它是地球內部能量釋放經常發生的有規律的自然現象。地下發生地震處稱震源,它在地面下的深度即震源深度。和震源相對應的地面上的一點叫震中。地震引起的振動以波的形式從震源向四周傳播,稱地震波質點振動方向與震波傳播方向一致,稱縱波,在地殼內波速約5—6公里/秒;質點振動方向與震波傳播方向相垂直,稱橫波,在地殼內的波速約3—4公里/秒。由於地震波波形不同,波速不等,地震時縱波速最快,故人們首先感到上下跳動,而後橫波到達,人們才感到左右搖晃。地震強度以震級和烈度來表示。震級是地震能量等級和釋放能量的大小。烈度是地震在一定地點產生或可能產生的破壞程度的度量。
一次地震只有一個震級,它是根據地震台站地震圖上記錄的最大振幅的地動位移與相應周期,參考有關數據,按一定公式計算出來的。震級與釋放的震波能量密切相關,震級每增大一級,能量約增33倍。震級無上限。迄今記錄到最大震級是1960年5月在智利發生的8.9級地震,它掀起的巨大海嘯,推起10米余的波牆,震感波及到萬餘公里的日本海岸。多數地震人們無感受,稱微震;人們可直接感受到的,稱有感地震,約3級;5—7級地震,對地表和地物會有不同程度破壞,稱強震或破壞性地震;7級以上為大地震,破壞性很大。同一次地震,各地破壞程度不一。一般離震中越近,烈度越大;離震中遠,地震漸減弱,烈度減小。在震級相同下,震源越淺,破壞性越大;震源越深,破壞減小。現在國際上通用的地震烈度分為12級,人無感的為1度,一切建築物被毀為12度。強震是一種嚴重自然災害。1976年7月28日,我國唐山發生7.8級大震,死亡24萬多人。
地震的誘發因素有多種,由地下岩石的構造活動而引起的叫構造地震,最常見,波及範圍廣,並可造成巨大破壞;由火山噴發而引起的叫火山地震,一般影響範圍和強度均不大;岩洞崩塌引起陷落地震;人們鑽探、修水庫等也可誘發地震,稱人為地震。按震源深度可分為深源地震,深300—700公里;中源地震,深70—300公里,淺源地震,深<70公里;其破壞性大。
地震可能造成巨大災難,故要做好地震預報工作實踐證明,震前是有異常現象的,如地球磁場、重力場異常,地應力、地傾斜變化,地下水位及地下水化學成分突變,某些動、植物及天氣異常等。人們綜合各方面的預兆,提前發出即將發生地震的地點、時間和強度的地震預報和臨震預報,但地震具有一定的突發性,或發生震中遷移,所以準確預報並不容易。

褶皺斷層


褶皺和斷層是地殼內力作用引起地殼運動的重要證據,它使地殼變形成嶺、谷和盆地。

褶皺

沉積岩層原始狀態呈水平層狀。經地殼運動,原始岩層受擠壓,產生波狀彎曲,稱為褶皺。
褶皺的基本形式分為背斜和向斜。背斜是指褶皺中心岩層向上隆起,兩側岩層向外傾斜;向斜是指褶皺中心向下凹陷,兩側岩層向中心傾斜。背斜成山,向斜成谷。但也可能出現背斜是谷,向斜成山的地形。這是因背斜中心部分岩層向上變曲產生張力,導止岩層破裂,易受風化和剝蝕,被蝕成谷,稱次成谷;向斜部分受擠,凹地接受風化崩落物堆積,基岩受保護,最後反而殘留成山,稱次成山。有的背斜一側可能岩層軟硬相間,軟岩易受蝕成谷地,硬岩抗蝕力強,突起成嶺。所以背斜和向斜應根據岩層傾向和向新老接觸關係來判別(見圖1-30)。

斷層

岩層受力產生破裂稱為節理,破裂所在的面稱為節理面。地殼運動沿節理面兩側岩塊發生相對位移,稱為斷層。斷層種類很多,最基本的是正斷層逆斷層(圖1-31)。斷層可能組合出現,兩側斷裂上升,中間陷落成為陷落谷地。
研究褶皺、斷層等地質構造現象對建設有重要意義。例如,地下水常在斷層帶出露;電站、橋樑、水壩不宜設在有斷層的部位,因斷層帶岩石破碎,地基不穩。

地殼運動原因


根據地殼物質的結構、構造、形態及各大陸物質的對比人們發現地殼是不斷地發生運動,有時緩慢,有時劇烈。地球的各個部分運動的速度和規模時空上也有差別。地殼為什麼會發生運動呢?科學家們根據已獲得的資料,對地殼的運動提出以下幾種推理:

大陸漂移

1912年,德國地球物理學家魏格納根據大西洋兩岸大陸存在的許多相似性,包括兩岸海岸線形狀的吻合。地層和古生物的一致,認為構成地殼大陸硅鋁質物質較輕,它像航船一樣漂浮在地殼基層,質較重的硅鎂層之上移動。到本世紀五十年代中期以後,這一假說得到大量而有力的科學資料所證實。這些資料認為在地殼發展歷史延續到古生代的二疊紀時,地球上只有一個聯合古陸(圖1-32(1)),大西洋和印度洋均不存在,非洲東岸與南極大陸相連。此後,由於聯合古大陸分離向各方漂移,才逐漸步入今日全球海陸分佈的勢態(圖1-32)。
大陸為什麼會發生漂移?以後產生的海底擴張說回答了這個問題。

海底擴張

六十年代初,科學家們根據大洋地質、地貌、地球物理和海底測量資料,認為大洋地殼在地幔軟流圈對流的驅動下,每年以幾厘米速度移動,由於岩漿通過洋中脊上升,到達頂部冷卻、固結形成新的大洋地殼;而後,繼續上升的岩漿把已經形成的大洋地殼推向兩側,從而使海底得到不斷擴張。擴張著的大洋地殼移動到島弧一海溝帶,便俯衝到大陸地殼之下,為地幔所吸收同化。正是由於海底不斷擴張,比較輕的硅鋁層大陸也就可以在比較重的硅鎂層上移動。

板塊構造

板塊構造說是大陸漂移、海底擴張說的進一步引伸,三者彼此聯繫,形成全球大地構造體系。板塊說認為漂浮於軟流圈之上的地球岩石圈並非鐵板一塊,而是被一些構造活動帶(例如海嶺、島弧、水平大斷裂)所分割,形成不連續的單元,稱為板塊。全球共劃分六大基本板塊:亞歐板塊、美洲板塊、非洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊和南極洲板塊。除太平洋板塊完全是水域外,其餘板塊包括大陸和領近的海洋。板塊內部地殼相對穩定,兩個相鄰板塊交接帶,正是地殼活動帶,火山、地震活動強烈頻繁。兩個板塊相碰撞,岩層受到擠壓形成山嶺,同時有岩漿侵入與火山噴發。喜馬拉雅山正是由於印度洋板塊向北漂移,受到亞歐板塊抵抗而隆起的,今日的雅魯藏布江谷地就是印度洋板塊與亞歐板塊交接帶,稱為地縫合線;印度洋板塊斜插到亞歐板塊之下,兩個板塊相疊加,從而造成青藏高原巨厚地殼。太平洋板塊從東南方向由島弧外海斜插到亞歐板塊之下,受到亞歐板塊抵抗,從而造成我國東南部一系列北東走向山嶺,同時產生大面積岩漿侵入與火山噴發。

板塊構造


圖為東非大裂谷
圖為東非大裂谷
全世界大約有2000多座死火山,500多座活火山,受岩漿活動的影響有的在近期仍有噴發。地球上受地殼運動的影響,差不多時刻都有地震發生。平均每年約有500多萬次地震。當然,絕大多數是需藉助靈敏的地震儀才能測到。一般有感地震每年也有5萬次,7級以上的大地震每年約有20次。火山和地震的分佈都有一定規律。一是環太平洋的沿岸和島嶼地帶;二是地中海沿岸向東經喜馬拉雅山與環太平洋帶匯合;三是大洋海嶺帶、大陸裂谷帶(如東非大斷裂帶)(見圖)。
對照世界六大板塊分佈與火山、地震分布圖。人們清晰地看到,火山和地震都集中在各板塊之間 的縫合帶或俯衝帶上環太平洋火山、地震帶正處於太平洋板塊與東岸的美洲板塊,西岸的亞歐板塊的交接帶上兩個板塊之間相撞,岩層受擠壓,隆起成高山,同時有岩漿侵入,火山噴發。用板塊的理論,解釋火山、地震分佈的規律已廣泛的被人們所接受。
總結:在地球幾十億年的漫長的變化過程中,內力作用是導致地形變化的一個重要因素。