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地球表层水平运动对城市人类发展的影响081577洪欣阳【内容提要】地球在演变，地球表层也在运动。其势必对人类社会发展产生影响。而城市是现代社会政治、经济和生活的重心，随着世界经济一体化的进一步加剧，国内外城市化的进程迅速发展。可以预见，我国必将面对我国城市机体迅速扩大所产生的各类与地学研究有关的问题。地球的运动对人类未来发展的影响将主要产生于城市。本文中，主要从地球表层的水平运动的产生原应，人类对其的研究历史，以及对城市人类发展的影响等方面展开论述。【关键词】地壳水平运动城市发展城市地球物理学1地壳运动.1概述由内应力引起地壳结构改变、地壳内部物质变位的构造运动叫地壳运动。地壳运动实际上是指岩石圈相对于软流圈以下的地球内部的运动。岩石圈下面有一层容易发生塑性变形的较软的地层，同硬壳状表层不相同的软流圈。软流圈之上的硬壳状表层包括地壳和上地幔顶部。地壳同上地幔顶部紧密结合形成岩石圈，可以在软流圈之上运动。岩石圈的运动不仅决定了地表轮廓和水圈的分布，还影响着生物圈的分布，并改变了大气环流，以致影响着整个地球表层环境。1.地壳运动的分类地壳运动按运动的速度可分为：长期缓慢的构造运动。较快速的运动。按运动方向可分为：水平运动。指组成地壳的岩层，沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系，以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。垂直运动。又称升降运动、造陆运动，它使岩层表现为隆起和相邻区的下降，可形成高原、断块山及拗陷、盆地和平原，还可引起海侵和海退，使海陆变迁。按运动规律来讲，地壳运动以水平运动为主，有些升降运动是水平运动派生出来的一种现象。1.地壳运动产生的物理条件和力学机制总的来说，每一地质时期的地壳运动，都是地球内力和外力矛盾斗争的产物。内力来源于放射性元素蜕变产生的热能、地幔物质的热对流、地球自转所产生的动能等。地壳的水平运动和垂直运动，以及随之产生的褶皱、断裂、火山喷发、岩浆侵入、地震等等，都是地球内力作用的表现。内力作用是造山、造海，使地球表面崎岖不平，是地壳发展的主导因素。外力来源于地球以外的太阳能，包括风化、流水、冰川、风、波浪、海流等等，它们以缓慢的、不显著的方式对地球表面进行精雕细刻，时刻都在改变着由内力作用所形成的起伏形态，高山被夷平，洼地被充填，使地面趋于平缓。内力与外力是对立的，又互为影响，相互转化。比如，从局部地区来说，例如地壳上升，河流侵蚀复活，产生强烈的下切作用；地壳下沉，河流沉积作用加剧，这体现了内力变化影响到外力变化。又如久经侵蚀的高原山岭，高度和体积逐渐降低和减小，使地壳内部压力减少，从而失去平衡，引起地壳上升，这表明外力的变化导致内力的变化。从全球来说，每经历一次强烈地壳运动，海陆轮廓变迁，地面高低起伏，使地壳处于一个新的平衡状态。接着地壳运动转入一个长期的缓慢的变化阶段，外力开始占主导地位，通过风化流水等营力对地表的塑造，来改变地壳原来的平衡状态。当缓慢的运动长期进行，量变逐渐达到一定程度，就会破坏原来的平衡，孕育着一次新的质变，即新的强烈地壳运动的产生，预示地表又将经历一次翻天覆地的变化。1.地壳水平运动的发现历史我们早已知道，传统地质学最早发现了地球表层的垂直升降运动。其证据是在高山上发现海相的沉积岩，并且有海中特有的贝类化石。这表明某些大陆地区的地壳在过去的地质年代中曾经是海洋。地质学中有所谓海进和海退之说，表明局部地壳是有升降变化的。但是传统地质学否认地球表层曾有过大尺度的水平运动。1910年，德国地球物理学家阿尔弗德雷魏格纳在病房的世界地图上发现，非洲的西海岸和南美洲的东海岸形状十分吻合，从而推测太古时代地球上的大陆是连在一起的巨大板块，后因大陆不断漂移，才形成今天的各个大陆。为了证明自己的发现，他进行了大量的考证工作，找到了许多事实，提出大陆漂移的假说。 20世纪60年代以后，一系列的地学研究成果终于证明了地球表层在地球的历史中曾经有过大规模的水平位移，各大陆的相对位置曾有过显着的变化。最主要的证据是： 全球地震带勾画出6大板块的轮廓，证明地球表层的岩石圈不是完整的一块。 古地磁学的研究表明，由各大陆岩石磁性所得到的古地磁极位置不相重合，而根据各大陆不同地质年代的岩石磁性所绘制的极移曲线，在近代趋向重合于今地磁极位置。 大洋中脊两侧的磁异常条带，表明海底地壳在不断从中脊向两侧扩张，各板块所负载的大陆岩石圈随之发生水平漂移。1.地壳水平运动的表现1.5.1褶皱岩层的弯曲现象称为褶皱。岩层在构造运动，或在地应力作用下，改变岩层的原始产状，不仅使岩层发生倾斜，而且大多数形成各式各样的弯曲。褶皱是岩层塑性变形的结果，是地壳中广泛发育的地质构造的基本形态之一。褶皱的规模可以长达几十到几百千米，也可以小到在手标本上出现。地壳发生褶皱隆起，常常形成山脉。世界许多高大的山脉，如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、安第斯山等，都是褶皱山脉。它们是由地壳板块相互碰撞、挤压，在板块交界处发生大规模褶皱隆起而形成的。根据褶曲轴面产状并结合两翼特点分类可分为（图111）：（1）直立褶曲轴面直立，两翼向不同方向倾斜，两翼倾角相等，两翼对称，故又叫对称褶曲。（2）倾斜褶曲轴面倾斜，两翼向不同方向倾斜，两翼倾角不等，两翼不对称，故又叫不对称褶曲。（3）倒转褶曲轴面倾角更小，两翼向同一方向倾斜，其中一翼岩层发生倒转，两翼角相等或不等。（4）平卧褶曲也叫横卧褶曲，轴面水平或近于水平，两翼岩层的产状也近于水平；一翼层位是正常的，另一翼层位发生倒转。（5）翻卷褶曲轴面翻转向下弯曲，此种褶曲在外观上是向（背）斜，实际上是背（向）斜，通常由平卧褶曲转折端部分翻卷而成。图111褶皱变形素描图（据蓝淇锋，）上述五种褶曲，基本上反映了褶曲变形程度从轻微到强烈、从简单到复杂的过程以及水平挤压力的不同强度。但不能绝对化，有时与岩性和构造条件等有关。可见，褶曲的形态是多种多样的，但是，基本形式可以被总结为背斜和向斜两种。背斜岩层一般向上拱起，向斜岩层一般向下弯曲。在地貌上，背斜常成为山岭，向斜常成为谷地或盆地。但是，不少褶皱构造的背斜顶部因受张力，容易被侵蚀成谷地，而向斜槽部受到挤压，岩性坚硬不易被侵蚀，反而成为山岭。褶皱的应力分析（图112，图113）。图112 褶皱的应力分析（1）据上图示，背斜顶部因受张应力作用，极易形成一组平行轴面的张裂隙，给外力侵蚀作用提供了条件，如果核部岩层较软，那就更相得益彰，最后侵蚀谷地。图113 褶皱的应力分析（2）在向斜槽部，因受压应力作用，岩石往往挤压密实，难于破坏，如果核部岩层较硬，那就更难侵蚀风化，最后突起形成高山。1.5.2断裂地壳中的岩石（岩层或岩体），特别是脆性较大和靠近地表的岩石，在地壳运动产生的强大压力或张力，超过了岩石所能承受的程度，岩体就会容易产生断裂和错动。总称为断裂构造。通常根据断裂岩块相对位移的程度，把断裂构造分为节理和断层两大类。本文简要介绍断层。断层的要素有：断层面，断层线，断盘和断距（位移）根据断层两盘相对位移的关系，断层可分为：正断层，逆断层，平推断层和斜滑断层。（图114）图114 断层的分类在地貌上，大的断层常常形成裂谷或陡崖，如著名的东非大裂谷、我国华山北坡大断崖等。断层一侧上升的岩块，常成为块状山地或高地，如我国的华山、庐山、泰山；另一侧相对下沉的岩块，则常形成谷地或低地，如我国的渭河平原、汾河谷地。在断层构造地带，由于岩石破碎，易受风化侵蚀，常常发育成沟谷、河流。2城市地球物理学2.1展开研究的必要性当前，城市的快速发展已成为全球的共同趋势。联合国的统计资料1表明，人口城市化的趋势在不断地加速发展。图1表示了这种发展趋势。图11 世界城市人口占总人口的比例第二次世界大战以后，许多国家的城市需要重建，世界范围内的城市化进程加速，这些都要求对城市进行全面的研究和规划，促使大批地理学家投入城市研究或城市规划工作。城市化问题使得传统地球物理学的研究方法、研究对象和研究内容面临新的机遇和挑战。20世纪初，地震波证实了地球铁核的存在，证明了2900km深度存在地核与地幔的边界。30年代，地球物理方法发现了地球内核的存在，在此基础上，科学家提出了地球内部分层模型。20世纪中期，各种地球物理勘探方法初步形成。4050年代，地球物理学的主要研究对象是勘探固体矿产资源，6070年代在此基础上增加了石油和天然气，8090年代又增加了水资源。随着工业化进程的加快，环境问题也日益成为地球物理学的研究对象。总而言之，20世纪地球物理学的研究对象是以自然资源为主。20世纪末的全球性城市化发展趋势，使21世纪的地球物理学不可避免地要面对诸多的城市问题。80年代以来，由于地球科学各分支学科的日益成熟和全球环境问题的日益突出，人们认识到地球各圈层相互作用以及人类活动的重要性，地球科学的发展开始进入地球系统科学的新时代。城市地球物理学的发展在这样的时代背景下产生。传统地球物理学的主要研究对象是自然现象，而城市地球物理学则主要研究自然现象与人类活动的相互作用。因此，在城市地球物理学研究中，除了自然科学问题之外，还应强调科学与社会的结合、各相关学科的综合及与各社会部门的协调。而凭借着城市地球物理学的发展，我们对很多问题也会有更新，更全面的看法与结论。3地壳水平运动对人类城市社会发展的影响及对人类认识地球的作用。3.1加快城市建设的速度了解地质构造规律，对于城市中人们的很多工程建设有很大帮助。比如，在工程建设方面，如隧道工程通过断层时必须采取相应的工程加固措施，以免发生崩塌。等等。3.2为城市发展提供有力的资源保障。城市发展需要大量资源与矿藏。而在了解了地球水平运动及其他相关的知识后，对我们找油，找矿的效率就可大大提高，从而推进了城市发展的速度：如我们知道，含石油、天然气的岩层，背斜是良好的储油构造；向斜构造盆地，利于储存地下水，常形成自流盆地。水库等大型工程选址，应避开断层带，以免诱发断层活动，产生地震、滑坡、渗漏等不良后果。3.3有效预警城市灾害的发生，减少损失。我们知道，地壳无时不在运动，但一般而言地壳运动速度缓慢，不易为人感觉。特别情况下，地壳运动可表现快速而激烈，那就是地震活动，并常常引发山崩、地陷、海啸等等。而受这些灾害最大的影响的，即是人口密度高，高新知识产业集中的城市了。如图所示，地震造成的损失也主要集中在城市设施，如工业，服务业等。因此近年来，许多国家都将预警重点放在了城市。图地震造成的损失另外，根据国家汶川地震专家在国务院新闻办公室举行的发布会上所说，汶川地震的震源深度为15公里左右。通过现场地震地质构造的考察及多种观测资料的分析，位于龙门山的映秀北川断裂即是汶川地震的发震主断裂。从龙门山及其外围地区多年连续观测的地球物理资料来看，此次地震之前尚未能认定有显著异常，未能给出短期和临震预报。有人说汶川地震是青藏高原惹的祸，表面如此，实际上是印度板块惹的祸。汶川地震给科学家上了一课，过去往往关注那些位移量大的地区，如鲜水河断裂等，每年位移量是龙门山的好几倍，地震也频繁，可是位移量由大变小的地区，即使位移量不大，也应当高度关注，因为应力和应变正在聚集之中，可能爆发大地震，汶川就是如此。由此可见，如果我们能重视对于地壳运动，尤其是水平运动的变化，那么就有可能对像这样的天灾人祸做出正确的预警，它所造成的损失就会大大地降低，将会更有利于我们人类的发展于进步。4结语地壳的运动不仅在自然力作用下发生变化，而且人类活动作为地球上有关过程的一种作用力也对其有一定的影响。相对的，地壳运动所产生的影响也不仅仅限于自然，而是对人类的生活也会产生影响。进入21世纪，我们应该从人地关系的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境的协调发展提供科学理论基础，使人居环境得到最大限度地改善，同时又要保持地球的“健康”演化，使地球物理学研究在人类社会发展中体现出自身的价值。如，如何合理地利用地球资源，帮助工业界解决难题，改善地球的可居住性等等。研究地壳的运动规律，趋势等也是其中重要的一环。为此，作为地球物理学研究的一部分，地球地壳运动的研究也应该作出其应有的贡献。【参考文献】1United Nations.World Demographic Estimates and Projections(1950-2025)M.New York:Press of United Nations,1990.2National Statitics Bureau of China.50 Years of city dreamsN.China Daily,National Day Special:50th Anniversary,1999-10-01(1).国家统计局.50年的城市梦N.中国日报国庆50周年专刊，1999-10-01(1).3 地质学基础 (宋春青，张振春)第四节 褶皱构造4 中国科协学科发展研究系列报告-2008-2009地球物理学科发展报告5 Zhou Ganzhi.Urban area-a typical open complicated macrosystemA.In:Song Jian,ed.Proceeding of workgroup on Qian Xuesens Contribution and Academic IdeasC.Beijing:China Science and Technology Press,2001.周干峙.城市及其地区一个典型的开放的复杂巨系统A.见：宋健主编.钱学森的科学贡献暨学术思想研讨会论文集C.北京：中国科学技术出版社，2001.