第一章 第一节 内力作用下的全球地表形态.docx

1、第一章 第一节 内力作用下的全球地表形态第一章 第一节 内力作用下的全球地表形态第一章 第一节 内力作用下的全球地表形态第一章 全球地表形态与全球气候本章从分析全球海陆分布大势入手，概括出大陆和洋底地形的主要特征，运用新的全球构造理论（大陆漂移、洋底扩张、板块构造等学说），揭示全球海陆演化的机理。本章通过对全球主要气候带和气候型的分布及其特征的论述，阐明世界气候的分布规律及气候的时空变化对全球地表的作用。全球性自然灾害问题，包括火山喷发与地震带的活动、风灾和水旱灾害、厄尔尼诺和拉尼娜现象以及沙漠化等，已引起国际社会的普遍关注，本章主要通过揭示它们的成因，分析其危害，探讨防治对策，为防灾减灾服务

2、。第一节 内力作用下的全球地表形态一、全球海陆分布大势（一）七大洲和四大洋地球上的陆地和海洋总称为地表，即地球表面。地球表面的总面积有5.1108km2，其中陆地面积1.49108km2，约占总面积的29%；海洋面积3.61108km2，约占71%。因此，海路面积之比大约是7:3。地球表面陆地按照面积大小的不同，大体分为大陆和岛屿。面积广大的陆地称为大陆，面积小且散布在海洋、河流或湖泊中的小块陆地称为岛屿。全球有六块大陆，按面积大小依次为亚欧大陆、非洲大陆、北美大陆、南美大陆、南极大陆和澳大利亚大陆。大陆和岛屿之间并没有严格的区分界限，习惯上把澳大利亚大陆（面积763104km2）作为最小的大

3、陆，把格陵兰岛（面积217.5104km2）作为世界面积最大的岛屿。“洲”的中文涵义和英文“continent”都是指“大陆、陆地”，科学上是指人们对陆地系统各要素地域差异的一个划分，即最大尺度上的划分。由于这种划分起源于公元前古希腊人对气候和文化地域差异的双重认知，因而“洲”的划分并不是完全的陆地系统的自然区别。通常把大陆及其附近的岛屿总称为洲。全球共有七大洲，按面积大小依次为亚洲、非洲、北美洲、南美洲、南极洲、欧洲和大洋洲。亚洲与欧洲地体相连，习惯上西北以乌拉尔山脉、乌拉尔河、里海、大高加索山脉黑海海峡（土耳其海峡）作为二者的分界线。亚洲西南隔苏伊士地峡（后开凿了运河）、红海与非洲相望。北

4、美洲和南美洲一般以巴拿马地峡（运河）为界。目前经常使用的拉丁美洲一词是指美国以南所有美洲地区的统称，包括莫下个、中美地峡、西印度群岛和南美洲，因这里长期沦为西班牙和葡萄牙的殖民地，现有国家中绝大多数通用属于拉丁语族的西班牙语和葡萄牙语，故人们从语言系统角度称这一具有基本相同社会经济政治特点的人文地理单元为拉丁美洲，国际上通常称“拉丁美洲和加勒比地区”。南极洲位于地球的最南端，土地几乎都在南极圈内，四周全被大洋所包围。大洋洲位于太平洋西南部和南部、赤道南北的广大海域中。其狭义范围是指东部的波利尼西亚、中部的密克罗尼西亚和西部的美拉尼西亚三大岛群；广义范围则指除上述三大岛群外，还包括澳大利亚、新西

5、兰和新几内亚岛（伊里安岛）等。地球表面广阔连续的水域称为海洋，它包括洋、海和海峡。地球上的海洋互相连通，构成统一的世界大洋。根据其地理位置及被大陆分开的情况，全球大洋分为太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋和大西洋通常以通过南美洲最南段合恩角所处的67W线为界，太平洋和印度洋通常以通过澳大利亚的塔斯马尼亚岛东南角至南极大陆的147E线为界，大西洋和印度洋则通常以通过非洲南端厄加勒斯角的20E线为界。北冰洋大致以北极为中心，为亚洲、欧洲和北美洲所环抱，是一个寒冷的海洋。（二）全球海陆分布的特点全球海陆分布很不均匀，存在以下特点：1. 陆地主要集中于北半球全球陆地主要集中于北半球，这里陆地占北半

6、球总面积的2 / 5，且在北半球的中、高纬度，陆地的分布几乎连绵不断。相比之下，南半球陆地只占其总面积的1 / 5，且在南半球的中、高纬度，陆地显著收缩，特别是在56 65S之间，除仅有少数岛屿外，几乎全部为海洋。这种现象表明地球陆地系统的形状有一个显著的特点，即除南极大陆和澳大利亚大陆以外，亚洲、非洲、北美和南美的形状都是北宽南窄。2. 多数大陆南北成对分布除南极大陆以外，所有大陆南北成对分布，即亚洲和澳大利亚、欧洲和非洲、北美和南美。而且每对大陆之间都是地壳破裂地带，形成规模较大的陆间海，即亚澳之间的亚澳陆间海、欧非之间的地中海、南北美之间的加勒比海。这些陆间海地壳极不稳定，岛屿广布，火山

7、众多，地震频繁。3. 多数大陆通过狭窄的海峡或地峡（运河）断续相连除南极大陆和澳大利亚大陆以外，多数大陆通过狭窄的海域或地峡（运河）断续相连，即亚非之间的苏伊士地峡（运河）、欧非之间的直布罗陀海峡、亚洲与北美之间的白令海峡、南北美之间的巴拿马地峡（运河）。这种状况对早期的人类迁徙，后期的洲际交往以及对陆地生物系统的扩散、交融提供了便利条件。4. 某些海陆分布具有鲜明的特点最有代表性的当属大西洋两岸大陆海岸线的走向具有明显的一致性，两岸大陆能够拼合起来，好像原来是由一块大陆分离开来似的。其次，亚洲大陆东缘弧沟系发育，即岛弧和海沟伴生。此外，南北半球极地的海陆分布正好相反，北为北冰洋，南为南极大陆

8、。二、大陆和洋底地形（一）大陆地形的主要特征地形是导致陆地系统区域差异的最主要因素之一，因此是理解世界地理的科学基础。1. 地形高低起伏悬殊全球陆地以海平面为基准，平均海拔为840 m。实际上地形高低起伏悬殊，陆地上的最高点是喜马拉雅山脉的珠穆朗玛峰，海拔8848.13 m，最低点是西南亚的死海海面，海拔为-392 m，这样，陆地的高差约9 240 m。2. 地形类型多种多样常态地形主要包括山地、高原、盆地、丘陵和平原。陆地上有两条巨大的高山带：一条是环太平洋褶皱带，它沿太平洋周边大体呈弧形延伸；另一条是阿尔卑斯-喜马拉雅褶皱带，它沿亚欧大陆中南部及非洲大陆西北缘大致呈东西向展布。两大高山带是

9、中生代末以来地壳运动的产物，是地球上最雄伟、壮观的褶皱山地，也是火山与地震活动最剧烈的地带。多数高原是以古陆块为核心经过稳定隆起而形成的，高原面起伏不大。未历经隆起和强烈褶皱的古地台构成今天的构造平原，著名的平原有东欧平原、西西伯利亚平原和亚马孙平原等。除常态地形外，地球上的特殊地貌类型应有尽有，如冰川地貌、冻土地貌、风沙地貌、黄土地貌、岩溶地貌（科斯特地貌）、流水地貌、火山地貌、海岸地貌等，也是内力、外力作用的结果。3. 地形结构因洲而异各大陆的地质构造不同，影响其地形结构各具特点。亚洲大陆地形中高周低，高大的山脉和较高的高原位于中南部，较低的高原和平原镶嵌在四周。欧洲大陆正好相反，山脉分布

10、在边缘地区，中部为广大连绵的平原。非洲是个古老高原大陆，山脉分布在西北部和南部边缘地区。至于南北美和澳大利亚大陆，则形成南北纵列的三大地形单元，即大陆中部是平原区，其东西两侧为山地或高原。（二）洋底地形的主要特征洋底地形与陆地地形同时构造运动的结果，区别在于绝对高度和外力作用的类型和程度，洋底要小得多。1. 深度大、高差大以海平面为基准，世界大洋的平均深度为3 800 m。深度大的另一个表现是，3 000 6 000 m水深的洋底总面积约为2.75108km2，约占地表总面积的54%和海洋总面积的77%。深厚的海水掩盖了洋底的本来面貌。其实，洋底地势起伏的高差要远远超过陆地，如洋底最深处的马里

11、亚纳海沟，深达11 034 m，而由洋底火山喷发形成的夏威夷群岛上的冒纳罗亚山，海拔为4 170 m，如此算来，海洋的最大高差为15 204 m。2. 洋底地形可分为大陆架、大陆坡和大洋底三部分。大陆架是指大陆周围的潜水地带，从低潮线开始以极缓慢的倾斜延伸至海底坡度显著增大的地方。世界上的大陆架占海洋总面积的7.6%。大陆架的平均坡度为007，大陆架水深0-200 m，宽度10 1 000 km以上。大陆架上生物资源非常丰富，此外，海底还蕴藏大量的石油、天然气和其他矿产资源。大陆坡是大陆架外援向洋底过渡的斜坡。其下限不等，一般为2000- 3 000 m。世界上的大陆坡占海洋总面积的8.5%，

12、平均坡度为3- 5，最大可达30- 45。大洋底是大洋的主体，约占海洋总面积的82.7%，大部分深度为2 500 6 000 m。洋底地形与陆地一样类型众多，包括洋脊、海岭、海台、洋盆、海沟等。3. 洋脊贯通四大洋四大洋中都有高峻的洋脊，且彼此相接贯通，全长约80 000 km，这是陆地上任何一条山脉所不能比拟的。其中，尤以大西洋洋脊最为典型、壮观，它宽约1 500 2 000 km，约占大西洋面积的1/ 3，相对高度约1 000 3 000 m，巍然耸立与洋底之上。而且，它的位置居中，与东西两岸的距离几乎相等，“中脊”之名即由此而来。大洋中脊既是洋底大断裂带，也是地震和火山活动带，露出洋面的

13、火山成为岛屿。三、地表形态的演化辩证唯物主义自然观认为，地球自形成以来，就处于永恒的运动和变化之中。地球内营力和外营力的矛盾斗争是地表形态演化的动力。造山运动、火山爆发、地震活动等地球内营力的作用是造山造海，使地表崎岖不平；而风化、流水、冰川、海浪等地球外营力的作用则是削高填低，使地表趋于夷平。内力和外力既互相对立，又互为影响，互相转化。可以说，整个地壳就是在运动和平衡的交替中发展演化的。每经历一次强烈地壳运动，地球的海陆面貌可发生巨大的变化，地表高低起伏加大，使地壳处于一个新的平衡状态。接着地壳运动便转入一个长期的缓慢的变化阶段，风化、流水等外力作用对地表进行精雕细刻，逐渐改变地壳原来的平衡

14、状态。当缓慢的运动长期地进行，量变逐渐达到一定的程度，就会破坏原来的平衡，孕育着质变的产生，即产生新的强烈地壳运动。总之，地表形态的演化史就是短促的强烈内力作用和长期的缓慢外力作用不断更替的周期性过程。20世纪70年代魏格纳提出的板块构造理论，是20世纪地球科学中最重要的发现之一，有人称之为地学界的一次革命。应用该理论，可以较好地解释地表形态的演化历程。（一）板块的划分和板块运动1. 板块的划分所谓板块指的是岩石圈板块，包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部。在地幔对流的驱动下，岩石圈板块驮覆在地幔软流层上，像传送带那样作大规模水平运动，大陆只是传送带上的“乘客”。板块构造学说归纳了大陆漂移、海

15、底扩张等学说的重要成果，及时吸收了当时对岩石圈和软流圈所获得的新认识，从全球整体的角度，系统的阐明了岩石圈活动与演化等重大问题。板块构造学说的基本思想是：在固体地球的上层，存在比较刚性的岩石圈及其下伏的较塑形的软流圈；地表附近较刚性的岩石圈可划分为若干大小不一的板块，它们可在塑性较强的软流圈上进行大规模的运移；海洋板块不断新生，又不断俯冲、消亡到大陆板块之下；板块内部相对稳定，板块边缘则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动强烈的地带；板块之间的相互作用控制了岩石圈表层和内部的各种地质作用过程，同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。岩石圈板块的划分是以构造活动强烈的板块边界为界线的。按照板

16、块之间相对运动方式的不同，板块边界可分成以下三种类型：（1） 离散型板块边界。即大洋脊的轴部两侧板块相背运动，板块受到拉张而分离，软流圈地幔物质上涌，冷凝成新的洋底岩石圈，并添加到两侧板块的后缘，因此这里是板块的增生边界。（2） 汇聚型板块边界。即海沟附近的板块俯冲带或大陆板块之间的碰撞带，两侧板块相向而行，又可分为俯冲边界和碰撞边界。其中，俯冲边界相当于海沟，主要分布在太平洋周缘，相邻板块互相叠覆，一板块俯冲于另一板块之下。因大洋板块的厚度小、密度大、位置低，而大陆板块则相反，故一般是大洋板块俯冲到大陆板块之下，在海沟处潜没消亡于地幔之中，形成岛弧 海沟系或安第斯型大陆边缘。而碰撞边界则相当

17、于年轻造山带，主要分布在亚欧板块南缘，成为大洋闭合、大陆碰撞的地缝合线。（3） 平错型板块边界。即转换断层，其两侧板块发生水平剪切平滑，转换断层一般分布在大洋脊附近，有时可延伸到大陆边缘，如美国西部的圣安德列斯断层。按照上述三种板块边界在全球的展布状况，就可勾画出岩石圈板块的轮廓。据勒皮雄（Le Pichon）等人的观点，全球岩石圈可分为六大板块：亚欧、非洲、美洲、南极洲、印度洋和太平洋板块。目前，一般认为全球共有十二个板块，其中以大陆为主、涉及少量海洋的板块由欧亚、阿拉伯、非洲、北美、南美和南极洲等板块；以海洋为主的板块由太平洋、菲律宾海、纳兹卡（Nazca）、可可斯（Cocos）、印度 澳

18、大利亚和加勒比等板块。此外，有人还划分出许多微板块。这些微板块对于了解板块运动的细节很有帮助。依据区域地质演化历史、古地磁、构造变形和板块运移等特征，还可能恢复地质历史时期各个古板块的位置和范围。关于这个问题，目前学术界正处在热烈的讨论之中，尚无定论。2. 板块运动岩石圈板块并非是平面状的，而是呈球面状的。板块的运动，自然也不是一种简单的平面滑移，而是沿地球表面做球面运移。目前已经测定出，海洋板块的运移速度一般为1 12 cm/年。至于大陆板块，其运移速度显然要小于海洋板块，而且，板块面积越大，运移速度就越小，相对而言，也就比较稳定。一幅现代板块运动的全球图像，就是由板块的扩张、俯冲、碰撞和错

19、动构成的，它们相互协调，彼此关联。环太平洋的汇聚边界大致把全球地表分成不对称的两大部分，即太平洋部分和地表的其他部分。随着大西洋和印度洋洋脊的扩张，亚欧板块、印度 澳大利亚板块及南北美板块向太平洋方向推进。随着东太平洋洋脊的扩张，太平洋板块、可可斯板块和纳兹卡板块则向太平洋周缘的海沟俯冲潜没。亚欧板块南缘的碰撞边界（阿尔卑斯 喜马拉雅造山带）的形成，一方面与非洲版块及原属冈瓦纳的阿拉伯板块和印度 澳大利亚板块的向北推移有关；另一方面也是大西洋和印度洋洋脊扩张的结果。由于大洋洋脊更多地分布在南半球，各大洋洋脊在南端相互串联，北端却没入大陆之下，这就使得一些板块具有向北运动的趋向。岩石板块到底为什

20、么会运移呢？岩石圈板块构造的动力学机制，至今在学术界认识一个尚未解决的难题。简单来说，大致有以下几种解释：早期所主张的地幔对流的“传送带模式”。近20年来，有些学者认为板块的扩张作用不是主要的，而“冷”板块俯冲时下沉拖拉力才是板块运移的主要驱动。地球自转速度变化而促使岩石圈板块的运动。也有的学者想用地球周期性的膨胀、收缩或有限膨胀来解释板块运动。近年来，根据大洋钻探的成果，发现大洋中有两次巨大的陨石撞击事件（据Glass B P，1982），有的学者推测，巨大的陨击作用使岩石圈表层物质发生显著的亏损，在岩石圈均衡补偿作用的影响下，诱发深部地幔物质上涌，造成海洋板块的张裂、扩张，从而使周边板块沿

21、着不同的方向运移。以上所有这些解释均尚处于假说阶段，但有一点是肯定的，其动力来源无非是地球内部的变化和宇宙体系中的某些因素所致。应该特别引起注意的是，岩石圈毕竟只是固体地球上的一层表皮（平均厚度仅为地球半径的1%左右，仅仅从地球内部来寻找原因，看来是不够的，有必要从宇宙因素与地球内部变化的角度综合起来考虑问题。（二）大洋的发展与大陆的分合大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的。一方面，在大洋洋脊处不断涌出新的洋壳，另一方面，在海沟处又不断潜没旧的洋壳，大约经过1 2亿年洋底就更新一次，所以洋壳是年轻的。在板块构造驱动力的作用下，不同的大洋从无到有，从小到大，或从大到小，从小到无。也可以说从陆地演化

22、为洋底，又从洋底演化为陆地（甚至成为高耸的山地），与此相对应，大陆分而又合，合而又分。如此看来，岩石圈表面就是有若干变动着的洋盆和漂移着的大陆组成的。1. 大洋的发展大洋的发展可分为胚胎期、幼年期、成年期、衰退期、终了期、遗痕（地缝合线）等阶段。大陆裂谷如东非大裂谷、莱茵裂谷、贝加尔裂谷等被视为大洋发展的胚胎期，它们正处于产生新地壳、两侧陆块将要外移的前夕。大陆裂谷进一步发育就进入了大洋发展的幼年期，如红海、亚丁湾，其洋壳年龄不超过二三千万年，更年轻者如加利福尼亚湾，其年龄不过几百万年。这时大陆岩石圈完全断开，大洋地壳在其间涌出，并成为两侧岩石圈板块之间的离散边界，迎进了海水。幼年洋进一步扩张

23、，两侧大陆愈漂愈远，其间逐渐形成成年洋，如大西洋、印度洋和北冰洋等。据霍尔姆斯估计，如果扩张速率以每年5 cm计，最多经过1亿年即可造成一个新的“大西洋”。成年洋继续发育就进入大洋发展的衰退期，如太平洋，在各大洋中，太平洋的年龄最大，为过去泛大洋的收缩，估计面积已减少了1/3，这是大西洋和印度洋产生并扩张的必然结果。地中海可代表大洋发展的终了期，它是昔日辽阔的特提斯洋（即古地中海）经过长期变化，逐渐闭合的残留部分，至今塞浦路斯岛上还留有大洋洋脊的遗迹。大洋发育的最后阶段是遗痕（地缝合线），以喜马拉雅山脉为代表，它是由印度 澳大利亚板块和亚欧板块相撞而形成的。2. 大陆的分合大陆自距今7亿年的前

24、寒武纪以来，经历了合、分、再合、再分的过程，大陆相继发展演变，同时产生各地质时期的褶皱带。根据全球海陆演化模式，可以展望世界地表形态的未来。随着大西洋和印度洋的继续扩张，太平洋将进一步缩小，印度和非洲陆块将继续北移。印度陆块的北移在一定时期内将使喜马拉雅山、青藏高原等继续抬升，直到印度南缘出现海沟时，挤压应力才得以消失。非洲陆块的北移将使比斯开湾逐渐闭合，地中海完全消失，非洲与欧洲相连接，其间隆起高大山系。东非大裂谷最终完全裂开，形成新的大洋，非洲大陆解体。澳大利亚陆块将继续北移，先于马来群岛碰撞连接，最后可能与亚洲陆块相遇或彼此相擦而过。北美西部的加利福尼亚湾将进一步裂开，圣安德列斯断层以西

25、的陆块将随太平洋板块向北漂移，成为孤立的岛屿。最后，各大陆将在太平洋的位置上相遇、汇聚，太平洋完全闭合，亚洲与北美大陆连接，巨大的山系将在其间崛起，一个新的泛大陆将告诞生。（三）板块构造学说研究的新进展板块构造学说对于地球表层的运动有两点基本的假定：板块的内部是刚性的，是没有相对运动的。运动集中发生在板块的边界，而板块的边界是狭窄的。当前对板块构造理论的深入研究就集中在这两点基本的假定上：第一点，板块的内部是不是刚性的？Cupta认为，美国新马德里地震、印度的拉杜尔（Latur，1992）和古吉拉特（Gujarat，2001）等地震均发生在板块内部，最近发生的许多地震也多出现在板块内部。这些充

26、分表明，看似稳定的大陆，但却并不像以前想象的那样稳定，板块内部不是完全刚性的，它存在着相对运动。因此，我们面临的挑战是如何在半刚性的板块中（纵向或横向）确定应力、应变和变形过程的分布。第二点，板块边界问题。研究表明，板块边界变形带是相当宽的，经常向大陆内部延伸数千公里，如阿尔卑斯-喜马拉雅山系和南北美洲西部的科迪勒拉山系。这些板块边界带占据了整个地球面积的15%。现在，几乎所有的构造活动，所有的非气象灾害，特别是火山和地震，均发生在这个带上，因此板块边界带无论从科学上还是从社会影响上都成为较为关键的研究区域。研究现代构造运动的基本方法之一是分析地震活动性。美国的地震活动性，无论是近200年来6

27、级以上的历次地震，还是近10年的小震活动，都表明板块边界带是相当宽的，其宽度可达北美大陆宽度的1/3。板块边界带由此成为活动构造的主要研究对象，而活动构造研究又与自然灾害密切相关，成为近年来地球科学的一个热门课题。无论从科学的角度，还是从减灾的角度，未来构造活动的研究应突出两个内容：（1） 关注大陆。与大陆相比而言，海洋是年轻的，而大陆则古老。尽管海洋覆盖了地表2/3以上的面积，但仅记录了地球最后5%的历史，大陆才是纪录地球全部历史的档案馆。此外，主要的自然灾害多发生在大陆，且破坏性大，这也是地理学更注重的是陆地系统而不是海洋系统的原因之一。（2） 关注大陆当前的活动。在大陆上，早期构造活动和

28、近期构造活动并存。早期的构造活动与地球的演化和资源、能源等问题有关，近期的构造活动则与环境和灾害等问题密切联系。为了减灾，为了人类自身的根本利益，应着重加强对近期构造活动的研究。事实上，减灾目前已经成为推动地球科学研究的主要动力之一。美国自然科学基金会从1995年起，连续资助了大型的国家研究计划即“活动构造与社会”（Active Tectonics and Society），资助强度为每年4 000万美元。近年来举办的一系列国际学术会议，新设立了研究活动构造的专题会议，例如：1999年国际地球物理和大地测量联合会，设立了跨五个学科的专题会议，其主题是综合地球物理、地质和地球化学研究的大陆岩石圈结构。2000年的西太平洋地球物理会议S2专题，讨论活动构造和大陆地震。2000年5月31日至6月2日，欧洲地震学会专门召开题为亚欧非洲西部边界（亚速尔群岛突尼斯）地球动力学的国际多学科会议。2001年美国地球物理春季年会，设立了特别综合专题，其论题为“大陆板块内地震：印度古吉拉特邦7.7级地震（2001年1月26日）”等。