1、黄定华黄定华中国地质大学（中国地质大学（武汉）武汉）地球生物学系地球生物学系地球地球金星金星水星水星火星火星木星木星土星土星天王星天王星冥王星冥王星海王星海王星在太阳系中，有一颗最美丽在太阳系中，有一颗最美丽的行星蓝色的地球的行星蓝色的地球地质学是研究地球的主要学科之一地质学是研究地球的主要学科之一地质学的主要任务，是研究地质学的主要任务，是研究地球的起源，组成，运动和演化地球的起源，组成，运动和演化 人类进入人类进入2121世纪面临的主要问题：世纪面临的主要问题：需要居住在一个宽敞的地球上（需要居住在一个宽敞的地球上（人口人口）需要居住在一个清洁的地球上（需要居住在一个清洁的地球上（环境环境
2、）需要居住在一个安全的地球上（需要居住在一个安全的地球上（灾害灾害）需要居住在一个富裕的地球上（需要居住在一个富裕的地球上（资源资源）现代自然科学的四大问题：现代自然科学的四大问题：相对论的局域性与量子力学的全域性的不协调问题；相对论的局域性与量子力学的全域性的不协调问题；遗传与进化的统一问题；遗传与进化的统一问题；脑知结构和本质问题；脑知结构和本质问题；宇宙、物质和生命三大起源问题。宇宙、物质和生命三大起源问题。普通地质学介绍普通地质学介绍“普通的普通的”地质过程、事件、地质过程、事件、产物及其产生的原因产物及其产生的原因动力作用动力作用。10000km 局局 地地10km1000km100
3、km 全全 球球秒分天年百年万年百万年十亿年秒分天年百年万年百万年十亿年Log(s)全球气候变化全球气候变化 厄尔尼诺厄尔尼诺现象现象上层海洋混合上层海洋混合土壤湿度变化土壤湿度变化二氧化碳变化二氧化碳变化地球和生命的起源地球和生命的起源营养物循环营养物循环大气对流大气对流大气湍流大气湍流火山爆发火山爆发地震周期地震周期季节性季节性植物循环植物循环土壤侵蚀土壤侵蚀土壤发展土壤发展成矿成矿作用作用绝灭绝灭事件事件海洋环流海洋环流大气组成大气组成板块构造板块构造地幔对流地幔对流物种形成物种形成造山造山作用作用冰河期冰河期气候气候 地球从形成到今天已经有地球从形成到今天已经有4646亿年。若以亿年。
4、若以4646亿年比作人类的亿年比作人类的一年，那么在这一年，那么在这“一年一年”中，中，地球形成于一年肇始的地球形成于一年肇始的1 1月初；月初；地壳于地壳于2 2月凝结（月凝结（3838亿年前）；亿年前）；原古海洋在原古海洋在3 3月产生；月产生；最早的生命诞生于最早的生命诞生于4 4月，但它们留下化石则已是月，但它们留下化石则已是5 5月间了；月间了；1212月中旬时，恐龙成为当时地球上的主宰；月中旬时，恐龙成为当时地球上的主宰；灵长类的踪迹晚至灵长类的踪迹晚至1212月月2626日才出现；日才出现；作为一代天骄的人类历史，如以作为一代天骄的人类历史，如以300300万年计，则直到万年计，
5、则直到1212月月3131日日“傍晚傍晚”的的“6 6点点2424分分”，方才姗姗来迟。，方才姗姗来迟。但却恰好赶在但却恰好赶在“除夕除夕”之夜的之夜的新闻联播新闻联播之前，之前，成为这一成为这一“年年”内最具爆炸性的新闻内最具爆炸性的新闻如果从最早的人类开始算起，可以把上下如果从最早的人类开始算起，可以把上下5 5千年的中华民族历史延长千年的中华民族历史延长600600倍；如果从倍；如果从地球肇始的地球肇始的4646亿年开始，可以把从猿到人亿年开始，可以把从猿到人的演变过程操练的演变过程操练15001500遍。遍。一支永不停留的时间之矢一支永不停留的时间之矢一个容微纳巨的空间舞台一个容微纳巨
6、的空间舞台无数相互制约的影响参数无数相互制约的影响参数神学家向神学家向“上上”看看经济学家向经济学家向“前前”看看地质学家必须向地质学家必须向“下下”和向和向“后后”看看 你在阅读居维叶的地质学著作时，是否曾投身于无限广你在阅读居维叶的地质学著作时，是否曾投身于无限广阔的时间和空间里？被他的天才所指引，你是否曾像被一只阔的时间和空间里？被他的天才所指引，你是否曾像被一只魔术师的手托住那样，飞越一个无边无际的过去的深渊魔术师的手托住那样，飞越一个无边无际的过去的深渊。拜伦诚然用文字描述了人类精神的激动状态；但是，我们不拜伦诚然用文字描述了人类精神的激动状态；但是，我们不朽的科学家却用白骨重建了各
7、个时代的世界，像卡谟那样，朽的科学家却用白骨重建了各个时代的世界，像卡谟那样，他用牙齿重新建筑了城市，用煤块复原了隐蔽整个动物学秘他用牙齿重新建筑了城市，用煤块复原了隐蔽整个动物学秘密的千万座森林，而且从一只巨大毛象的脚，重新找到了巨密的千万座森林，而且从一只巨大毛象的脚，重新找到了巨兽群生活的痕迹。这些形象都一一站立起来，逐渐变大，和兽群生活的痕迹。这些形象都一一站立起来，逐渐变大，和谐地布满了与它们身躯相适应的各个地域。谐地布满了与它们身躯相适应的各个地域。巴尔扎克巴尔扎克 巴尔扎克的一段叙述，已突出显示了地质学的基本特征和特殊任巴尔扎克的一段叙述，已突出显示了地质学的基本特征和特殊任务，
8、那就是：务，那就是：用过去遗留下来的地学证据，来研究过去发生的地用过去遗留下来的地学证据，来研究过去发生的地球事件，以恢复过去的地质过程球事件，以恢复过去的地质过程。问题在于，当事件在过去发生时，我们问题在于，当事件在过去发生时，我们“不在现场不在现场”，未能亲历，未能亲历亲见；而遗留下来的证据，多经受了时间的改造和破坏，早已残亲见；而遗留下来的证据，多经受了时间的改造和破坏，早已残缺不全；影响事件和过程的主要因素，又往往各式各样，有多种缺不全；影响事件和过程的主要因素，又往往各式各样，有多种可能。因此，地学家面临的任务和解决问题的条件，常常和福尔可能。因此，地学家面临的任务和解决问题的条件，
9、常常和福尔摩斯、波洛接手的案件一样，需要绞尽脑汁，还时常没有答案。摩斯、波洛接手的案件一样，需要绞尽脑汁，还时常没有答案。但地学家并非束手无策。但地学家并非束手无策。19世纪初期，达尔文的好友、世纪初期，达尔文的好友、英国地质学家莱伊尔（英国地质学家莱伊尔（Charles Lyell,1797-1875）想）想出了一个办法，认为可以通过观测现在正在进行的地质出了一个办法，认为可以通过观测现在正在进行的地质事件，来研究过去曾经发生的地质过程，也就是事件，来研究过去曾经发生的地质过程，也就是“将今将今论古论古”。“The present s the key to the past.”1.改变地球面
10、貌的自然力量在全部地质历史上就性质和强度而言都改变地球面貌的自然力量在全部地质历史上就性质和强度而言都是相同的；是相同的；2.这些改变地球面貌的自然力量作用虽然缓慢，却从不间断；这些改变地球面貌的自然力量作用虽然缓慢，却从不间断；3.正是这些力量缓慢地、然而不间断地累积作用，才导致了地球面正是这些力量缓慢地、然而不间断地累积作用，才导致了地球面貌的巨大改变。貌的巨大改变。有此三点，莱伊尔推断现在的地质过程和过去的地质过程在性质有此三点，莱伊尔推断现在的地质过程和过去的地质过程在性质上是一致的，即使有些许速率和强度的差异，也不致造成上是一致的，即使有些许速率和强度的差异，也不致造成“将今将今论古
11、论古”时的推断错误。时的推断错误。“胚胎的发育与生物的进化胚胎的发育与生物的进化”历史分析与现实对比的原则历史分析与现实对比的原则莱伊尔提出的三点理由只强调了地质作用的同一性和渐变性，忽略了地质作莱伊尔提出的三点理由只强调了地质作用的同一性和渐变性，忽略了地质作用的趋异性和突变性。今天发生的地质过程和过去有相似之处，但绝非雷同，用的趋异性和突变性。今天发生的地质过程和过去有相似之处，但绝非雷同，甚至可以完全不同。不能断然就把今天的地质产物和过去的地质记录划上等甚至可以完全不同。不能断然就把今天的地质产物和过去的地质记录划上等号。比如在距今号。比如在距今4亿年前的泥盆纪时，总鳍鱼正在试图从水中爬
12、上陆地来生亿年前的泥盆纪时，总鳍鱼正在试图从水中爬上陆地来生活，今天总鳍鱼却只有在深海里才悠哉游哉。可见将今论古原理像一把双刃活，今天总鳍鱼却只有在深海里才悠哉游哉。可见将今论古原理像一把双刃剑，它在帮助我们刺穿隔离时空的地质纬幕之际，也容易误伤了自己。剑，它在帮助我们刺穿隔离时空的地质纬幕之际，也容易误伤了自己。地球从太阳吸收的能量每年大约为地球从太阳吸收的能量每年大约为4.24.210102424 焦耳，超焦耳，超过地球上全部煤炭储量完全燃烧后所能够获得的热能的过地球上全部煤炭储量完全燃烧后所能够获得的热能的300300倍。其中倍。其中1/31/3左右的能量被大气圈和地球表面反射掉，左右的
13、能量被大气圈和地球表面反射掉，并直接分散到宇宙空间中去。剩下的并直接分散到宇宙空间中去。剩下的2/32/3被地球表层系统被地球表层系统吸收，再以各种方式转化为地球演化所需的能源。吸收，再以各种方式转化为地球演化所需的能源。伴随着水的三态循环，地球表层贮集了从太阳能中获取并转换形伴随着水的三态循环，地球表层贮集了从太阳能中获取并转换形成的各种不可再生资源和能源，构成了外力地质作用的主要过程。成的各种不可再生资源和能源，构成了外力地质作用的主要过程。地球内部热能的来源问题尚无定论。一般认为，由岩石地球内部热能的来源问题尚无定论。一般认为，由岩石中放射性元素衰变释放的热是地热的主要来源。这种热能中放
14、射性元素衰变释放的热是地热的主要来源。这种热能据估算可以达到每年据估算可以达到每年2.142.1410211021焦耳。其次，因地球本身焦耳。其次，因地球本身的重力作用过程也可以转化出大量热能，其总热量可能十的重力作用过程也可以转化出大量热能，其总热量可能十分接近于放射性热能。此外，地球自转的动能和地球物质分接近于放射性热能。此外，地球自转的动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生大量热能。不断进行的化学作用等都可以产生大量热能。在板块运动的主导作用下，地球内部进行着此起彼伏的岩浆活动在板块运动的主导作用下，地球内部进行着此起彼伏的岩浆活动和变质作用，控制着全部的地内过程，影响着几乎所有的
15、外部过程和变质作用，控制着全部的地内过程，影响着几乎所有的外部过程地核地幔过程地核地幔过程太阳驱动过程太阳驱动过程板块构造板块构造物理气候系统物理气候系统生物地球化学循环生物地球化学循环早期地球过程早期地球过程古气候史古气候史古气候古气候人类活动人类活动千百万年尺度千百万年尺度天几百年尺度天几百年尺度物理气候系统物理气候系统地球化学循环地球化学循环板块驱动过程板块驱动过程太阳驱动过程太阳驱动过程生命系统生命系统对这些事件和过程，除了可以按照时间分类的对这些事件和过程，除了可以按照时间分类的方法将它们划分为长期过程和短期过程外，在地质方法将它们划分为长期过程和短期过程外，在地质学中，更多的时候我
16、们还按照动力来源的不同，而学中，更多的时候我们还按照动力来源的不同，而将其划分为外动力过程和内动力过程。将其划分为外动力过程和内动力过程。外动力地质过程外动力地质过程风化作用过程风化作用过程风的地质过程风的地质过程地表水地质过程地表水地质过程地下水地质过程地下水地质过程湖海地质过程湖海地质过程沉积与地貌过程沉积与地貌过程外动力过程的根本动力是外动力过程的根本动力是太阳能太阳能内动力地质过程内动力地质过程板块作用过程板块作用过程岩浆作用过程岩浆作用过程变质作用过程变质作用过程内动力过程的主要动力是内动力过程的主要动力是地球内部热能地球内部热能把上述过程和事件换一种视角来看，我们还可以把上述过程和
17、事件换一种视角来看，我们还可以把它们分别划归为四种不同的地球科学领域，即把它们分别划归为四种不同的地球科学领域，即：行星地球，流体地球，固体地球和社会地球行星地球，流体地球，固体地球和社会地球研究早期地球与太阳系中其研究早期地球与太阳系中其它行星的区别与联系它行星的区别与联系研究地球表层过程与生命的研究地球表层过程与生命的联系和影响联系和影响研究内部地球的地质过程及研究内部地球的地质过程及其与外部过程的联系其与外部过程的联系资源、环境与可持续发展资源、环境与可持续发展矿产资源的类型及其性质矿产资源的类型及其性质资源危机与可持续发展资源危机与可持续发展环境地质与地质灾害环境地质与地质灾害研究地球
18、的社会科学属性研究地球的社会科学属性研究对象的特点和研究者面临的困难，决定了地质研究对象的特点和研究者面临的困难，决定了地质学的大多数研究都需要从野外开始，这使地质学的学的大多数研究都需要从野外开始，这使地质学的本质接近博物学。只有到野外去，先认识基本而典本质接近博物学。只有到野外去，先认识基本而典型的地质现象，对它们进行正确的观察，分类，分型的地质现象，对它们进行正确的观察，分类，分析和判断，才会慢慢地集腋成裘，熟能生巧，产生析和判断，才会慢慢地集腋成裘，熟能生巧，产生质变性的认识飞跃。质变性的认识飞跃。地质记录是一部残缺长卷之书页，有太多的缺页和断点。地质记录是一部残缺长卷之书页，有太多的
19、缺页和断点。教材大量进行分解，同学还需加以合成。每次课程只能教材大量进行分解，同学还需加以合成。每次课程只能是蜻蜓点水，甚或是惊鸿一瞥，挂一漏万。真想要弄懂，是蜻蜓点水，甚或是惊鸿一瞥，挂一漏万。真想要弄懂，必须静下心来，从字里行间悟出真谛，恢复其本来面貌。必须静下心来，从字里行间悟出真谛，恢复其本来面貌。从从渐变与突变之争，火成与水成之争，固定与活动之渐变与突变之争，火成与水成之争，固定与活动之争争中中，懂得开卷固然有益，更需掩卷长思；深思固然，懂得开卷固然有益，更需掩卷长思；深思固然必要，但更需投身野外，亲历自然，以形成正确的概必要，但更需投身野外，亲历自然，以形成正确的概念。念。读读万卷
20、书，万卷书，行万里路行万里路,“大胆假设，小心求证大胆假设，小心求证”。来伊尔来伊尔地质学原理地质学原理达尔文达尔文物种起源物种起源杰弗里斯杰弗里斯地球：它的起源与物理结构地球：它的起源与物理结构加州大学萨克拉门托分校加州大学萨克拉门托分校C.C.Plummer（1999）Physical Geology（第第8版）版）;洛杉矶分校洛杉矶分校J.P.DavisonExploring Earth英国剑桥大学英国剑桥大学 I.L.JonathanEarth 漏掉的是小鱼漏掉的是小鱼12绝不拖泥带水绝不拖泥带水3不会使鱼受伤不会使鱼受伤4疏密自如疏密自如知识体系知识体系主线主线结构结构要点要点教学体
21、系教学体系尝试尝试自学自学解惑解惑引导引导基本原理基本原理基本方法基本方法基本概念基本概念实践体系实践体系最优法则最优法则测试方案测试方案连通概率连通概率评估体系评估体系第一篇第一篇（30%）1两部发动机驱动的系统两部发动机驱动的系统2地球的形态与圈层结构地球的形态与圈层结构3地球的物质组成与物理性质地球的物质组成与物理性质4地质年代地质年代第二篇第二篇（40%）7风化作用与风的作用风化作用与风的作用8地下水地下水9冰川冰川10地面流水地面流水11海洋和湖泊海洋和湖泊第三篇第三篇（20%）12板块运动板块运动13构造变形构造变形14岩浆活动岩浆活动15变质作用变质作用第四篇第四篇（10%）16
22、资源与矿产资源与矿产17全球变化全球变化18自然灾害自然灾害总复习总复习第一篇（第一篇（30%）1两部发动机驱动的系统两部发动机驱动的系统2地球的形态与圈层结构地球的形态与圈层结构3地球的物质组成与物理地球的物质组成与物理性质性质4地质年代地质年代地球的固有性质是决定地球运动、地球的固有性质是决定地球运动、演化乃至生命发生和发展的前提演化乃至生命发生和发展的前提条件和物质基础。条件和物质基础。地质学的种种奥秘就隐涵在这些地质学的种种奥秘就隐涵在这些性质之后。性质之后。地质年代表记录了地球演化的主地质年代表记录了地球演化的主线。线。第二篇（第二篇（40%）7风化作用与风的作用风化作用与风的作用8
23、地下水地下水9冰川冰川10地面流水地面流水11海洋和湖泊海洋和湖泊地球表层是地球上变化最为频地球表层是地球上变化最为频繁、迅捷的圈层。繁、迅捷的圈层。外动力地质作用是雕塑地表的外动力地质作用是雕塑地表的刻刀。刻刀。各种状态的流体运动各司其职，各种状态的流体运动各司其职，各有自己的领地。各有自己的领地。“削高补低削高补低”是外动力作用的是外动力作用的根本实质根本实质第三篇（第三篇（20%）12板块运动板块运动13构造变形构造变形14岩浆活动岩浆活动15变质作用变质作用地球的固体圈层运动是最富地球的固体圈层运动是最富地质特色的运动。地质特色的运动。构造运动是所有内动力过程构造运动是所有内动力过程的
24、主导因素。制约着其它内、的主导因素。制约着其它内、外过程。外过程。“抬高降低抬高降低”是内动力作用是内动力作用的一大特点的一大特点第四篇第四篇（10%）16资源与矿产资源与矿产17全球变化全球变化18自然灾害自然灾害资源、环境问题已经成为当今世界资源、环境问题已经成为当今世界性的难题。性的难题。全球变化与人类和其它生命的生存全球变化与人类和其它生命的生存和发展息息相关。和发展息息相关。与地球和谐相处，共同发展，是人与地球和谐相处，共同发展，是人类唯一的生存方式。类唯一的生存方式。两条主线两条主线成岩作用过程成岩作用过程地核地幔过程地核地幔过程太阳驱动过程太阳驱动过程板块构造板块构造物理气候系统
25、物理气候系统生物地球化学循环生物地球化学循环早期地球过程早期地球过程古气候史古气候史古气候古气候人类活动人类活动千百万年尺度千百万年尺度天几百年尺度天几百年尺度知识体系知识体系主线主线结构结构要点要点尝试尝试自学自学解惑解惑引导引导教学体系教学体系知识结构知识结构知识主线知识主线知识要点知识要点知识的关联知识的关联一般规律一般规律特殊性质特殊性质异同之处异同之处关关系系与与流流程程地球的地球的基本特征基本特征外动力外动力地质作用地质作用内动力内动力地质作用地质作用地球的资源地球的资源环境和灾害环境和灾害物理性质物理性质组成与结构组成与结构地质年代地质年代生物演化生物演化地球动力系统地球动力系统
26、外部圈层外部圈层的运动的运动内部圈层内部圈层的运动的运动风化风化 剥蚀剥蚀搬运搬运 沉积沉积构造运动构造运动岩浆活动岩浆活动变质作用变质作用矿物矿物-岩石岩石(矿床矿床)-)-岩层岩层-地层地层-构造构造削高补低削高补低外外动动力力地地质质过过程程风化作用过程风化作用过程风的地质过程风的地质过程地表水地质过程地表水地质过程地下水地质过程地下水地质过程湖海地质过程湖海地质过程沉积与地貌过程沉积与地貌过程剥蚀搬运沉积剥蚀搬运沉积板块作用过程板块作用过程岩浆作用过程岩浆作用过程变质作用过程变质作用过程增高减低增高减低内内动动力力地地质质过过程程成岩作用过程成岩作用过程矿床矿床地层地层构造构造岩石岩石
27、生境生境一维通道：临界连通率一维通道：临界连通率PcrPcr1 1二维通道：临界连通率二维通道：临界连通率P Pcrcr0.90.9越是复杂的体系，越是复杂的体系，越需要用网来覆盖越需要用网来覆盖越是简单的对象，越是简单的对象，越需要彻底弄懂越需要彻底弄懂外外动动力力地地质质过过程程剥蚀剥蚀风化作用过程风化作用过程风的地质过程风的地质过程地表水地质过程地表水地质过程地下水地质过程地下水地质过程湖海地质过程湖海地质过程沉积与地貌过程沉积与地貌过程搬运搬运沉积沉积成岩成岩外力外力作用作用过程过程掌握基本概念掌握基本概念掌握基本理论掌握基本理论掌握基本方法掌握基本方法以一种地质作以一种地质作用过程为
28、例，勾用过程为例，勾勒出课程的基本勒出课程的基本精神精神“织网织网”“打鱼打鱼”打破打破“满堂灌满堂灌”产物产物动力动力过程过程成因成因影响影响特特律律与与规规征征创新创新思路思路 学习学习能力能力教学教学方法方法学学教教曰遂古之初，谁传道之？曰遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？上下未形，何由考之？冥昭冥昭瞢闇瞢闇，谁能极之？，谁能极之？冯翼惟像，何以识之？冯翼惟像，何以识之？明明闇闇，惟时何为？明明闇闇，惟时何为？阴阳三合，何本何化？阴阳三合，何本何化？圜圜则九重，孰营度之？则九重，孰营度之？惟兹何功，孰初作之？惟兹何功，孰初作之？斡维焉系，天极焉加？斡维焉系，天极焉加？八柱何当，东南何亏？八柱何当，东南何亏？九天之际，安放安属？九天之际，安放安属？隅隈隅隈多有，谁知其数？多有，谁知其数？天何所沓？十二焉分？天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？日月安属？列星安陈？一泄千里一言不发一人一问一泄千里一言不发一人一问
