1 地壳

大陆的形成过程

本章介绍了地壳岩石，包括地盾、克拉通和构成地壳的岩层。地球和所有的类地行星，如水星、金星、火星，都有一个中心核，外面具有中间层或称为地幔，再外面被一层称为地壳的薄层覆盖。通常人们认为金属陨石是由早期小行星核在以后分解形成的。对金属陨石的研究表明地核由铁和镍组成。与地球同时形成的陨石具有与地球一样的年龄，据此我们估计地球的年龄大约是46亿年。此外月球岩石与地球上最古老的岩石具有相近的年龄，都是在大约40亿年前形成的，那时地壳开始从地幔中分离出来。

在早期的形成过程中，地球不停地受到大量巨大陨石的撞击，在此期间，撞击地球的陨石相当于三倍火星的大小。其中一个撞击事件可能导致一块大质量的物质从地球上飞离出去，进入地球运行轨道，成为太阳系中相对于母行星来说最大的一颗卫星，这可能是月球的形成过程。巨大的撞击也造成玄武岩的大量熔融，可能因此形成初始的大陆。大陆增长迅速，在42亿年之前发生爆发式的增长。地球在行星当中较为特殊，因为它是唯一已知的具有单独大陆的星球。实际上，大陆是浮在上地幔半熔融岩浆海上的巨厚花岗岩板片。

地表的所有岩石下面是厚层杂岩基底，由古老的花岗岩和变质岩组成，这些古老的岩石一直存在，年龄相当于地球年龄的9／10。这些岩石构成了大陆的核部，伴随着地幔与地壳的分离和地幔的去气作用形成地壳，大气和海洋也随之形成，在此期间这些古老岩石开始出现。这些岩石尽管年代比较古老，但是与现在岩石的组成很相似，这是这些岩石的一个显著特征，说明这种成岩过程在很早前就已经存在，并且活动了时间很长。

前寒武纪地盾

从40亿年前到25亿年前为太古代。从太古代开始，组成地球地幔的内部岩石开始冷却下来，形成永久的薄层玄武岩壳层，这层玄武岩在洋盆装满水之前由火山喷发形成。一些花岗质岩块夹在玄武岩壳层中，这些花岗质岩块聚集到一起形成微小陆块。由于花岗质岩块比玄武岩轻，可以保持在表面，并随着地幔对流的推拉运动自由地浮动。

这些花岗质地壳岩片与稳定基底岩石结合在一起，其他所有的岩石在这样的基底之上沉积。这种基底岩石构成大陆的核部，并且在又宽又低的穹隆构造处暴露出地表，这种构造叫做地盾。地盾是强烈抬升的地区，后来的沉积岩全部被剥蚀。许多地盾，如加拿大地盾(图1)覆盖了加拿大东部的大部分，并延伸到威斯康星和明尼苏达州，在冰川时期由于流动冰席的剥蚀，地盾全部暴露在地表。由于地幔柱造成的隆升和上面沉积物的剥蚀作用，从曼尼托巴到安大略的地盾全部暴露出来。北美一些最古老的岩石是加拿大地盾中25亿年的花岗岩。

在美国，最有价值的古岩石的露头是18亿年之久的维什努片岩，这是在科罗拉多大峡谷底部的一套变质岩(图2)。在亚利桑那北部，大峡谷的岩床之上沉积了厚达1英里(约1.6千米)的沉积岩，最老的岩石在800百万年左右，因此留下10亿年的地质时代没有记录。在此阶段，大峡谷的底板受到剥蚀，因此在时代上造成一段空白，这称为间断。

组成古老陆核的太古代绿岩带

太古代绿岩带(图3)分布在地盾之间和地盾的周围，由变质的熔岩流和沉积物组成，这些沉积物很可能来自大陆碰撞形成的岛弧(俯冲带边缘的火山岛链)。绿岩带的绿色来源于绿泥石，绿泥石是一种绿色云母状矿物，绿岩带的出现标志着板块构造活动可能早在太古代就开始了。

蛇绿岩源于希腊语“ophis”，意思是蛇，因为蛇绿岩有着斑杂的绿色，其年代可以追溯到36亿年之前。在绿岩带中也可以见到这种岩石，大洋板片随着板块漂移被推到大陆上来，因此蛇绿岩是古代板块运动最好的证据之一。蛇绿岩是具有垂直分带的洋壳，受到板块碰撞而剥离并贴附到大陆上，沿着颜色较浅的花岗岩、片麻岩、普通火成岩和变质岩生成线性绿色火山岩构造。

P1-3

沧海桑田，地球的奥秘就蕴藏在这漫长的时空变化中。我们生活的地球是怎样构造的？在漫长的演化过程中，又发生了哪些变化？是谁在地球上雕刻了壮美秀丽的山脉、河流、沙漠、高原？从人类诞生时起，大自然的伟力改变着我们的自然环境和生活方式，在抗争与适应的反复之间我们逐渐地认识地球、了解地球，在漫长的认知和探究过程中，形成了丰富系统的地球科学体系。

《活力地球》丛书为我们开启了这样一个认识地球、了解地质科学的窗口。地质学博大精深，严密逻辑和辩证思维是深入理解地球科学的一把钥匙，而这套丛书通俗易懂，内容翔实、丰富，可读性很强，并配有野外图片增强了读者对内容的理解，有助于全面了解地球的形成、演化、地貌的形成和变迁。因此这套丛书可以激发青少年对地球科学的兴趣，为他们打开一扇全面了解地球科学的大门。此外，本书还可以作为认识地球科学的科普读物，适合不同年龄段群体阅读和学习。

本人有幸能够参与这套丛书的翻译工作，与半导体所的侯奇峰博士合作翻译了活力地球系列丛书中的《探索地表的奥秘——岩石与特殊地质》一书，本人负责前6章的翻译，侯奇峰负责后6章的翻译工作。本书详细介绍了地壳结构、大陆的形成演化、沉积和剥蚀作用、地质年代与地层层序、地质构造、火山作用、冰川作用、裂谷构造、沙漠和海滩地貌、洞穴构造、地质灾害、陨石撞击构造和其他一些特殊的地质构造现象。这本书内容丰富、数据可靠、深浅有度、逻辑性强，是一部有助于读者全面了解地质作用的科普读物。在翻译的过程中，我们力求保证原文的专业准确性，又用了较通俗的语言来表达，企望读者能够在容易理解的前提下，对书中的概念和理论得到准确清晰的认识。

由于书中涉及大量地名、人名、机构名称和专业词汇，加之译者水平有限、时间仓促，书中若有漏误，烦请读者不吝指正。

最后感谢杨林玉编辑对翻译工作的关心和信任。

孙赫

2009年6月19日于北京

简表

致谢

序言

简介

1 地壳

 大陆的形成过程

 前寒武纪地盾／组成古老陆核的太古代绿岩带

 克拉通／地体／结晶岩／陆壳／洋壳

2 剥蚀与沉积

 地形的形成过程

 剥蚀作用／水系／剥蚀地貌／沉积过程

 沉积岩／沉积构造

3 标准地层剖面

 岩石成因

 地质年代／地球的年龄／动物群序列／相对年龄

 岩石的相互关系／岩石定年／岩石建造／地质图

4 褶皱与断层

 地貌的形成过程

 构造作用／造山运动／地层的褶皱／断层类型

 地垒与地堑／断层带／地震断层／地震

5 岩浆活动

 火山岩与花岗岩

 熔融岩浆／火山喷发／裂谷火山／火山口

 火山岩／花岗岩侵入体／金伯利岩筒／与岩浆有关的矿床

6 峡谷、河谷和盆地

 地表的凹陷

 陆地峡谷／洋底峡谷／陆壳裂谷／洋底裂谷

 深海海沟／河谷／干涸盆地／大盆地

7 沙漠与海岸地形

 风沙与海岸沙漠

 沙漠的特征／风蚀作用／沙丘／海岸沙漠

 海崖／海岸构造／珊瑚礁

8 冰川地形

 冰川形成的地质结构

 冰盖／冰川侵蚀／冰川沉积／冰川谷／冰川湖泊

 流动的冰河／冰川地貌

9 地穴与溶洞

 探索地表下的世界

 洞穴的形成／喀斯特地形／天然桥／石灰石溶洞

 熔岩洞穴／冰成洞穴／洞穴沉积／洞穴内的艺术

10 塌陷构造

 地面的巨变

 滑坡／液化现象／物质流失

 地表沉降／灾难性垮塌

11 陨石撞击坑

 小行星和彗星对地球的撞击

 小行星带／小行星和彗星／陨石坑形成速率

 陨石撞击／陨石坑建造／冲击构造／陨石／陨石散布区

12 独特的形成过程

 奇石的形成

 石碑／石柱／吹蚀现象／壶穴／草地坑

 喷气孔和热泉／火山口湖泊／熔岩湖泊

结语

专业术语

译后记

与前几代人相比，今天我们旅行得更快，更远、更频繁，这为我们更好地了解我们周围世界的奥秘提供了机会。但是来去匆匆，我们通常会轻易错失了探索那些包含在岩石和地貌风景中的奥秘的机会。

地球是活动的星球，地球活动的时间尺度比我们日常生活的尺度要大得多，地球的组成部分无时不在发生着变化。岩石的风化作用可以直接观察识别，河谷偶尔在昼夜之间受到侵蚀，山脊慢慢地抬升，又缓慢地被剥蚀，速率之慢以至于我们很难察觉。随着地质时代的变迁，洋盆的深度和外形发生改变，缓慢的漂移也改变了洋盆的形状和与陆地的相对位置。地质时代持续地变迁是毋庸置疑的，而且证据就在我们身边，即使在不显眼的岩石中也包含了历史的证据，地质学家通过这些证据寻找逻辑和相互关系，同时也引起了对此好奇的感兴趣的业余爱好者的关注。

对于读者来说，埃里克森写《探索地表的奥秘——岩石与特殊地质》一书的初衷是作为地质科学的入门，让热心的、感兴趣的人了解来自岩石和岩石结构中的起源、性质和相关证据。此修订版的源起是基于人类对地壳分异，引起陆壳和洋盆变化的板块构造动力学的广泛共识。我们在接下来的章节当中浏览古老的火山岩和变质岩区的复杂地貌，更令人满意的是本书对沉积地区所作的详细分析，这些沉积地区是层状沉积之后遭风化和剥蚀的产物。如果地层遭到褶皱与断层作用的影响就会变得很错杂，但是通过地层中的化石并参考前面的岩石类别有助于建立各个裸露岩层之间的相互联系。最后本书介绍了一些特殊的地貌，如陨石冲击坑、裂谷带、剥蚀残积物、洞穴和垮塌构造。

欧内斯特 H.穆勒 博士

本书描述了地壳岩石的形成过程和它们之间的相互作用，分析了风化作用、剥蚀作用和沉积过程及其所塑造出的地貌特征。文中还分类讨论了地球的地质特征，包括年代特征、相互作用和地质建造填图，解释了塑造地壳形状的作用力，包括地壳岩石的褶皱和断层，另外分析了改变星球形状的各类岩浆活动，包括火山和其他岩浆过程。

在介绍了组成地壳的基本块体之后，接下来的章节集中介绍各类岩石形成和地质构造。地球上一些主要的凹陷结构包括峡谷、裂谷带、海沟、河谷和盆地。地质地貌部分详细地描述了干旱和海岸地区，由冰川侵蚀、沉积形成的地形地貌和沿着相关断裂形成的洞穴。书中讨论了地表的破坏作用、塌陷构造及其对地表的影响，还介绍了陨石冲击形成的陨石坑。最后一章介绍独特的岩石建造和特殊地质活动形成的地址构造。

埃里克森写《探索地表的奥秘——岩石与特殊地质》一书的初衷是作为地质科学的入门，让热心的、感兴趣的人了解来自岩石和岩石结构中的起源、性质和相关证据。此修订版的源起是基于人类对地壳分异，引起陆壳和洋盆变化的板块构造动力学的广泛共识。我们在接下来的章节当中浏览古老的火山岩和变质岩区的复杂地貌，更令人满意的是本书对沉积地区所作的详细分析，这些沉积地区是层状沉积之后遭风化和剥蚀的产物。如果地层遭到褶皱与断层作用的影响就会变得很错杂，但是通过地层中的化石并参考前面的岩石类别有助于建立各个裸露岩层之间的相互联系。最后本书介绍了一些特殊的地貌，如陨石冲击坑、裂谷带、剥蚀残积物、洞穴和垮塌构造。