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亿万年前的大地变动现代的人类是如何知道的?

 行摄天下者 2018-12-14

热烈祝贺林州市第二届地学科普导游培训圆满成功!

题注:近年来,林州红旗渠红色旅游热潮“井喷”式的发展,催生了林州市导游队伍的迅速壮大,导游从业者自我素质与专业知识的储备成为制约导游质量的关键因素。为此,林州市旅游发展委员会、红旗渠林虑山国家地质公园管理处与林虑山旅游协会联合举办了2018年冬季导游培训班。在地学科普方面,开展了《带你科学游玩红旗渠-林虑山》和《红旗渠精神产生的地学背景》等专题讲座。160余名来自林州市社会各界的学员参加了本次科普培训工作,我为大家学习地学科普知识的热情所感动,会议室内座无虚席,连过道上都临时增加了不少座位,现场,导游培训教材成了抢手货。培训课程结束后大家又参观了林州市地质博物馆,进一步认识了林州不同种类的岩石和矿物标本。

下面是导游培训内容节选。


亿万年前的大地变动现代的人类是如何知道的?

今天地球上的各种变化,我们可以直接看到或感受到,那么,发生在亿万年前各个地质历史时期的变动,人们又是如何知道的呢?这得感谢那形形色色、林林总总的石头。


尘封在石头里的故事 

林虑山太行平湖

   形成于不同历史时期形形色色、林林总总的石头里蕴涵了太多关于地质历史时期的故事。特别是那些在水下沉淀堆积而形成的沉积岩,简直可以说是我们认识地球的一部史书,它的每一个岩层里都记录有许多当时发生的故事。 

大美林虑山

我们发现某一地方是沉积岩时,至少它的出现就足以说明,当时这些地方曾经被水淹没过,细细寻觅下去,在它的每一个层位内都会压缩着一段远古时间的地质演变史。形成于古海洋中的沉积岩与形成于大陆上江河湖泊等凹地中的沉积岩,都各自有各自的特点,识别出它们的不同特点,就能进一步知道当时这里是海洋还是大陆了。无论是江河湖海,所有的沉积物在堆积的过程中,总是先沉积的铺在下面,后沉积的盖在上面,一层一层地展开;

岩层叠置示意图

由于不同时期的沉积物不一定都相同,而是有多有少,有粗有细,成分、颜色等等也不一致。因此,沉积物一般都是层次分明的,这些沉积物固结成岩石之后,仍会保留下这种成层的特点。在一般的情况下,根据这些岩层的上下位置,就能判断出它们形成的先后次序,老岩层在下,新岩层在上;许多岩层裸露的山崖上,便能清楚地看到这种岩层之间的叠置关系。 

层次分明


在地质历史时期,海陆变迁可能是家常便饭

褶皱构造(嵩山)

有些地区,沉积岩在形成发后,未能保持那种水平展布的原始产状,而是变得歪歪斜斜、弯弯曲曲,这是由于岩层遭受后期挤压甚至在高温高压下发生了褶皱或断裂或位移;再加上后来受到风化剥蚀等各种破坏,就更不容易让我们看出它们形成时的“庐山真面貌”了;更为甚者,有些岩石与岩层还会遭受过高温高压的锻造和洗礼,那才真正的会变得面目全非,不过无论它们如何变化都会留下形成时的一些蛛丝马迹,专业的地质学家们仍然可以从中认出它们,读懂过去的变动在其中留下的记录,只是信息会减少许多罢了,这也有点象在古墓发掘出来的凌乱残缺的竹简,只有经过一番整理,才能读懂其中记载的文字。

汝阳打虎岭火山口附近的褶皱景观

如果地壳是大面积平稳升高或沉降,那就不致于破坏地层原始的展布状态。如果地层发生褶皱变得歪斜,那就说明它曾经遭受过强大的挤压作用,因抗争不过挤压而变形。地层的接触关系与地层组合之间形态的变化,反映出地质历程中的地壳运动情况,认识这些接触关系的变化可以帮助我们了解地球历史上发生过的地壳运动。也就是说,每次地壳运动,都会或多或少地在地层里或的界面上留下当时地壳运动特征的某些形迹,根据这些形迹的特性可以判断当时地壳变动的激烈或缓和的程度,并借此了解地层在形成过程中有无沉积间断、当时的地壳运动是造山运动还是造陆运动等等。当我们知道了某一地区不同组合地层之间各自的形成时间后,我们也就可以确定某一地壳运动的大致发生时间了。 

地层的叠置关系

      林虑山太古宙与元古宙之间的角度不整合界面

观察一个地方地层的岩石性质,包括其中的矿物成分、组织结构、颜色等方面的信息与相邻的已知地区,岩性相同或基本相同的地层进行比较,如果相邻地区的地层已经凭其中所含的化石或其他手段获悉其所属的地质年代,那么你所研究的这个地方相似地层的年代也许就与甲地的相同,这种确定地层年代的方法就是所谓的岩层对比法。这种方法的使用非常普遍。

林虑山三套(顶部、中部、底部)不同时代的地层景观

例如,在我国太行山地区广泛分布的太古宙变质岩、中元古代的紫红色石英砂岩、以及古生代寒武纪与奥陶纪的碳酸盐岩地层,从岩性、颜色、地貌特种等许多方面都存在着明显都差异,而且它们都表现特征在整个分布区内都具有极强都相似性,借此,我们很容易进行比较和识别。

太行大峡谷鸟瞰


岩石本身的特点,也能说明许多历史情况

岩石都颜色:红色砂岩的红颜色就能说明当时当地气候炎热,氧化作用很强,沉积物中的铁被氧化成红色的氧化铁;黑色岩层的黑色就能说明当时当地气候比较冷,氧化不十分充分,沉积物中有机物的残余,虽已转变成碳,但没有全部变成二氧化碳散失掉。当然,影响岩石是什么颜色的因素还很多,岩石的颜色不一定都反映过去的情况,但这说明仔细研究岩石本身,是有许多文章可做的。

丹霞地貌-五彩山

红旗渠所在的紫红色石英砂岩

粒度的粗细:在沉积岩中,组成物质的颗粒有粗有细,它们表示着沉积岩形成时离岸的远近,因为粗大的碎屑颗粒不远,所以离岸较近;颗粒细小的碎屑搬运较远,所以沉积都地方就距离岸边较远。石灰岩的出现,则意味着当初这里的附近曾经是海,至少也是一个大湖;因为造成石灰岩的物质是溶解在水中的碳酸钙,所以溶解物能被搬运到离岸很远的地方。于是人们便有了以下都认识。主要由砾石构成的砾岩,分布于离岸最近的地带,如海滨湖边以及山麓河底;泥沙比砾石细,可以搬到离岸稍远一些地方堆积,沙子沉积逐渐形成砂岩,然后是以粘土矿物为主的细小颗粒沉积下来,在离岸更远的地方形成页岩,再就是由大陆搬运到海中的大量钙质和贝壳、珊瑚等生物体的残骸沉积而形成的石灰岩。 

王屋山小沟背五彩石砾岩

禹州华夏植物群古植物化石-轮叶

因此,查明了一个地区同一时期形成的不同种类的沉积岩分布状况,也就能知道当时海洋、湖泊、江河的分布和规模了。

岩层的厚度:沉积岩层的厚薄不仅与沉积的时间长短有关,还与当时沉积物的来源是否丰富有关;沉积物颗粒的粗细与受到当时流水量的大小、流速的快慢等因素有关。因此,我们对岩石研究得越仔细,我们从岩石那里得到的信息或者说破解出的地球故事就越多。

厚薄不同的岩层 

沉积岩的表面形态:出现在沉积岩层表面的某些特殊形态和痕迹,也能说明一定的问题。最常见的是有些岩层表面具有波状起伏的形态或龟裂纹图案,这是沉积物在固结形成岩石以前,受到波浪影响或暴露到太阳下暴晒的证据;今天在洪水退却后露出来的沙滩上,便常可见到这种形象。因此,这些布满波痕和泥裂的岩层是在诉说着远古的风浪与干旱。 


龟裂纹

波痕

雨打沙地造成的坑洼,动物行动留下的脚印等等痕迹,在沉积岩层中都有保存,它们对说明当时是什么样的环境,都是很有意义的。

 

重庆綦江恐龙脚印


岩浆岩和变质岩也能告诉我们一些地球历史上发生过的故事

除沉积岩外,岩浆岩和变质岩也能告诉我们一些地球历史上发生的情况,虽然比沉积岩记录的少,但是有许多情况是十分重要的。 

火山岩的存在,说明当时有火山在喷发;花岗岩的存在,说明那里的地下当时有大量岩浆在活动。这些又都说明当时那里的地壳运动十分强烈。

火山岩形成的奇石

变质岩是高温、高压的产物,而地壳中出现的高温、高压则影响到原已形成的岩石,这说明岩浆活动、地壳运动强烈等因素在起作用。有些从沉积岩变来的变质岩,因其变质程度不深,还能找出原来的层次,这样的变质岩提供的情况就更多了。

太古宙变质岩中的褶皱景观


――完――

 

作者:章秉辰河南省地质调查院教授级高级工程师,河南沁阳市人,专业从事地质公园策划与申报、地学旅游发展规划编制,地质遗迹资源保护与开发、地学科普导游培训、地质博物馆创意与设计等工作。先后主持或参与主持完成了云台山、王屋山、嵩山世界地质公园,郑州黄河、汝阳恐龙、洛宁神灵寨、禹州华夏植物群、山西壶关太行大峡谷、西藏羊八井、林州红旗渠-林虑山、焦作缝山……等数十家不同级别的地质公园与矿山公园申报与建设工作;主持完成了60余项中央与省级财政地质遗迹保护项目。

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