书城自然科学地球运动的科学现象
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第1章 地动山摇何所知地球运动的科学现象(1)

你知道地藏王转肩的起因吗

过去在我国江浙的一些偏远地区,有许多古老的风俗习惯,其中之一就是庆祝地藏王生日的民间活动。

其时正当孟秋,农历7月30日夜晚,家家户户沿着自己住宅的外围,除了点燃一双红色的蜡烛以外,还用无数支香火沿着墙脚、门前、屋后成行成排地安插在土面上。特别是光线幽暗的小巷,被这密密麻麻的香火“布阵”以后,“火龙”滚地的壮观景象,足以称奇,人们不禁要问:这般为地藏王生日而举办的庆祝盛典,到底是怎么回事?

传说这块土地,是靠地藏王菩萨的两只肩膀担负着,才能稳定,人们才能平安地生活、劳动。但是,地藏王担负大地也就像农民挑担一样,基本上是靠右肩着力的,压久了,就要暂时转到左肩上来,让右肩休息一会,再转回去。问题就发生在这换肩的一瞬间,使得大地会震动起来,如果转得猛一些,震荡得厉害些,大山也会摇动,发出轰鸣的响声,更厉害一些,房屋就会倒塌,出现灾害!

所以,每逢7月30日夜晚,家家户户要点燃香火庆祝地藏王生日,目的就是希望地藏王的右肩多承受一些压力,多忍耐一下,不要随便换肩。如果确实需要换肩休息一下,也希望尽量放慢速度,转动得小一些,避免出现地动山摇、房屋倒塌的灾害。

原来,人们高高兴兴地拿着大把点好的香火沿着墙脚根,虔诚地去插,也是希望地藏王保佑平安无事。

随着科学知识的普及,人们逐渐了解了所谓“地藏王转肩”就是发生地震,这绝不是用庆祝地藏王生日的办法就能幸免的。地震是有规律可循的,世界上发生地震的范围也只是在一定的区域之内,甚至哪里有大地震、哪里只会发生小地震等,都有科学道理,不必杞人忧天。

地震是地壳运动的一种表现方式。从严格的地壳运动的定义来说,全世界每天、每时、每刻都在动,只不过人类的感觉器官不容易觉察罢了。

地壳运动奇怪吗

一直到19世纪,人们对地球内部的结构还不清楚,只认为地球是由一团密集星云物质凝结而来。这块炽热的天体逐渐降温冷却,外表的部分先冷,并凝结起硬壳,即地壳。当再冷却时,地壳就发生收缩,正像越冬储藏的苹果,表面会出现皱纹。皱纹发生会产生收缩力,使地壳产生运动。地壳表面的皱纹,比如山脉、不平坦的地貌等,就是地壳冷却收缩的结果;收缩力就是地壳运动,因为地球一直要冷下去,地壳运动也就不断地发生。但这一假说,未能得到地球内部结构的证实。

后来,地球物理学家从地震波得到启示,地震波在地球内部传导的速度是不均匀的,表明地球内部的结构是不同的,有层圈存在。就好像一只鸡蛋,具有三个主要的层圈构造:相当于鸡蛋中心的蛋黄部分,称为地核,其半径约为3 470公里;相当于蛋白的那一部分,称为地幔,其半径约有2 500公里;最外面相当于蛋壳部分,称为地壳,其平均厚度为35公里,我国的青藏高原是全球地壳最厚的地方,有65公里,而深海的洋底,地壳最薄,仅5~8公里。

地壳的层圈构造

地壳由坚硬的岩石组成,也就是岩石圈。地幔是岩石的熔融体,这一层含有许多放射性元素,能够释放出大量热能,这些能量连同熔融体为了调整其平衡,无时无刻不向地壳冲击,地壳就会发生震动。特别是那些地壳比较薄弱的地区,例如深海沟,大断裂带上震动就大些,就成为地震的发源地。有时,地幔里的岩石熔融体也会沿着深海沟或大断裂的空隙突围而出,岩浆外溢,甚至造成火山喷发。即使不发生地震或火山喷发,能量冲击不大,地壳也会发生运动,比如振荡运动--会使地壳发生此起彼伏的升降运动,即垂直运动。另一方面,研究表明,地壳像许多木块一样拼接起来,各个块体像浮冰一样浮动在地幔上,当地幔里的能量由位能转变为动能时,会使一部分地壳漂移,甚至相互碰撞,这就是地壳的水平运动。不管是垂直运动或是水平运动,总称为地壳运动。地幔冲击地壳的活动,是地壳运动的主因,也就是内因。

地壳的垂直运动地壳运动还有一个外因。因为地球是宇宙空间的一个天体,和其他的九大行星、卫星及其他天体一样,有相互吸引的巨大力量,处于平衡状态。一旦某个天体发生爆炸,比如太阳的大耀斑、超巨星的爆炸,发出的能量足以使天体之间的引力失去平衡,地壳的表面会出现振动,也成为地壳运动的外来因素。由此可见,地壳运动是上述内因和外因相互作用的共同结果。

在地壳运动中,地震与火山是人们最容易感受到的,因为是短时期内的突发性事件。如果把一些非突发性的、人们一时难以觉察出来的地壳运动方式放到漫长的地质历史(往往以百万年为一个时间单位来计算)中去考察,人们自然就不容易感受到了。

换言之,地壳运动的方式,基本上分为两大类型,一类是不太剧烈的,地质学家称之为造陆运动,表现为海陆的大规模升降运动,或者是垂直运动、振荡运动,出现大规模的海水向大陆侵进,即所谓“海侵”;或者原来浸淹大陆的海水向海洋撤退,使被淹的大陆重新暴露于海面之上,即所谓“海退”。另一类是剧烈的地壳运动,表现为岩层发生褶皱、断裂,甚至伴有地震,火山喷发,岩浆的流溢与侵入,地物的位置出现水平方向的位移,称之为造山运动。在漫长的地质历史中,不管哪一类地壳运动,对地球上的各种自然环境、自然现象的改变,都会产生举足轻重的影响。

古时学者对地壳运动的感触

人们对地壳运动的认识是从造陆运动开始的,特别是居住在海边的人,从海平面的进退变化很容易联想到地壳在运动。

公元前几百年间,地中海沿岸各国比较发达的国家里一些学者见到许多海生贝类的壳体埋藏在平原之下,甚至在山上的岩层里这一异常现象,提出了猜想:海水曾一度淹进到平原,甚至水位升高到山上。后来,海面下降,陆地相对上升,海生贝壳就遗留在陆上,甚至上了山,这就初步萌发了有关地壳的升降运动乃是造陆运动的基础思想。到了公元1世纪,古罗马的一位诗人,生动地描述了这种地质现象,诗的题目叫《转化》,其中写道:

我看到,

从前是牢固的陆地,

现在变成汪洋。

我看到,

从海底暴露出大陆--

远离海岸的地方散布着贝壳,

在那高山之巅发现古老的船锚。

洪流奔腾澎湃,

把往昔的平畴冲成山谷。

瞧吧!

巨浪正在把那高山移向海洋。

这首诗道出了“沧海桑田”的基本道理,真是一首文理并茂的科学诗。无独有偶,我国古代学者也有过类似的见解。例如晋代葛洪(284-363)在其《神仙传》中有过这样的描述:有一次,仙女麻姑与另一仙人王方平相遇,她说:“我已三次见到东海变为桑田。前次到蓬莱,海水比现在浅了一半,看来,东海又要变成陆地了。”王方平笑着回答:“圣人都说海中又要扬起尘土了。”这就是“沧海桑田”这句成语典故的由来。当然,这是神话故事,不足以作为科学的凭据,但是,葛洪借助神话故事想象来把“东海三为桑田”加以形象化,可算是“把自然力加以形象化”的一个例子。

回到现实科学意义上来,我国唐宋时期的一些学者也作过海陆变迁情况解释的尝试。例如唐代着名书法家颜真卿(709-785)在任江西抚州刺史时,于公元771年初夏,正当蝉声送暖、花气袭人,他与朋友们游览南城县麻姑山后写了一篇《抚州南城县麻姑山仙坛记》,文中提到:“南城县有麻姑山,顶有坛,相传麻姑于此得道。……东北有石崇观,高山中犹有螺蚌壳,或以为桑田所变。”他由高山上发现螺蚌壳(化石),联系到“沧海桑田”的变化,在古代地质科学尚未建立的时候,有如此见解,确实是不容易的。

沈括与同行者在讨论华北平原的成因

又一个例子,北宋时代的着名学者沈括(1031-1095)在他的名着《梦溪笔谈》中提及,他在积极参加王安石变法革新时,于宋神宗熙宁七年(1074)担任河北西路察访使兼判军器监,当年秋天到河北一带巡视推行新法情况,沿着太行山向北的大道上前进,发现山崖间的石头里有螺蚌壳化石。他与同行者一起讨论为什么山崖的岩层里会含有如卵般的圆形石子?这如墙壁一般的山崖为何能延伸不绝?沈括认为太行山东麓曾是海滨边岸,如卵般的石子是当年海滨遗留下来的沉积物,而石头里的螺蚌壳也正是过去滨海地带生活的贝类在死亡后,留下的壳体遗骸。如今,海岸已东去很远,离太行山麓恐怕有千里之遥!如果用今天地质科学的道理去注释沈括的这段文字,难道不正是地壳运动造陆作用的结果吗?