地质学

来自中文百科专业版
跳转至: 导航搜索

  地质学汉语拼音:Dizhixue;英语:Geology),研究地球物质组成、结构构造、外部特征、各圈层间的相互作用和地球演变历史的学科。“地质学”名词来源于希腊文γη(地)和λóγoσ(学说)二字,依希腊女神盖亚(Gaea)即大地之母而命名。1779年瑞士学者H.B.de索绪尔在《阿尔卑斯山纪行》(1779~1799)第一卷中第一次使用了地质学这个词,并给予了现代的含义。在现阶段,由于观察、研究条件的限制,主要以岩石圈为研究对象,并涉及水圈大气圈生物圈和岩石圈下更深的部位,以及涉及其他行星卫星太空地质学(Astrogeology)。

研究对象和特点

  地球自形成以来,经历了约45亿年演化过程,进行着错综复杂的物理、化学变化,同时还受到天体变化的影响。地球的各个圈层均在不断演变,约在35亿年前,出现了生命现象。于是,生物作为一种地质营力,时时在改变着地球的面貌。最晚在距今200万年至300万年,开始有人类出现。地球成为人类栖身之所,衣食之源。人类为了生存和发展,一直在努力适应和改变周围的环境,利用坚硬岩石作为用具和工具,从矿石中提取铜、铁等金属制造工具,对人类社会的历史产生过划时代的影响。观察、研究地球,利用地球资源,对地球的现状、历史和将来建立起科学的系统认识,是人类社会继续向前发展的需要。

  地球是一个庞大而复杂的自然综合体,具有特殊的多级结构和多圈层,以及非均质性、非线性和随机性,螺旋循环上升的不可逆性等。人类感官所能直接观察到的只是地球的表层和局部;那些发生在地球上的地质作用过程可以长达千百万年乃至亿年,无论是个人或整个人类,都难以重复验证;这些地质作用,在不同时期、不同地区,各有特点。因此,只有人类的认识能力达到较高水平时,才能建立起对地球总体的科学认识。F.恩格斯早在《反杜林论》一书中,对地质学的特点作了概括:“地质学按其性质来说主要是研究那些不但我们没有经历过,而且任何人也没有经历过的过程”。这就是说,还不能在大范围内直接观测到改变地表,特别是地球内部构造的过程。在地质学发展中很长一段时间,研究地球和地壳的历史,只能根据地貌,地壳成分和构造型式去追溯和再造地质过程。这就是“现实主义”的“将今论古”的历史比拟法。主要是根据现代地质过程和地质遗迹的观测,去推断过去地质时期岩石圈及其自然地理条件的状况和发展,这就是建立在现实主义原则上的比较历史的地质方法。20世纪70年代以来“将今论古”受到挑战。地球物理、地球化学、深海钻探、同位素地质、高温高压模拟试验、航空以及遥感地质等新技术、新方法的采用,使地质学能进行观察、记述的空间和时间范围日益扩大,研究的准确性不断提高,推动了地质学研究方法的革新和地质学的发展。

研究范围与分支学科

  根据研究对象和特点,地质学分为许多彼此联系、互为因果的独立分支学科:研究地壳物质成分与组成的有晶体学、矿物学和岩石学;研究地质作用的有动力地质学,其中包括火山、地震、构造地质学等;再造和追溯地质作用历史和年代顺序的地史学,包括地层学、古生物学、古地理学、古地磁学、地质年代学等;属于应用地质学的有矿床地质学(金属、非金属矿床与可燃性矿床等)、工程地质学、水文地质学、环境地质学(包括灾害地质学)等;研究地质普遍规律的有理论地质学;研究地质学理论及方法的发展和演化客观规律的尚有地质学史;研究地球科学自然观、科学方法论以及认识论的地质哲学和地质社会学。随着近代科学技术的发展和经济社会的需求,地质学涌现出许多新分支,如同位素地质学、海洋地质学、天体地质学(又称宇宙地质学)、核子地质学、地震地质学、幔岩学、地幔矿物学、板块构造学、深部地质学以及农业地质学、城市地质学、医学地质学等。人类认识地球历史过程的深化,不断扩大和丰富着地质学的研究范畴和内容。具有现代科学意义的地质学,是19世纪30~40年代才形成的。到20世纪,以地球为对象,从不同角度和范围进行研究的学科,除地质学外,地理学、海洋科学、大气科学、水文学、固体地球物理学、地球化学等都发展起来,形成了比较完整的地球科学体系。地质学是地球科学系统中的一门综合性和应用性很强的自然科学,是其中起骨干作用的基础学科。

  地质学的发展与自然科学各学科密切相关:在地壳物质组成、结构构造变化及其研究方法上与物理学和化学有关;在研究地球起源,地球在宇宙空间的位置和运动规律与天文学有关;在关于地表形状的成因、构造、变迁的研究上与自然地理学有关;对地球生命起源和发展的研究与生物学和古生物学有关;在认识作为行星地球的结构和物理性质上与地球物理学和天文学有关。

分支学科:

发展简史

远古时代

  地质学来源于人类生活和生产实践。早在新石器时代,人类就具有某些地质知识,诸如居住地的选择,石头、矿物的识别与运用。这在中国、印度、埃及、巴比伦等的考古、文化记载中都可找到考证,其中记述了一定地质思想和知识,特别记述了较高水平认识和使用岩石、矿石、矿物、金属的状况和历史。

古希腊罗马时代

  这一时期,哲学学派林立。科学家、自然哲学家对物质的组成、宇宙成因、地球起源有着各种解释和推论,如泰勒斯的主水论、赫拉克利特的主火论,其他有大气论、四元素论、微粒子论、原子论、地动说、地球中心说、同心天体说等。对地质思想发展影响较深的要算是毕达哥拉斯和亚里士多德的宇宙论,以及斯特拉波的《地理学》,代表了这个时期的地学思想水平。

中世纪

  由于采矿业的发展,矿产资源利用的扩大,在找矿和冶炼的活动中,更丰富了地质知识。正当欧洲文化处于历史上称之为“黑暗时代”时,在阿拉伯国家却升起了科学文化发展的曙光,在继承希腊、罗马科学文化以及朴素的自然观的基础上,创造了光辉的以阿拉伯文化为主的中亚文化,出现了一批著名的学者,如比鲁尼的《识别贵重矿物的资料汇编》(1048),阿维森纳的《矿物形成与分类》等。

文艺复兴至18世纪

  这一时期,地质思想有了颇大的发展,地质矿产知识不断积累。意大利达·芬奇的《地球与海洋》中记述了海陆变迁、山脉形成,特别是对于生物化石及其成因作了科学的解释。德国G.阿格里科拉的《论金属》(1556),总结了当时欧洲矿业开发以及矿产地质的丰富资料。N.哥白尼《天体运行论》(1543)发表以后,使自然科学从神学中解放出来,包括地球在内的日心体系的建立,揭开了近代地质学诞生的序幕。1664年法国R.笛卡儿、1680年德国G.W.莱布尼茨先后以思辨性的天体演化假说观点论证了地球形成理论。1669年丹麦N.斯蒂诺提出地层层序律。此外,英国R.胡克的《论地震》(1705),T.巴涅特的《神圣的地球理论》(1684),俄国M.V.罗蒙诺索夫的《论地层》(1763),法国N.德马雷关于玄武岩成因的论述,索绪尔的《阿尔卑斯山纪行》等,也都反映了16~18世纪地质思想的发展。

近代地质学理论的形成与建立

  18世纪下半叶,以德国A.G.维尔纳为首的弗赖堡水成学派,和以英国J.赫顿为代表的爱丁堡火成学派,进行了长期论战,推动了矿物学、岩石学的发展,丰富了近代地质学理论内容,奠定了现实主义思想的理论基础。19世纪初,英国W.史密斯根据岩层所含生物化石,提出了确定岩层相对年代的思想和方法。法国地质学家A.布龙尼亚尔以及G.居维叶建立了古生物学的方法,提出用生物地层学建立地质年代表。1812年居维叶提出灾变说,受到J.-B.de M.拉马克等进化论学派的否定。19世纪30年代,英国C.莱伊尔的《地质学原理》提出了渐进论,否定了灾变论,并为近代地质学建立了比较历史的地质方法,创立了地质现实主义的“将今论古”原则,进而完善了地质学的理论体系,标志着科学地质学的建立。

  19世纪中叶以后,大地构造理论开始建立。1859年美国J.霍尔提出了地槽概念,后为J.D.丹纳所论证;1885年E.修斯提出了地台概念,1900年为法国G.-é.奥格所论证,从而建立起地槽学说。这个时期,在探索地壳结构和褶皱山脉形成理论中涌现出许多假说:如地球收缩说、膨胀说、均衡说,20世纪还有脉动说、波动说、地壳蠕动说、放射性热融化假说、地幔对流说、重力分异说等。

地质科学蓬勃发展时代

  20世纪初,德国A.L.魏格纳提出大陆漂移说,向占统治地位的地球固定论提出了严峻的挑战。20世纪50~60年代以来,由于实施了国际地球物理年、国际深海钻探计划,取得了地球物理学和海洋地质学方面的新资料。60年代中,实施了国际上地幔计划,发现了地磁极性倒转,论证了地幔对流理论和大陆漂移说,提出了海底扩张说,大洋中脊以及转换断层理论,从而建立起地质学的全球观念——板块构造说,使地质学理论进入一个崭新阶段。70年代,由于实施了国际地球动力学计划,从地幔岩石学和地幔地球化学的研究中,不仅进一步为板块构造理论提供了有说服力的论据,同时也丰富了地球起源认识论上的内容;进一步论证了地球物质的非均一性,地球物质运动从平衡到非平衡,从封闭到开放,彼此互为因果。80年代以来实施了国际岩石圈计划,国际地质对比计划,深海钻探计划、大洋钻探计划、大陆钻探计划,从已获得的地球动力学、运动学和深部地质信息等成就中,又进一步论证和完善了板块构造地质学的理论,推动了地球科学的新思维、新概念、新地球观的涌现。

发展趋势

  由于科学技术的飞速发展,手段不断更新,相邻学科相互渗透,人类对地球及其不同圈层的认识和利用,无论从微观还是宏观上,都进入了一个崭新的阶段。近代地质学已跃入当代繁荣学科行列,并肩负着为人类寻找更多的资源、能源基地,评估、预测和减轻地震及其他自然灾害,保护环境,调节生态平衡,创造更优越的生产和生存条件;增强了地质学解决重大问题的广度和深度,不断扩大其服务领域和社会功能,发展和丰富了地质科学的内涵。在重大理论探索方面,诸如地球的起源及其早期演化,生命和人类的起源、板块构造的驱动力和力源机制、岩石圈三维结构及多层圈相互作用、大陆生成演化的新模式等,继续从理论的一元化向多元化的广度和深度发展,沿着人类认识自然的必然规律,经过兼容并蓄,互为借鉴,日臻完善与系统化,逐步走向新的一元化。这些理论的论证和发展,不断要求得到哲学上的概括和认识上的解释,以及方法论上的借鉴。这正意味着自然科学新理论、新概念的出现,向哲学及其辩证唯物主义认识论提出严峻挑战。

  地质学的发展趋势,在微观上已向原子的更深层次,宏观上已向地球外空间;在深度上已从地壳进入上地幔,或更深层(下地幔);在广度上已从大陆进入海洋,再从海洋回到大陆,从全球向空间进而进入太阳系。构成由浅入深、由陆到洋、由外向内、由地到天,彼此渗透、相互制约、纵横交错的发展前景。

  随着社会生产力的发展,人类活动对地球的影响越来越大,地质环境对人类生产和生活的制约也越来越明显。合理有效地利用地球资源,维护和优化人类的生存环境,为可持续发展提供保证,已成为当今世界共同关注的问题。用各种现代科技手段和方法取得地质资料,进行综合研究,扩大地质学的研究深度、范围和服务领域,更深刻地认识地球,推进地球系统科学的研究,树立地学研究全球观,已成为地质学发展的总趋势。