地质学是研究什么的?有什么实际应用?

地质学是研究什么的?有什么实际应用?
地质学是研究什么的?
有什么实际应用?

地质学是研究什么的?有什么实际应用?
地质学是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史的知识体系.
地球自形成以来,经历了约46亿年的演化过程,进行过错综复杂的物理、化学变化,同时还受天文变化的影响,所以各个层圈均在不断演变.
约在35亿年前,地球上出现了生命现象,于是生物成为一种地质应力.最晚在距今200～300万年前,开始有人类出现.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,对人类社会的历史产生过划时代的影响.
随着社会生产力的发展,人类活动对地球的影响越来越大,地质环境对人类的制约 作用也越来越明显.如何合理有效的利用地球资源、维护人类生存的环境,已成为当今世界所共同关注的问题.
地质学的研究对象
地球的平均半径为6371公里 .其核心可能是以铁、镍为主的金属,称为地核,半径约3400公里.在地核之外,是厚度近2900公里的地幔.地幔之外是薄厚不一的地壳,已知最厚处为75公里,最薄处仅5公里左右,平均厚度约35公里.
地核的内层是固体,也有科学家认为是在强大压力下原子壳层已被破坏的超固体.外层是具有液体性质的物质,还推测有电流在其中运动,被认为是地球磁场的本原.外层的厚度约为2220公里.
地幔下部是含有较多金属硫化物和氧化物的非晶体固体物质；地幔上部成份与橄榄岩大致相当；与地壳相接部分和地壳均具有刚硬的性质,合称为岩石圈,厚度约为60～120公里；在岩石圈之下为一层具有可塑性、可以缓慢流动、厚度约为100公里的软流圈.
地壳表面的海洋、湖泊、河流等水体约占地表总面积的74%.成液态的地表水与冻结在两极地区和高山上的冰川,以及土壤、岩石中的地下水,组成地球的水圈.
地球的外层是大气圈.大气主要集中于高度不超过16公里的近地面中,成份以氮和氧为主.离地越远,大气越稀薄,而且成份也有变化.在100公里外,大气逐渐不能保持分子状态,而以带电粒子的形态出现,其稀薄程度超过人造的真空.带电粒子受到地球磁场的控制,形成能够阻挡来自太阳和宇宙带电粒子流冲击的电磁层.
地球的水圈和大气圈通过水的蒸发、凝结、降水和气体的溶解、挥发等方式互相渗透和影响.固体的地球界面上下,是大气和水活动的场所.岩石圈的物质也不断运动 ,并通过火山喷发的形式进入水圈和大气圈.地球各圈层的相互作用不断改变着地球的面貌.
地球的这些圈层,是由于其组成物质的重力差异作用而逐渐形成的.地球上的任何质点均受到地球引力和惯性离心力的作用,这两种力的合力就是重力.地球表面重力吸住了大气和水,并对他们的运动产生了影响.
矿物和岩石
在地球的化学成分中,铁的含量最高(35%),其他元素依次为氧(30%)、硅(15%)、镁(13%)等.如果按地壳中所含元素计算,氧最多(46%),其他依次为硅(28%)、铝(8%)、铁(6%)、镁(4%)等.这些元素多形成化合物,少量为单质,它们的天然存在形式即为矿物.
矿物具有确定的或在一定范围内变化的化学成分和物理特征.组成矿物的元素,如果其原子多是按一定的形式在三维空间内周期性重复排列,并具有自己的结构,那么就是晶体.晶体在外界条件适合的时候,其形态多表现为规则的几何多面体,但这种情况很少.
矿物在地壳中常以集合的形态存在,这种集合体可以由一种,也可以由多种矿物组成,这在地质学中被称为岩石.
地球中的矿物已知的有3300多种,常见的只有20多种,其中又以长石、石英、辉石、闪石、云母、橄榄石、方解石、磁铁矿和粘土矿物最最多,除方解石和磁铁矿外,它们的化学成分都以二氧化硅为主,石英全为二氧化硅组成,其余则均为硅酸盐矿物.
由硅酸盐溶浆凝结而成的火成岩构成了地壳的主体,按体积和重量计都最多.但地面最常见到的则是沉积岩,它是早先形成的岩石破坏后,又经过物理或化学作用在地球表面的低凹部位沉积,经过压实、胶结再次硬化,形成具有层状结构特征的岩石.
在地壳中,在大大高于地表的温度和压力作用下,岩石的结构、构造或化学成分发生变化,形成不同于火成岩和沉积岩的变质岩.火成岩、沉积岩、变质岩是地球上岩石的三大类别.火成岩中的玄武岩、花岗岩 是地球中最具代表性的岩石,是构成大陆的主要岩石.形成时代最早的花岗岩,年龄达39亿年,而玄武岩是构成海洋所覆盖的地壳的主要物质,均比较“年轻”,一般不超过2亿年.
地层和古生物
地层是以成层的岩石为主体,随时间推移而在地表低凹处形成的构造,是地质历史的重要纪录.狭义的地层专指已固结的成层的岩石,有时也包括尚未固结成岩的松散沉积物.依照沉积的先后,早形成的地层居下,晚形成的地层在上,这是地层层序关系的基本原理,称为地层层序律.
地层在形成以后,由于受到地壳剧烈运动的影响,改变原来的位置,会产生倾斜甚至倒转,但只要能查明其形成和变形的时间,仍可以恢复其原始的层序.在同一时间,地球上各处环境不同,在不同环境中形成的地层各有特点.在地表的隆起部位,不仅不能形成新的地层,还会因受到剥蚀而使已经形成的地层消失.
因此,地层学是研究各地区地层的划分,确定地层的顺序和相邻地区地层在时间上的对比关系的专门学科.它是地质学的基础,也是地质学中最早形成的学科.
古生物是指在地质历史时期,在地球上生存过的各类生物,一般已经绝灭,它们的少量遗体和遗迹形成化石保存在地层中. 通过研究这些化石,可以了解地质历史上生物的形态、构造和活动情况.
对各种古生物进行分类,可以认识生物的演化关系；依据地层中所含化石,可以断定地层的层序,生物演化的不可逆性和阶段性,使这种判断具有可靠的根据；古生物的分布和生活习性,还反映出当时地理环境的特点.古生物的研究是地质学也是生物学的重要组成部分.
地质构造和地质作用
地球表层的岩层和岩体,在形成过程及形成以后,都会受到各种地质作用力的影响,有的大体上保持了形成时的原始状态,有的则产生了形变.它们具有复杂的空间组合形态,即各种地质构造.断裂和褶皱是地质构造的两种最基本形式.
地球的岩石圈,已经并还在发生着全球规模的板块运动.板块构造学是 二十世纪地质学对地质构造及地质作用的新认识.其基本内容是,岩石圈是地球中最刚硬的部分,它飘浮在地幔中具有塑性、局部熔融、密度较大的软流圈之上.岩石圈中存在着许多很深很大的断裂,这些断裂把岩石圈分割成被称为板块的巨大块体,全球可分为六大板块.
一般认为,主要是地球内部热的不均匀分布引起了物质对流运动,使岩石圈破裂成为板块.板块形成后继续运动,发生分离、碰撞等事件.地幔中的熔融物质沿板块间的拉张断裂带挤入,并不断向断裂两侧扩展,形成新的洋壳,而部分板块则随着载荷它的软流圈物质向下移动而消失于地幔之中.
板块运动被认为是使地壳表层发生位置移动,出现断裂、褶皱以及引起地震、岩浆活动和岩石变质等地质作用的总原因,这些地质作用总称为内力地质作用.内力地质作用改变着地壳的构造,同时为地貌的形成打下基础.
地质作用强烈地影响着气候以及水资源与土壤的分布,创造出了适于人类生存的环境.这种良好环境的出现,是地球大气圈、水圈和岩石圈演化到一定阶段的产物.地球形成的初期,大气圈和水圈的成分、质量都和现代大不相同.例如,大气曾经历以二氧化碳为主的阶段,海水是约在10亿年前才具有今天的含盐度,生物最早出现在地球形成约10亿年以后等等.
地质作用也会给人带来危害,如地震、火山爆发、洪水泛滥等.人类无力改变地质作用的规律,但可以认识和运用这些规律,使之向有利于人的方向发展,防患于未然.如预报、预防地质灾害的发生,就有可能减轻损失.中国在古代就有“束水攻沙”,引黄河水灌溉淤田压碱等经验,是利用河流的地质作用取得成功的例子.
地质学的研究特点
地壳是一个极其复杂的研究对象,不但具有复杂的物质成分,不同的化学性质、物理性质和各式各样的结构方式,而且在漫长的时间和广大的空间内,又都受到了一系列物理作用、化学作用甚至生物作用等综合的地质作用影响,不断地发生着错综复杂的物理和化学变化.
这些作用以及它们所呈现的各种地质现象之间,存在着互相制约、互相联系、互相转化的关系.它们的发生、发展和演化的规律,除具有普遍的特点之外,还常有一定的时间变异性和区域特殊性,因而不同地区具有不同的地质特征,蕴藏着不同种类、成分和规模的矿产.
地质学的另一特点是把空间与时间统一起来研究.现在能观察到的地球历史发展记录,主要保存在表层岩石内,按时间顺序层层堆积的地层中.由不同时代岩浆凝结而成的火成岩体,以及由早先形成的岩层岩体演变而成的变质建造,不同时期留下的构造变形遗迹等,是了解地球历史的基本材料.由于经过长期复杂的变动,这些史料已变得凌乱和有缺失,这是地质学研究的难点.
地壳中除了保存着各种地质变化的遗迹之外,还有记载着生物的演化和同位素的蜕变等其他科学方面的珍贵史料,它是地球的一系列复杂运动的结果,而这种运动现在还在进行着.对于地表以下较大深度的地质现象和地质作用,目前还只能通过地球物理等探测技术,来进行间接的推测和研究.
同物理、化学等基础科学比较,地质学研究具有较强的地域性、历史性和综合性.只有根据足够的实际资料,特别是根据足以充分说明空间和时间变化因素的丰富资料总结出来的地质学理论,才能有较广泛的适用性.
地质学的这些特点,决定了一般的地质研究必须通过一定比重的野外实际调查,配合相应的室内研究.野外调查和室内研究,构成一次观察、记录(包括制图)采样、初步综合、试验分析、总结提高以至复查验证的完整的地质研究过程.地质学研究在实质上都是对其研究对象的一次综合性调查研究过程.
随着生产和科学技术的发展,20世纪中叶以来地质学的研究中引入了大量的新技术、新方法,如不同的地球物理勘探方法、地球化学勘察方法、科学深钻技术、同位素地质方法、航空以及遥感地质方法、现代电子计算机技术、高温高压模拟试验等的采用.
物理、化学等基础科学新的成就的引用,地球物理、地球化学、数学地质、宇宙地质学等地质科学中边缘学科的进一步发展,推动了地质学的发展,同时使地质学的方法不断地革新.
地质学的分支分科
人类对地质的认识,首先是从被视为静止物体的矿物和岩石的研究开始的.通过保存在地层中的古生物化石的研究,提出了古生物学的理论与方法,并运用于划分地层,把历史的观念引入了地质学.
天文学的成果,特别是科学的天体演化假说的提出,使人类对地球的现状和历史演变的认识,提高到能够建立一个比较合乎逻辑的完整体系的程度.继天文学、生物学之后,物理学和化学的成果也为地质学的创立和发展提供了条件,使地质学发展成为自然科学的一大支柱.
早期的地质学以研究地壳表层某个地区的岩石为基础,矿物学、岩石学、地层学及古生物学、构造地质学、区域地质学都是在此基础上建立起来的.历史地质学则是概括这些地质实体的发展历史的综合性学科.
地质学与物理学、化学结合而产生的地球物理学、地球化学,是地球科学的重要支柱,也是推动地质学向现代科学水平发展的重要方面.
现代地质学把地球作为一次整体来研究,20世纪60年代出现的板块构造说,就是吸收了地震研究、海洋地质调查和古地碰研究等方面的最新科学成果,较好地解释了全球构造问题.
至20世纪80年代,地质学已发展成为包含有下列分支学科的理论体系.这些分支学科大体可分为两类：一类是探讨基本事实和原理的基础学科；一类是这些基础学科与生产或其他学科结合而形成的学科.
矿物学是研究矿物的化学成分、内部结构、形态、性质、成因、产状,共生组合、变化条件、用途以及它们之间的相互关系的学科.
岩石学是研究岩石的物质成分、结构、构造、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演变历史和演变规律的学科.
矿床地质学是研究矿床的特征、成固、分布及其工业意义的学科.
地球化学是研究地球各圈层和各种地质体的化学组成、化学作用和化学演化,探讨化学元素及其同位素的分布、存在形式、共生组合、集中分散及迁移循环的规律的学科.
以地质作用及其留下的形迹为主要研究对象的学科包括下列各分支.
动力地质学是研究各种地质作用,包括引起这些作用的动力在地球各圈层活动的规律的学科.火山地质学、地震地质学、冰川地质学等均属这个学科中有特殊内容的分支.
构造地质学是研究地球岩石圈的构造变形,包括断裂、褶皱等各种构造形迹及不同类型构造单元的分布、形成、演化和发展,是从总体上研究地质体的构造在时间上及空间上的发展规律及成固和动力来源的学科.大地构造学也属于构造地质学范畴.
地貌学是研究地表形态特征及其发生、发展和分布的规律的学科.又称地形学,是地质学与自然地理学之间的边缘学科.
地球物理学是研究各种地球物理场和地球的物理性质、结构、形态及其中发生的各种物理过程的学科,是地质学与物理学之间的边缘科学.地球物理学在狭义上只研究地球的固体部分,又称固体地球物理学；广义的地球物理学还包括对水圈、大气圈的研究.
地质力学是运用力学原理研究地壳构造和地壳运动规律及其起因的学科.
以地质历史为主要研究对象的学科,包括下列分支：
古生物学是研究地球历史上的生物界及其进化过程的学科.主要是对保存在地层中的化石的研究.
地层学是研究成层岩石的时空分布规律,包括地层的层序和时代及其地理分布、地层的分类、对比以及它们之间的关系的学科.
历史地质学是研究地球的发展历史和规律,包括地球上生物的进化历史,古沉积相的分析和古地理面貌的复原,以及地壳地质构造和有关地质作用的演变等方面的研究,是一门综合性的学科.
古地理学是研究地球历史上的海陆分布及其他自然地理特征与发展过程的学科.
地质年代学是研究地质历史时期的顺序及其延续的年代数据,地质年代表是其研究的最终成果.
综合一个地区的地质调查成果,研究阐明该地区地质的总体特征,探讨各种地质作用的相互关系的学科称为区域地质学.
此外,将地球及其他星球作为一个天体来研究,形成了行星地质学、天文地质学.对地球深部的研究,是刚刚开拓的新领域.
地质学为了开发利用地下资源及改善和利用地球环境,解决人类社会发展中的实际问题,形成了既有理论意义又有生产应用价值的下列各分支学科.
水文地质学是研究地下水的形成、分布和运动的规律,以合理开发地下水、防治地下水的危害,以及利用地下水的化学、物理特征找矿、预报地震和防治地方病、保护环境.
工程地质学是以调查研究和解决各类工程建设中的地质问题为任务,包括评价地基的地质条件,预测工程建设对地质环境的影响,选择最佳场所、路线,为工程设计提供可靠的地质依据.
环境地质学是研究地质环境质量和人类活动与地质环境的相互关系的学科.
灾害地质学是研究地质灾害的发生、分布规律、形成机制和对人类的影响及其预测预防的学科.
金属矿产地质学、非金属地质矿产学、石油地质学、煤地质学是把地质学基础理论用于研究这些矿产资源的成因、分布规律等的学科.这些学科具有很强的实用性,同时又有基础研究性质.
找矿勘探地质学是综合运用地质学理论和现有的找矿方法、手段寻找矿藏的学科.
矿山地质学是以解决矿山开发过程中遇到的地质问题为任务的学科.
还有些自成体系、自有理论、与地质学相辅相成,对地质学的发展有重要作用的技术学科,属于广义的地质学或地质科技的范畴.它们包括：运用物理的、化学的方法去取得野外地质资料的地球物理勘探和地球化学勘查；运用钻探或坑探的手段直接向地下取得地质样品的探矿工程；对各种地质样品进行实验测试的实验室技术；为地质调查提供地形底图并绘制地质图件的测绘学；能在远距离处取得地质资料的航空测量技术和遥感技术以及用于处理地质资料的数学方法和计算机技术等.
随着研究深度的增加,新的分支学科还在不断产生各个学科的联系愈来愈紧密,建立一个更加充实、完整的有关地球的知识体系,是发展的必然趋势.
地质学与人类
人类是在地球的发展过程中,生物进化达到高等阶段的产物.人的出现有赖于适宜的自然环境,包括地质水文、气候、生物等方面因素.它们互相依赖和制约,经过长期发展,达到了适于人类生存的相对稳定的生态平衡,如果其中任何一种因素发生重大变化,都将破坏这个平衡,而且有可能使环境不再有利于人类.
当人类的活动符合自然界的客观规律时,便可以得到利益,如凿井得水,开山取矿；相反则会蒙受损失,如过量灌溉导致土壤盐碱化.另一方面,自然界的突发事件或缓慢积累起来的重大变化,也可以给人类带来无法逃避的灾害.地质学正在积极研究人类活动引起的地质环境的变化和地质作用造成的对人的危害.
地质学是提高人类认识自然,增进与环境的协调和求得环境改善的科学.地球表层的生物和人类的大量活动,都与地质条件相关.在生产力还不发达的时期,人类活动对地质环境的影响较弱,灾害性地质作用给人类带来的损失也不如今日这样巨大.
在当代的发达国家里,矿业和以矿产品为基本原料的工业,一般要占到整个工业生产总值的60%左右；进行生产所使用的动力,几乎百分之百地取之于地球资源.
20世纪80年代,人类从地下采出石油的数量,较半个世纪前增长一百倍以上.砂石等非金属材料也成为重要的资源被大量开采,它们一年产出的数量,无论就重量或体积均超过了其他工业矿物原料年产量的总和.
如此大量的开采,就使地质学不仅要找出新的矿产资源以维持社会庞大需求,而且还要担当起指导合理开发、保护矿产资源、防治环境恶化等重任.
现代建设的发展,使人口密集、建筑集中,许多工程规模巨大,这对地质环境的依赖和对环境的影响超过人类史上的任何时期.在现代化的工程建设中,不仅要重视地质作用引起的突发事件,还要注意它的长期影响,比如泥沙淤积、地面缓慢升降等.这些都是地质学应该研究解决的问题.
在现代化的社会中,社会的生产和生活组成一个息息相关的整体,电力、煤气、自来水的供应,一刻不可缺少,交通、电讯必须保持畅通,而地震破坏上述设施造成的后果,可以比地震本身直接造成的危害还要严重.不仅地震,其他如山崩、滑坡、泥石流、塌陷、地震海浪冲蚀等可能造成灾害的地质作用,都必须运用地质学去认识和提出防治意见.同时,人们还须遵循地质学的科学指导,避免因人类的活动而触发灾害,导致地质环境的恶化.
因此,地质学与人类的关系不仅仅在于资源的取用,还在于与人类生存和生活环境的诸多方面直接相关.现在地质学已成为人类社会所普遍需要的科学,参照地质学知识制定矿产资源法、海洋法、水法、环境保护法等,就表现了这种密切的关系.
地质学的发展趋势
未来,地质学能观察和研究的范围和领域将日益扩大.在空间上,不但能通过直接或间接的方法逐步深入到岩石圈深部,而且对月球、太阳系部分行星及其卫星的某些地质特征,将有更多的了解.
数学、物理学、化学、生物学、天文学等其他学科的发展和向地质学的进一步渗透,先进技术在地质工作中的使用,同精细、深入的野外地质工作相结合,会使人们有可能对更多的地质现象和规律作出科学的解释进行更深入和本质性的研究.
实验条件将进一步改进,如将实验室中所能达到的温度压力提得更高,模拟更为复杂的多种可变因素的地质作用,并把时间因素也纳入模拟实验之中.
地质学理论不断得到补充、修正,尤其是各大陆所提供的有关不同地质历史时期的新资料将在很大程度上检验、发展板块构造说,进而会产生一些新的理论和学说.
在地质学的服务领域,一个重要方面是开发地球资源,其中有关矿产资源和新能源的研究,仍处于最重要的地位.同时,由于区域成矿研究的需要,将进一步加强区域地质的综合研究,并促进地层学、古生物学、沉积学、构造地质学、地质年代学 ,以及区域岩浆活动研究、变质地质研究等向新的水平发展.
保障人类良好的生存环境、干旱半干旱地区和沼泽地区的水文地质问题,以及工程地质问题的研究将不断扩大.环境地质学,包括环境地质调查研究,有关的微量测试技术和环境保护的地质措施等的研究日趋重要.
总之,地质学必须加强基础研究,如矿物学、岩石学地层学、古生物学等具有奠基意义的学科的研究,以提高对各种地质体、地质现象及其形成、演化的认识.同时还要充分吸收和利用其他科学技术的新成果,包括社会科学的研究成果,以更全面、本质地认识地球历史和构造,为科学的发展,为人类更合理、有效地开发和利用地球资源,维护生存环境,作出应有的贡献.