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沧桑巨变话地球
李德水 /文
自 序
本文是三年前为研究我国生态变化问题而写的，成稿日期为2002年9月6日。文中许多观点虽未展开论证，却也不是天方夜谭，而是科学家们研究成果的蒐集，其中还有一些国际上的最新成果，当然也包括了作者个人的学习心得。近日翻看原稿，感慨颇多，并增写了第四部分，发表出来供大家参考。2005年9月7日晨
前段时间我读了几本地质学和气象学方面的书，加上多年的观察和思考，深感我们人类居住的这个“小小寰球”真是历经沧桑，神奇无比。这好像是一篇研究报告，却并非学术论文，算是一篇读书心得可能更确切，整理出来供大家参考。
一、沧海横流 大陆漂移
地质学家们都说，地球的年龄是46亿岁。研究地球的历史虽然没有文物可考、文字可查，但留存在地壳中的地层、古生物化石和各种各样的构造变动遗迹，都是记载地球史的“文物”和“文字”。在地质学家的眼里，每一块石头都可写出一篇大文章。从到目前为止的研究成果看，地壳构造轮廓和地貌演变的历史，可以粗略概括如下。
太古代时（距今24亿年以前），地壳处于早期阶段，为脆薄的玄武岩圈。当时，全球几乎都是浅海洋，只有分散的小岛或小陆块。由于地壳运动极频繁（这一期间颇具代表意义的大地构造运动是阜平运动和五台运动），形成了较稳定的陆块（亦称陆核）。元古代时（距今24亿~6亿年），地球上发生了一次广泛而又强烈的地壳运动（我国称吕梁运动，距今18亿年前），一些洋壳褶皱隆起，并伴有岩桨大量喷溢和岩层的变质作用，使陆核加大，形成了一些较大而稳定的古陆，后又不断焊接延长。到距今8亿~6亿年前，全球形成了五个巨型的稳定大陆，即北美古陆、欧洲古陆、西伯利亚古陆、中国古陆和冈瓦纳联合古陆(包括现在的南极洲、澳洲、印度、非洲、南美洲)。
从寒武纪开始（距今6亿年），世界各地出现了广泛的海侵，除东欧地台和冈瓦纳古陆外，几乎全球均为海水淹没，形成了广阔的浅海及碳酸盐沉积。奥陶纪以后（距今5亿年），又广泛发生海退，特别是在距今约4亿年的早古生代，欧洲发生了一次对全球都有强烈影响的构造运动（称加里东运动），使一些海槽挤压褶皱上升成山脉，全球陆地面积迅速扩大。
进入晚古生代（距今4亿~2.5亿年），全球存在四个巨型稳定的古陆，即欧美古陆、西伯利亚古陆、中国古陆和冈瓦纳古陆。在晚古生代后期，全球范围又发生了一次强烈的地壳运动（称海西运动），使海槽两侧的大陆板块发生对接碰撞，许多海槽先后关闭或褶皱隆起，全球大陆连成一体（称泛大陆）。此后正值石炭、二叠纪时期，大陆上遍布沼泽平原和内陆盆地，气候温暖，林木茂盛，是全球最重要的造煤时期。这个联合古大陆大约经历了1亿年时间。
到了中生代（包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪、距今2.5亿年~7000万年），又发生一次强烈的地壳运动（旧阿尔卑斯运动，我国称燕山运动），出现了联合古陆分裂解体，大西洋形成和扩展，古地中海收缩关闭，太平洋逐渐缩小及环太平洋褶皱带的形成。于是，北美与欧亚大陆分离、南美与非洲分离，印度和澳大利亚分别向北、东北方向漂移。美国地质学家研究表明，我国的扬子板块就是当时从澳大利亚漂移过来与中国大陆整合的。
新生代是地史的最近阶段，从7000万年前至现代。它以最新的一次强烈地壳运动即喜马拉雅运动或称新阿尔卑斯运动的开始为标志。此后，地中海-喜马拉雅海槽最后封闭，形成强烈而高耸的褶皱带即青藏高原的隆起，大西洋和印度洋继续扩张，环太平洋海槽不断褶皱隆起并伴随频繁的地震活动和火山喷发，各大陆相对漂移或靠拢，逐渐形成东、西半球两个大陆，以及现代的全球海陆分布格局。
关于地壳运动的起因和动力来源，科学家们研究提出了许多理论，形成了若干个学派。最具代表性的学说有三种。一是地槽―――地台说，认为地壳运动的动力来源是地球内部物质的重力分异作用，物质受热变轻向上流动造成地表上升隆起，物质冷却变重下沉则造成地表下降凹陷。二是地质力学说，认为地球自转速度变化所产生的惯性离心力和纬向惯性力是推动地壳运动的主要动力来源。三是板块构造说，认为驱动力来源是地幔热对流，地幔本身是个巨大的核发应堆，里边的一切物质都处于熔融状态，其热冷升降到达岩石圈时向两侧扩散而产生的平流，是一个复杂的热交换和热动力过程，导致地壳板块的分裂、增生扩张、横向漂移或俯冲消亡等。每种学说都能解释许多地质现象，但谁也不能完全自圆其说。目前，认同度较高的是板块构造说。看来，人类对地球及其运动规律的认识，还远未到达自由王国。
二、沙尘暴肆虐 黄土盖高原
黄土高原与青藏高原、内蒙古高原和云贵高原齐名，是我国四大高原之一，也是世界上黄土分布面积最大、最集中和黄土地貌最典型的地理单元。这块古老的黄土地是中华民族的摇篮，哺育了炎黄子孙；是古文明的发祥地，创造了灿烂的文化。该高原上覆盖着约32万平方公里的黄土层，一般厚度为20~30米，最大深度达200余米。根据古地磁法、热释光和放射性碳等方法测定，黄土至少在240万年前就已开始堆积。
那么，黄土高原是怎么形成的，这上面的黄土又是从何而来的呢？
我国在燕山运动落幕（距今7000万年）之后，地壳长期处于相对稳定阶段。全国大部分地区地形平坦，陕、甘、青、新地区是一片准平原。当时中国气候比今日温暖，风化壳普遍发育。在始新世初期（距今约4000万年）开始造陆运动。以大规模的和缓拱曲运动为主，使原来的准平原变形，出现了一系列凹陷盆地，如准噶尔盆地、柴达木盆地、阿拉善地区等，其中沉积了大量红色和杂色岩系。在第三纪末和第四纪初（距今3000万~2000万年），喜马拉雅造山运动表现最为强烈，造成了青藏高原的强烈隆起及喜马拉雅山、昆仑山、秦岭等东西走向山脉的形成。黄土高原位于青藏高原的东北缘。应当说，黄土高原的基岩也是受西南印度板块的挤压，与青藏高原同时隆起的，只是比青藏高原低得多，且尚无黄土覆盖而已。所以不能认为黄土高原是由黄土堆积而成，而是由于后来被黄土盖上了才得名，黄土是高原的一层“外衣”。
青藏高原隆起之后，以其巨大的体积高耸于西风带之中，它的宽度占了西风带的三分之一，从而使西风带在对流层以青藏高原为界分成南北两支。北支吹经地区正与现代的戈壁―――沙漠―――黄土带平行。在大气环流影响下，西北地区干旱少雨，昼夜温差大，物理风化十分强烈，地表形成大量粉砂级颗粒。强劲的北支西风急流一旦吹过，就可把粉砂级以下颗粒吹扬起来，甚至进入几千米高空，向东南搬移，在黄土高原一带飘落下来，逐年堆积，形成厚厚的黄土层。再细一些的黄土可飞越太行山落在华北大地上，形成了华北平原的覆盖层。在这以后，由于黄河长期反复的泛滥，不仅造就了肥沃的八百里秦川，也使浩瀚的华夏大平原更加殷实丰厚。更细的黄土还飞到了长江口一带，形成了绵实的黄土层。如今上海的地表是由长江冲积物沉淀而成的泥沙层，建筑打桩是打不到基岩的。重要建筑物只要把桩打到六七十米之下的致密状黄土层就行了。从这个意义上可以说，整个现代上海市是靠240万年前从西北吹来的细粒黄土形成的地层支撑着的。
还有一点特别值得注意的是，黄土高原与沙漠、戈壁的关系。我们不应孤立地去谈论和观察黄土高原。从地形图上可以看出，现代戈壁―――沙漠―――黄土带大体上是沿着由西偏北向东偏南方向依次分布的。这说明，前述时期西北地区沉积的大量红色和杂色岩系在严重风化之后，由于青藏高原北支强劲西风急流的吹动，经历了漫长的地质年代（距今2000万~240万年）之后实现了卵石、粗中砂砾、黄土在空间上的分离。可以断定，戈壁、沙漠、黄土高原是同时形成的。三者本是一母所生、同出一体，黄土正是从戈壁、沙漠中来的。正如打谷场上，农民掀动谷堆顺风高高扬起，依次飘向远处的是谷皮和微尘、落到附近的是谷子、掉在跟前的是碎石，都是一样的道理。不难设想，在那个延续1000多万年的地质年代里，每当西北季风劲吹的时候，整个华夏大地当是怎样一派天昏地暗、日月无光的可怕景象。待到戈壁、沙漠、黄土三者的分离基本完成以后，也就尘埃落定了。从此，具备了高级动物栖息繁衍的条件，其时正是古猿人时代。现代的沙尘暴与那时相比，实在是小巫见大巫，主要是人类活动破坏了生态平衡所引起的。
三、台风的成因和功过评说
我国西北地区远离海洋，终年盛行西风气流，故总体上偏于干旱。近于东西走向的天山、阿尔泰山、帕米尔高原、阿拉套山等构成天然屏障，更使塔里木盆地、准噶尔盆地成为干旱的封闭式盆地。来自大西洋和北冰洋的水汽则从北疆西部的缺口进入，为北疆山地迎风坡的降水和高山冰川的发育创造了条件。那么，为什么我国南方会多雨湿润？为什么我国东南沿海多台风，且其风向多是对着西北吹？台风对我国经济发展和社会生活的功与过如何评价？
生成于热带海洋上的强大而深厚的气旋性空气涡流，称为热带气旋。根据国际统一标准，热带气旋中心附近最大风力≤7级的称为热带低压；8~9级的称为热带风暴；10~11级的为强热带风暴；≥12级的称之为台风或飓风。这种风流表现了明显的季节性，故又称为季风。它的形成主要是由于海陆间的热力差异以及这种差异的季节性变化所引起。
大陆冬冷夏热，海洋冬暖夏凉。冬季，大陆上的气压比海洋高，气压梯度由陆地指向海洋，所以气流由陆地流向海洋，形成冬季风。夏季，海洋上的气压比陆地高，气压梯度由海洋指向陆地，风由海洋吹向陆地，形成夏季风。世界季风区域分布虽很广，但尤以东亚为最著名的季风区，季风范围最广、强度最大。这不仅因为这里位于世界最大的欧亚大陆东部，又面临世界最大的太平洋，海洋的气温与气压对比和季度变化比其他任何地区都显著，而且更重要的是存在青藏高原这样一种特殊的地形条件。青藏高原的地面气温与同高度的自由大气相比，冬季气温偏低、夏天气温偏高。故青藏高原在冬季是个冷源（冷区偏于西部，范围较小），夏季则整个高原都较热，是个强大的热源。在夏季，整个高原上部的空气对流层温度都比四周高，这就出现了高原上空气流的垂直运动：地面空气冉冉上升，形成高原地面的热低压；高空部位则形成暖高压。该暖高压可占据亚洲大陆南部、向西延伸到非洲西北部，高压的辐射气流在赤道附近下沉，从而吸引南半球越赤道气流，促进南北半球的热能、动能和水分的交换。形象地说，夏天青藏高原在太阳的灼烤下，就好比是一块发烫的大铁板，其上面的大气因获得大量活化能量而腾腾升起，高原上的低空部位形成一个巨大的相对负压区，对太平洋上空的高压暖湿气流产生了强大的吸引力，故容易形成强热带风暴和台风，而且多是向西北方吹的。而高原上的高空部位形成的暖高压气流辐射到太平洋上，又对热带风暴和台风的形成起到推波助澜的作用。由此就可以知道，为什么我国东南部地区总是雨量丰沛，能大面积种水稻，而美国加洲虽濒临太平洋却降雨极少，整个美国虽为两大洋夹抱却只能种小麦而少有水田了。
台风是可怕的，因为它路经之处摧枯拉朽，所向披靡，具有较大的破坏性。但在夏秋两季如果没有台风、没有东南暖湿气流的调节，不仅东南沿海地区，而且整个华北地区都将出现不可想象的干旱。我国南方伏旱季节，主要靠台风带来雨水接济；北方包括山东、华北广大地区的水库主要靠下大暴雨的时候才能蓄水，而在很多情况下这水汽主要也是由台风输送过来的。受台风之害的只是小小局部，而受益的却是广大地区。所以，台风是利大于弊、功大于过的，而且这“军功章”的一半要给青藏高原。青藏高原这种特殊的地形条件，不仅为引来台风作出了贡献，而且为整个长江中下游及其以南地区夏季吸引更多的太平洋上空水汽、为我国西南地区吸引大量印度洋和孟加拉湾的暖湿气流，都作出了重要贡献。只是无论从太平洋吹来的东南暖湿气流（或台风），还是从印度洋和孟加拉湾吹来的西南季风（先向东北、再围绕青藏高原转向西北），到了我国西北地区的东部就都成了强弩之末，再无力向西北推进了，秦岭正是南北气候的分界线。
四、地球运动和气候变化
研究地球运动和气候变化的规律，尚需以更大的视觉和更深远的眼光去观察。也就是说，不能就地球论地球，还要从宇宙空间或至少从太阳系的范围进一步去探索。例如，太阳活动情况对地球运动和大气中CO2含量变化就有很直接的影响。从人类观察到的近百年来太阳周期平均黑子相对数变化曲线，便恰好与地球的冷暖变化趋势基本相吻合。天文学家研究的成果表明，九大行星地心会聚的力矩效应，还可使地球冬夏的公转半径和公转速度发生改变，从而对气候变迁发生重要影响。他们还计算出木星、土星、天王星、海王星四颗巨星的力矩效应，在近千年来呈现出相对稳定的准60年周期变化。在20世纪初的低温期（1901年），地球冬至时的公转半径延长了94万公里，相当于把地球与太阳的距离拉远了94万公里；在30~40年代暖期，地球冬至时公转半径又缩短了76万公里（1940年）；在60~70年代相对变冷期，冬至公转半径又延长57万公里（1960年）。这一个周期正好60年左右。我们的祖先把60年定为一个“甲子”，实在是通过长期观察得出的科学规律。地球在公转过程中，与太阳的角度变化就演绎出春夏秋冬四个季节，最大温差达摄氏几十度之大，行星力矩效应把地球与太阳的距离拉开或缩短几十万公里，地球上的气候岂能不发生明显变化？从黄河潼关水文站的历史记载也可以看出，黄河从丰水到平水、枯水再到出现丰水，大体上也呈现出60年一个周期的规律。真可谓“天行有其道，地行有其常”。
大气层中的CO2确实不能太多，却也不是越少越好。从地球的发展史看，每一次大规模的造山运动都伴随着强烈的岩浆活动。仅以中生代为例，美国大片《侏罗纪公园》播出后，人们都知道侏罗纪（距今1.55亿年~1.30亿年）地球上恐龙极盛，但了解恐龙何时、何故灭绝者却甚少，且说法不一。最简单的道理就是恐龙失去了生存的条件。由于三迭纪末期（距今1.55亿年以前一段时期）发生的地壳运动，大陆上许多地区发生凹陷，形成内陆盆地，且多为淡水湖沉积。进入侏罗纪时气候温暖潮湿，植物繁茂，最适宜恐龙生活。到侏罗纪末期，出现了影响范围很广的重要造山运动―――燕山运动，使岩层发生强烈的皱褶和断裂，且伴随着剧烈的岩浆活动和大规模的火山喷发，地球上空笼罩着浓厚的CO2和火山灰，恐龙等动物因缺氧和气温升高而消亡。侏罗纪延绵2500万年，恐龙生存的历史也算是相当久远的。这次造山运动在我国东部表现尤为强烈，叫做“东南地台大断裂”（这与《红楼梦》第一回说的“东南地陷，女娲补天”有点巧合），而且一直延续到中生代白垩纪的末期，地质学上又称之为太平洋构造旋廻。那么，空气中大量的CO2后来到哪里去了呢？一是被地面上的CaO吸收生成CaCO3，这就是石灰岩大量生成的地质年代之一；二是被植物的光合作用吸收了。一个地质年代往往以几百万、几千万年计。经过长期演变，又出现了大气中CO2太少的情况。这就使得地球的温室效应大为减弱。其后果是，地球表层白天吸收的太阳热量，到夜里就迅即向太空释放，导致昼夜温差极大。这正如塑料大棚的顶盖被掀掉了一样，大气中留不住太阳能，气候就慢慢变冷，地球也慢慢变冷。有资料显示，在那个年代出现了江河断流，全球海洋平均结冰20米厚的冰雪世界。及至第三纪中期（距今5000万年前后），世界上再次发生强烈造山运动即喜马拉雅运动，地球才又重新变暖。
另外，引起地球气候变化的因素，更多的不是在陆地，而是在占地球面积70％以上的海洋。由于大洋深处与上层海水的温差引起的海水垂直方向的热交换运动，也会对大气环流产生巨大的影响，如厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等。它的淫威一旦发作起来，人的力量就显得微不足道。当然，各种自然现象大多具有先兆性，是可以预测和预防的。但如果人类违背了自然规律，一味贪婪地索取、甚至肆无忌惮地糟践自然，就会受到严厉的惩罚。
地球是伟大的，它养育了整个人类和万物生灵；人类是幸运的，正好生存在地球相对稳定又最适合生存的地质年代。人类历史只有地球年龄的万分之一（约50万年）。在地史学的概念中，一万年不是太久，而只是一瞬之间。地球的运动是绝对的。但尽管小地震天天都有，大点的地震和火山喷发年年可见，而地壳再保持几十万年、几百万年，甚至几亿年的相对稳定都是可能的。人们一定要珍爱地球，珍重人生，增强坚定不移地走可持续发展道路的自觉性，真正实现人类与自然协调和谐、环境与发展相互促进。此则地球之幸，人类之幸！（原载《中国信息报》2005年9月8日一版）
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