大陸與造山運動

1. 大陸與造山運動

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3. 大地構造 • 大陸佔地球的三分之一面積強，地質構造極為複雜，由變動強烈的變質岩、沉積岩和火成岩等組成。 • 因為是人類與生物活動的主要環境，因此被研究的時間很早。 • 大陸主要由三種基本構造單元所組成： • 地盾 • 地台 • 造山摺皺帶

4. 地盾(shield) • 地盾都是由先寒武紀地層組成，面積十分廣大，都在數千平方公里以上，地形低平，無明顯特色。 • 地盾主要由高度變質岩和花崗岩所組成，構造很複雜，也間雜有強烈變動和變質的火山岩和沉積岩。 • 上述的岩石在先寒武紀都曾經過多次的地殼變動，但進入寒武紀後的地質年代中，便呈現安定狀態，除了輕微的撓曲(warping)外，不再發生地殼變動。 • 因此地盾地區目前僅有持續的風化作用，使得原有的高山受到侵蝕，逐漸變為低緩地貌。 • 地遁是最原始陸地，也儲存有大量的重要金屬礦產，也構成大陸的核心，目前各大陸中心幾乎由地盾組成。 • 例如：北美加拿大地盾、歐洲波羅地海地盾、亞洲西伯利亞地盾、南美巴西地盾、非洲中非地盾、澳洲澳大利亞地盾。

5. 地台(platform) • 以地盾作為基底，上覆較年輕而近乎水平的沉積岩層，就構成地台。 • 地台屬於安定地區，面積廣大，常構成地面上平坦而寬廣的低地。 • 屬於地台的沉積岩曾多是海相的沉積砂岩或頁岩或石灰岩，表示大片的地盾曾為海水所淹沒，然後再受到抬升而形成大陸。 • 因此這些沉積岩層雖未受劇烈變質和地殼變動，但受到升降的運動，常形成大規模的盆地和穹丘，也有海進和海退等不整合現象。 • 一般地台區的地殼變動均以輕微的掀動、摺皺、斷裂等為主，斷層的移動量也非常小。 • 例如：歐洲的俄羅斯地台、北美加拿大地盾以南的內陸安定區均是地台分布區。

6. 造山摺皺帶(folded mountain belt) • 為一狹長的山脈帶，多發生在大陸安定地塊的邊緣。 • 造山帶中的岩層都經過強烈的擠壓，而發生複雜的摺皺和低角度的斷層，也有火成岩和變質作用，表示造山帶是由地殼的壓縮作用而形成。 • 例如喜馬拉雅山脈、阿爾卑斯山脈、落磯山脈、安地斯山脈。

7. 安定地區和活動地帶 • 組成大陸的三種主要構造單元，可以將地殼分為安定地區(stable region)和活動地帶(mobile belt)兩大部分。 • 安定地區—多分布在大陸內部，由古老的變質岩和其他老岩層組成，均是由很老的地殼變動帶經過長期的侵蝕作用後所留下來者，大部分地形相當平坦，沒有崎嶇的高山。地盾和地台區均屬於。 • 活動地帶—多在大陸的邊緣，經過強烈地殼變動的地區，所以多數的地層都受到劇烈的摺皺和斷移，地質構造極為複雜。多半位在海洋和大陸的交界處，也是各種山脈形成的地區，多數高大的山脈都由此發展。造山地帶在地質上稱為地槽(geosyncline)，所以地槽便是活動地帶。

8. 山脈的特性 • 山脈是大陸上最顯著的地形，其共通特點是高度，均比其他周圍的地區高。 • 在地質上，山脈除了高度外，山脈必有複雜的地質構造，構成的岩層需經過摺皺或斷層作用，甚至一部分岩石經過變質作用，或為火成岩所入侵。因此許多高原因組成岩曾和地形多是平緩的，而不能被稱為山脈。 • 有時候山脈是浸在水中的，如阿留申群島，為一群露出海面的火山山脈的山頂部分。

9. 山脈的分類 • 山脈按照特性可以分為三大類： • 摺皺山脈(fold mountain)—主要經過摺皺的沉積岩上升所造成，其中摺皺明顯且眾多，且多低角度的逆斷層，有不同程度的變質作用和火成岩活動，世界上多數主要山脈都屬於本類型。 • 斷塊山脈(fault-block mountain)—由於高角度正斷層的作用，使得大地塊上升，造成了高聳的山脈。 • 火山山脈(volcanic mountain)—由於地殼內熔岩和火山碎屑物向外噴發造成的錐狀山脈。

11. 地槽學說 • 地槽學說是地質學研究中的一個基本概念，用來說明地球上各大山脈如何形成。 • 最早由1859年美國地質學家James Hall所提出。 • 其發現美國東部阿帕拉契山中古生代早期地層後達四千公尺，但西到內陸地台的密西失比河谷，同一年代層僅有百餘公尺到三、四百公尺。 • Hall認為阿帕拉契山脈原本是一不斷向下沉陷的槽狀地帶，可以容納巨厚的沉積物。 • 1873年美國地質學家J. D. Dana稱此一種低漥狹長的地區為地槽。 • 但是，Hall認為的地槽下沉是堆積物向下壓力所造成；Dana認為地槽兩側的壓力推擠是造成地槽下沉的主因，而堆積在地槽理的巨厚沉積物經過以後的擠壓摺皺，就形成很高的山脈。

12. 地槽的形成 • 造山階段(orogenic or mountain-making phase) • 當地槽下沉到一定深度，因地球深部的密度變大或地槽本身的浮力作用阻止下沉，於是進入造山階段。 • 原地槽中的沉積物受到橫壓力的擠壓，摺皺成山脈的構造，並發生許多斷層， • 地殼變動的階段中，地槽深部的沉積物也發生變質作用，同時有火成岩的侵入(主要為花崗岩)，使地槽中的沉積物變為剛體，即為一造山摺皺帶。 • 上升階段(uplift phase) • 地槽中沉積岩因變質作用或火成岩作用，形成一個比較輕的山根(mountain root)。 • 由地殼均衡學說，輕的岩石便會浮起形成高山，然後再受到地表的風化侵蝕。 • 地槽的發育可經過三個階段： • 沉積階段(sedimentation phase) • 地槽一面緩慢下降，一面持續接受沉積物。沉積物的厚度在地槽中心最厚，但沉積物厚度向著鄰近地槽的大陸方向逐漸變小；所以地槽沉積物呈一楔形，楔尖指向陸台部分。 • 地槽沉積物分為兩類—淘選度佳的砂、頁和石灰岩等；淘選度差的砂、頁岩，多由海底濁流作用堆積而成。 • 依據沉積物不同，地可分為兩個部分： • 次等地槽(miogeosyncline)—接近大陸，由淘選度佳的沉積物構成。 • 優等地槽(eugeosyncline)—離大陸邊緣遠，由淘選度差的沉積物構成。

14. 地槽定義的修正 • 板塊構造學說盛行後，地槽的名詞仍保留，但重新修訂其定義。 • 地槽代表現在或過去板塊邊界上，大陸邊緣一側厚而狹長的沉積物堆積區。 • 次等地槽代表大陸棚和其上的沉積物。 • 優等地槽代表離大陸較遠的弧前盆地和隱沒帶含有火山物質的沉積物和沉積地區。

15. 地殼運動的分類 • 地殼變動有兩種方式： • 造山運動(orogeny)— • 地殼經過變動而造成山脈的運動，主要發生在地槽中。 • 因橫向或側向壓力的推擠，使得地槽內巨厚沉積物經摺曲形成高山，同時伴隨有大規模的逆斷層和其他斷層作用，有時還有火成岩的入侵和變質作用。 • 造陸運動(epeirogeny)— • 垂直的上下運動為主，可以使地殼發生廣泛的撓曲或傾斜，使岩層造成寬廣而延伸很遠的波狀起伏，以及盆地和穹丘，很少有劇烈的摺曲和逆斷層作用。 • 造陸運動多半是區域性的，可以影響很廣大的陸地面積，多半發生在地台或地盾中。

16. 地殼均衡說(isostasy) • 來自於希臘文”isos”=”equal”和”stasis”=”standing”。認為到達地下一定的深度時，該地所受到上面各不同地形單元岩層的壓力達到一致，在這個深度以下的地函就在靜水壓力的平衡狀態。 • 高山和其周圍的地殼是呈靜水平衡狀態，高山和平原等都不過是不同大小的地塊，浮在一個液體狀而更緻密的底層上，猶如不同大小的冰山浮在水面上一樣。 • 最理想的條件是岩石圈的每一部分，都能達到浮立平衡的狀態，地殼的各部分都能立在一個浮動面上而彼此平衡，各部分組成的地塊都能自由上升或下降，和其相鄰的地塊不發生關係。

17. 地殼均衡說(isostasy)—相關理論 • Pratt’s理論： • 1854年提出。所有地塊都浮立在同一深度的底層上面，但是各地塊的密度不等。 • 上升較高的地塊密度較小；下沉較深的地塊密度較大。結果各地塊的總質量相等，可以維持平衡。 • 不同高度的地塊可以不同的密度來均衡，高山的岩石密度小，低地的岩石密度大，所以各地塊仍能為維持平衡，各地塊的地不都在同一平面上，此一平面稱為平衡面(level of compensation)。

18. 地殼均衡說(isostasy)--相關理論 • Airy’s 理論： • 1855年提出。接受Pratt的看法，但是不認為各種地塊會有不同密度，而應該是密度相同而厚度不同。 • 高山上升高、底部也下沉的深。低地上升的低、底部也下沉的淺。 • 同一底層上，各岩塊厚度不同，高山厚度大，其下較重的地函物質角少；低地厚度小，其下有較多比較重的地函物質，所以總質量彼此仍舊可以平衡。 • 山的高可以由其根的深來補償，山越高根越深，此稱為山根均衡學說(root of mountain theory of isostasy)。

19. 山脈的造成學說 • 有關造山運動的學說很多，但目前尚無一個學說可以完美的說明。 • 十九世紀流行的學說是地殼收縮說(contraction theory)，主張地殼原先是在很熱的熔岩狀態，其後不斷冷卻而收縮，而產生收縮力，使地殼變形，造成許多摺皺和斷層山脈。但目前已不被重視。 • 1912年Wegener創立大陸漂移學說(continental drift theory)。主張地殼為一大塊，後來破碎四處移動。各陸塊漂移時，前端岩曾受推動而起摺曲，或邊緣壓迫深海沉積物，將這些沉積物推擠成山脈。 • 對流作用說(convection current)，因地函中高溫物質上升，到達地殼底部後向兩側移動，慢慢冷卻，向兩旁流動一段距離後，又向下流回到地函中，如此造成對流圈；因對流作用，將地殼拉著下降，造成地槽，並將地槽中的沉積物加以壓縮；最後對流作用停止，因為浮力作用和地殼均衡作用，地槽內已經壓縮的沉積物就隆起成為高山。 • 地殼的上下垂直運動，以蘇俄學者主張最烈，認為地殼的上下運動是造成山脈的主要作用。 • 目前，最被地質學界所認可的學說為板塊構造學說(plate tectonics)或新全球構造學說(new global tectonics)，綜合大陸漂移學說和海底擴張學說(seafloor spreading)。