普地補(bǔ)充知識(shí)

1、1、地溫梯度： 又稱“地?zé)崽荻取薄１硎镜厍騼?nèi)部溫度不均勻分布程度的參數(shù)。一般埋深越深處的溫度值越高，以每百米垂直深度上增加的數(shù)表示。不同地點(diǎn)地溫梯度值不同，通常為 (1 3) 百米，火山活動(dòng)區(qū)較高。2、粘土礦物粘土和粘土巖中晶體一般小于 2 微米,主要是含水的鋁、鐵和鎂的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。有的在其成分中還有某些堿金屬或堿土金屬存在。粘土礦物包括高嶺石族礦物、蒙皂石、蛭石、粘土級(jí)云母、伊利石、海綠石、綠泥石和膨脹綠泥石以及有關(guān)的混層結(jié)構(gòu)礦物，此外還包括具過(guò)渡性的層鏈狀結(jié)構(gòu)的坡縷石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶質(zhì)的水鋁英石。除水鋁英石外均屬層狀或?qū)渔湻Y(jié)構(gòu)硅酸鹽，因此粘土礦物可按層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物

2、的分類來(lái)劃分。形態(tài) 粘土礦物的粒度細(xì)小，其大小和形態(tài)需用電子顯微鏡才能測(cè)定。多數(shù)粘土礦物如伊利石等呈鱗片狀，結(jié)晶良好的高嶺石則呈完整的假六方片狀。少數(shù)粘土礦物呈管狀（埃洛石）或纖維狀（坡縷石和海泡石）。性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)與晶體化學(xué)特點(diǎn)決定了它們的如下一些性質(zhì)。離子交換性。具有吸著某些陽(yáng)離子和陰離子并保持于交換狀態(tài)的特性。一般交換性陽(yáng)離 子是 Ca2+、 Mg2+、 H+、 K+、 (NH4)+ 、 Na+, 常 見的 交換 性陰 離子 是 (SO4)2- 、 Cl- 、 (PO4)3- 、 (NO3)- 。 高 嶺石 的陽(yáng) 離子 交換 容量 最 低 ,5 15 毫 克 當(dāng)量 /100 克；蒙脫石、蛭

3、石的陽(yáng)離子交換容量最高，100150 毫克當(dāng)量/100 克。產(chǎn)生陽(yáng)離子交換性的原因是破鍵和晶格內(nèi)類質(zhì)同象置換引起的不飽和電荷需要通過(guò)吸附陽(yáng)離子而取得平衡。陰離子交換則是晶格外露羥基離子的交代作用。粘土水系統(tǒng)特點(diǎn)。粘土礦物中的水以吸附水、層間水和結(jié)構(gòu)水的形式存在。結(jié)構(gòu)水只有在高溫下結(jié)構(gòu)破壞時(shí)才失去,但是吸附水、層間水以及海泡石結(jié)構(gòu)孔洞中的沸石水都是低溫水，經(jīng)低溫(100 150 )加熱后就可脫出，同時(shí)象蒙皂石族礦物失水后還可以復(fù)水，這是一個(gè)重要的特點(diǎn)。粘土礦物與水的作用所產(chǎn)生的膨脹性、分散和凝聚性、粘性、觸變性和可塑性等特點(diǎn)在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。粘土礦物與有機(jī)質(zhì)的反應(yīng)特點(diǎn)。有些粘土礦物與有機(jī)質(zhì)反

4、應(yīng)形成有機(jī)復(fù)合體，改善了它的性能，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，還可作為分析鑒定礦物的依據(jù)。如蒙脫石中可交換的鈣或鈉被有機(jī)離子取代后形成有機(jī)復(fù)合體，使層間距離增大，從原有親水疏油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油疏水，利用這種復(fù)合體可以制備潤(rùn)滑脂、油漆防沉劑和石油化工產(chǎn)品的添加劑。其他如蛭石、高嶺石、埃洛石等也能與有機(jī)質(zhì)形成復(fù)合體。此外，粘土礦物晶格內(nèi)離子置換和層間水變化常影響光學(xué)性質(zhì)的變化。蒙皂石族礦物中的鐵、鎂離子置換八面體中的鋁，或者層間水分子的失去，都使折光率與雙折射率增大。成因 粘土礦物的形成方式有 3 種:與風(fēng)化作用有關(guān)。風(fēng)化原巖的種類和介質(zhì)條件如水、氣候、地貌、植被和時(shí)間等因素決定了礦物種和保存與否。熱液和溫泉水作用

5、于圍巖，可以形成粘土礦物的蝕變富集帶。由沉積作用、成巖作用生成粘土礦物。在現(xiàn)代或古代沉積物有時(shí)可以形成有工業(yè)意義的高嶺土、膨潤(rùn)土、凹凸棒石粘土、海泡石粘土和其他粘土巖。用途 高嶺土主要用作陶瓷原料、造紙的填料和涂層；主要由蒙脫石構(gòu)成的膨潤(rùn)土用于作鉆井泥漿、精煉石油的催化劑和漂白劑、鐵礦球團(tuán)的粘結(jié)劑和鑄形砂粘合劑；凹凸棒石粘土和海泡石粘土是制造抗鹽泥漿的優(yōu)質(zhì)原料、油脂的脫色劑和吸收劑。3、石灰?guī)r(Limestone)簡(jiǎn)稱 灰?guī)r 以方解石為主要成分的碳酸鹽巖。有時(shí)含有白云石、粘土礦物和碎屑礦物，有灰、灰白、灰黑、黃、淺紅、褐紅等色，硬度一般不大，與稀鹽酸反應(yīng)劇烈。結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有碎屑結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)

6、兩種。碎屑結(jié)構(gòu)多由顆粒、泥晶基質(zhì)和亮晶膠結(jié)物構(gòu)成。顆粒又稱粒屑，主要有內(nèi)碎屑、生物碎屑和鮞粒等，泥晶基質(zhì)是由碳酸鈣細(xì)屑或晶體組成的灰泥，質(zhì)點(diǎn)大多小于 0.05 毫米，亮晶膠結(jié)物是充填于巖石顆粒之間孔隙中的化學(xué)沉淀物，是直徑大于 0.01 毫米的方解石晶體顆粒；晶粒結(jié)構(gòu)是由化學(xué)及生物化學(xué)作用沉淀而成的晶體顆粒。石灰?guī)r主要是在淺海的環(huán)境下形成的。石灰?guī)r按成因可劃分為粒屑石灰?guī)r（流水搬運(yùn)、沉積形成） ；生物骨架石灰?guī)r和化學(xué)、生物化學(xué)石灰?guī)r。按結(jié)構(gòu)構(gòu)造可細(xì)分為竹葉狀灰?guī)r、狀灰?guī)r、團(tuán)塊狀灰?guī)r等。石灰?guī)r的主要化學(xué)成分是 CaEO3易溶蝕，故在石灰?guī)r地區(qū)多形成石林和溶洞，稱為喀斯特地形石灰?guī)r是燒制石灰和水泥

7、的主要原料，是煉鐵和煉鋼的熔劑。有生物化學(xué)作用生成的慧眼，常含有豐富的有機(jī)物殘骸。石灰?guī)r中一般都含有一些白云石和黏土礦物，當(dāng)黏土礦物含量達(dá) 25%50%時(shí)，稱為泥質(zhì)巖。白云石含量達(dá)25%50%時(shí)，稱為白云質(zhì)灰?guī)r。石灰?guī)r分布相當(dāng)廣泛，巖性均一，易于開采加工，是一種用途很廣的建筑石料。礦床類型及其分布石灰?guī)r是地殼中分布最廣的礦產(chǎn)之一。按其沉積地區(qū)，石灰?guī)r右分為海相沉積和陸相沉積，以前者居多；按其成因，石灰?guī)r可分為生物沉積、化學(xué)沉積和次生三種類型；按礦石中所含成分不同，石灰?guī)r可分為硅質(zhì)石灰?guī)r、粘土質(zhì)石灰?guī)r和白云質(zhì)石灰?guī)r三種。資源分布情況：中國(guó)石灰?guī)r礦產(chǎn)資源十分豐富，作為水泥、溶劑和化工用的石灰?guī)r礦床

8、已達(dá)八百余處。產(chǎn)地遍布全國(guó)，各省、市自治區(qū)均可在工業(yè)區(qū)附近就地取材。石灰?guī)r礦產(chǎn)在每個(gè)地質(zhì)時(shí)代都有沉積，各個(gè)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展階段都有分布，但質(zhì)量好，規(guī)模大的石灰?guī)r礦床往往賦存于一定的層位中。以水泥用石灰?guī)r為例，東北、華北地區(qū)的中奧陶系馬家溝組石灰?guī)r是極其重要的層位，中南、華東、西南地區(qū)多用石炭、二疊、三疊系石灰?guī)r，西北、西藏地區(qū)一般多用志留、泥盆系石灰?guī)r，華東、西北及長(zhǎng)江中下游的奧陶紀(jì)石灰?guī)r也是水泥原料的重要層位。礦石性質(zhì)礦石的礦物組成石灰?guī)r的礦物成分主要為方解石、伴有白云石、菱鎂礦和其他碳酸鹽礦物，還混有其他一些雜質(zhì)。其中的鎂呈白灰石及菱鎂礦出現(xiàn)，氧化硅為游離狀的石英，石髓及蛋白石分布在巖石內(nèi)，氧

9、化鋁同氧化硅化合成硅酸鋁（粘土、長(zhǎng)石、云母） ；鐵的化合物呈碳酸鹽（菱鎂礦） 、硫鐵礦（黃鐵礦） 、游離的氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦）及氫氧化物（含水針鐵礦）存在；此外還有海綠石，個(gè)別類型的石灰?guī)r中還有煤、地瀝青等有機(jī)質(zhì)和石膏、 硬石膏等硫酸鹽， 以及磷和鈣的化合物， 堿金屬化合物以及鍶、 鋇、錳、鈦、氟等化合物，但含量很低。目的礦物的礦物特征石灰?guī)r的主要物、化性質(zhì)如下：化學(xué)分子式 CaCO3晶系三方晶系晶形 不規(guī)則的等軸粒狀，或具有菱面晶體、或偏三角面體和菱面體聚形、柱面與偏三角面體及菱面體的聚形顏色無(wú)色、白色、含有雜質(zhì)時(shí)變?yōu)榛尹S、淺紅或藍(lán)綠色條痕無(wú)色光澤玻璃光澤解理極完全解理斷口參差狀硬度 3

10、 （ f 系數(shù)一般812）密度 2.715g/cm3濕度一般小于1%理論組分含量Ca 56.4% ； CO2 43.96%拉 壓 強(qiáng) 度垂 直 層 理 方 向 一 般 為58.81370MPa ， 平 行 層 理 方 向 一 般 為49117.6MPa松散系數(shù)1.51.6石灰?guī)r具有良好的加工性、磨光性和很好的膠結(jié)性能，不溶于水，易溶于飽和硫酸，能和種強(qiáng)酸發(fā)生反應(yīng)并形成相應(yīng)的鈣鹽，同時(shí)放出 CO2。石灰?guī)r煅燒至 900以上（一般為 10001300 ）時(shí)分解轉(zhuǎn)化為石灰（ CaO），放出 CO2。生石灰遇水潮解，立即形成 熟石灰 Ca(OH)2 ，熟石灰溶于水后可調(diào)漿，在空氣中易硬化。開發(fā)利用現(xiàn)狀

11、及發(fā)展趨勢(shì)1、開發(fā)利用現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及解決對(duì)策石灰石用途很廣，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門以及人民生活中必不可少的原料。主要用于：1）在建筑工業(yè)中用來(lái)生產(chǎn)水泥和燒制石灰； （ 2）冶金工業(yè)用作熔劑； （ 3）化學(xué)工業(yè)中用來(lái)制堿、漂白粉及肥料等； （ 4）食品工業(yè)中用作澄清劑； （ 5）農(nóng)業(yè)中用來(lái)改良土壤；（ 6）在塑料工業(yè)中用作填料； （ 7）在涂料工業(yè)中廣泛用于做各種建筑涂料； （ 8）在造紙工業(yè)中用作堿性填料； （ 9）在橡膠工業(yè)中用作橡膠的基本填料； （ 10）在環(huán)保工業(yè)中用作吸附劑。重質(zhì)碳酸鈣是以天然 方解石 、石灰石 和白堊為原料，以機(jī)械粉碎達(dá)到一定細(xì)度的產(chǎn)品，其生產(chǎn)方法有干法和濕法兩種，國(guó)外已

12、獲得重大進(jìn)展的濕法磨粉工藝在我國(guó)仍是空白；在用石灰石生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣的工藝中，在輕鈣產(chǎn)品的粒徑與晶形控制方面與國(guó)外相比還有較大差距。為此，今后必須進(jìn)一步發(fā)展石灰石的深加工工業(yè)，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，加強(qiáng)綜合利用，使產(chǎn)品增值，提高經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)展趨勢(shì)石灰石是冶金、建材 、化工、輕工、農(nóng)業(yè)等部門的重要工業(yè)原料。隨著鋼鐵 和水泥工業(yè)的發(fā)展，對(duì)石灰石的需求將進(jìn)一步增加。目前，我國(guó)水泥產(chǎn)量已突破兩億噸，即每年需開采用于水泥制品的石灰石要千億噸以上。預(yù)測(cè)到 2000 年，全國(guó)水泥產(chǎn)量將達(dá)到 3 億噸，這將需要開采更多的石灰石作原料。此外，冶金、化工等方面對(duì)石灰石的需求也很大。因此，石灰石工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展前景廣闊，為了使

13、石灰石產(chǎn)品具有更大的增值效益，開拓石灰石深加工產(chǎn)品也是今后一個(gè)發(fā)展方向。4、【化學(xué)知道】人工合成元素一覽表（共 28 種）序號(hào) - 元素- 符號(hào)- 合成年份 - 合成者43锝 Tc 1937西格雷、佩里埃100鐨 Fm 1955西博格、吉奧索61钷 Pm 1945馬林斯基等101鍆 Md 1955吉奧索85砹 At 1940西格雷、科森等102锘 No 1957弗列羅夫等（俄）87鈁 Fr 1939佩雷103鐒 Lr 1961吉奧索93镎 Np 1940麥克米倫104 Rf 196494钚 Pu 1940麥克米倫、西博格1969 弗列羅夫（俄）95镅 Am 1944西博格、吉奧索喬索等 ( 美

14、)96鋦 Cm 1944西博格、吉奧索105 Db 196797锫 Bk 1949西博格、湯普生等1970 杜布納研究所（俄）98锎 Cf 1950西博格、吉奧索等喬索等 ( 美)99 锿 Es 1955西博格、吉奧索106 Sg 19741974 杜布納研究所（俄）111 Uuu 1994 達(dá)姆斯塔特重離子研究中心（徳）喬索等 ( 美)112 Uub 1996 P. 阿爾穆勃魯斯特和S.107 Bh 1976霍夫曼等 ,1981 杜布納研究所（俄）達(dá)姆斯塔特重離子研究中心（德）明岑貝格等（徳）114 1999 杜布納研究所（俄）108 Hs 1984 明岑貝格等，達(dá)姆斯塔勞倫斯貝克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)

15、室等合作（美）特重離子研究中心（徳）116 1999 勞倫斯貝克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等109 Mt 1982明岑貝格等，達(dá)姆斯塔合作(美)特重離子研究中心（徳）118 1999 勞倫斯貝克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等110 Uun 1994 達(dá)姆斯塔特重離子研究合作(美)中心（徳）在科學(xué)昌盛的 20 世紀(jì)，利用人工方法把一種化學(xué)元素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素并不是不可能的。 這不僅僅是因?yàn)榭茖W(xué)家已經(jīng)了解到， 原子是由原子核和電子組成的，原子核又是由質(zhì)子和中子組成的， 而且他們還掌握了強(qiáng)大的足以轟開原子核大門的武器， 把原子分裂開來(lái)， 并重新組成新的原子。 為這一研究工作奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的是英國(guó)化學(xué)家和物理學(xué)家盧瑟福。 19

16、10 年，盧瑟福進(jìn)行了著名的 粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)大多數(shù) 粒子能夠穿過(guò)金箔繼續(xù)向前行進(jìn)，也有一部分 粒子改變了原來(lái)行進(jìn)的方向，但改變的角度不大。只有極少數(shù)的 粒子被反彈了回來(lái)， 好像碰到了堅(jiān)硬的不可穿透的物體。 盧瑟福認(rèn)為， 這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明金原子中有一個(gè)體積很小的原子核，原子的質(zhì)量和正電荷都集中在原子核內(nèi)。 粒子通過(guò)原子中的空間部分時(shí)，不會(huì)受到阻力，可以順利地穿過(guò)，但如果碰到原子核，則互相排斥（ 粒子和原子核都帶正電） ， 粒子就會(huì)被彈回來(lái)。盧瑟福設(shè)想，金原子核中有 79 個(gè)質(zhì)子和 118 個(gè)中子，質(zhì)量太大， 粒子和金原子核之間的排斥力太大， 并不能把金原子核轟開。 如果采取兩種措施： 一

17、方面用能量很高的 粒子來(lái)轟擊；另一方面，把被轟擊的對(duì)象改為輕的原子核，例如氮原子核（含有 7 個(gè)質(zhì)子和 7 個(gè)中子）。那么， 粒子與氮原子核之間的排斥力要小得多，也許能量很高的 粒子有可能把氮原子核轟開。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確實(shí)像盧瑟福設(shè)想的那樣， 粒子鉆進(jìn)了氮原子核以后， 粒子中的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子與氮原子核中的 7 個(gè)質(zhì)子和 7 個(gè)中子重新組合后， 變成了一個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子。 一個(gè)原子的原子核被轟開以后，變成了另外兩個(gè)原子，這意味著化學(xué)家已經(jīng)能夠用人工方法合成化學(xué)元素了。盧瑟福的發(fā)現(xiàn)還改變了19 世紀(jì)以來(lái)化學(xué)界認(rèn)為“元素永遠(yuǎn)不變”的理論。確實(shí)，這位曾經(jīng)獲得 1908 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家的探索

18、是具有開創(chuàng)性的。雖然盧瑟福將原子分裂后得到的都是一些輕元素， 但是，想要用人工的方法獲得重元素也是可能的。 只要能夠制造出威力更強(qiáng)的“大炮”， 發(fā)射出各種高能粒子，就能達(dá)到目的。 1929 年，美國(guó)加州大學(xué)物理系教授勞倫斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，被加速的帶電粒子的速度接近光速，具有極高的能量。1940年起，美國(guó)化學(xué)家西博格和麥克米倫等人，用回旋加速器產(chǎn)生的高能粒子轟擊不同元素制成的靶，先后用人工方法制得了镅（mi ）、鋦（ j ）等9種人造元素。到現(xiàn)在為止，各國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的95 號(hào)到 112 號(hào)元素，都是在進(jìn)行原子核反應(yīng)時(shí)制備出來(lái)的。3、半衰期：指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所需要的時(shí)間，叫半

19、衰期。原子核的衰變規(guī)律是： N=N0*(1/2)(t/T)其中： No 是指初始時(shí)刻（ t=0 ）時(shí)的原子核數(shù)， T 為衰變時(shí)間， t 為半衰期， N 是衰變后留下的原子核數(shù)。放射性元素的半衰期長(zhǎng)短差別很大，短的遠(yuǎn)小于一秒，長(zhǎng)的可達(dá)數(shù)萬(wàn)年。4、冰期 ice age具有強(qiáng)烈冰川作用的地史時(shí)期。 又稱冰川期。 冰期有廣義和狹義之分， 廣義的冰期又稱大冰期， 狹義的冰期是指比大冰期低一層次的冰期。 大冰期是指地球上氣候寒冷，極地冰蓋增厚、廣布，中、低緯度地區(qū)有時(shí)也有強(qiáng)烈冰川作用的地質(zhì)時(shí)期。大冰期中氣候較寒冷的時(shí)期稱冰期，較溫暖的時(shí)期稱間冰期。大冰期、冰期和間冰期都是依據(jù)氣候劃分的地質(zhì)時(shí)間單位。 大冰

20、期的持續(xù)時(shí)間相當(dāng)?shù)刭|(zhì)年代單位的世或大于世， 兩個(gè)大冰期之間的時(shí)間間隔可以是幾個(gè)紀(jì)， 有人根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料認(rèn)為，大冰期的出現(xiàn)有 1.5 億年的周期。冰期、間冰期的持續(xù)時(shí)間相當(dāng)于地質(zhì)年代單位的期。 ? ?在地質(zhì)史的幾十億年中 ?，全球至少出現(xiàn)過(guò) 3 次大冰期，公認(rèn)的有前寒武紀(jì)晚期大冰期、石炭紀(jì) - 二疊紀(jì)大冰期和第四紀(jì)大冰期。冰川活動(dòng)過(guò)的地區(qū)，所遺留下來(lái)的冰磧物是冰川研究的主要對(duì)象。 第四紀(jì)冰期冰磧層保存最完整， 分布最廣，研究也最詳盡。 在第四紀(jì)內(nèi)， 依冰川覆蓋面積的變化， 可劃分為幾個(gè)冰期和間冰期，冰蓋地區(qū)約分別占陸地表面積的 30和 10。但各大陸冰期的冰川發(fā)育程度有很大差別，如歐洲大陸冰蓋曾達(dá)

21、北緯 48，而亞洲只達(dá)到北緯 60。由于氣候變化隨地區(qū)的差異和研究方法的不同， 各地冰期的劃分有所不同。 1909 年，德國(guó)的 A. 彭克和 E. 布呂克納研究阿爾卑斯山區(qū)第四紀(jì)冰川沉積，劃分和命名了4 個(gè)冰期和 3 個(gè)間冰期。大冰期的成因， 有各種不同說(shuō)法， 但許多研究者認(rèn)為可能與太陽(yáng)系在銀河系的運(yùn)行周期有關(guān)。有的認(rèn)為太陽(yáng)運(yùn)行到近銀心點(diǎn)區(qū)段時(shí)的光度最小， 使行星變冷而形成地球上的大冰期； 有的認(rèn)為銀河系中物質(zhì)分布不均， 太陽(yáng)通過(guò)星際物質(zhì)密度較大的地段時(shí)，降低了太陽(yáng)的輻射能量而形成地球上的大冰期?！氨ㄊ菤夂虻漠a(chǎn)物”，這是冰川學(xué)界的流行說(shuō)法。那么，氣候又是什么的產(chǎn)物呢？筆者的說(shuō)法是“氣候變化是

22、 地球系統(tǒng)的變化在 大氣圈中的反映”。冰凍圈是地球系統(tǒng)的一部分， 所以我們可以說(shuō)“氣候的一部分是冰川的產(chǎn)物”。 當(dāng)然，氣候的主要部分應(yīng)該是地圈（包括殼、幔、核）的產(chǎn)物，因?yàn)榈厝φ嫉厍蛳到y(tǒng)總質(zhì)量的 99.9 。冰川與氣候的關(guān)系緊密，它們同時(shí)受地圈變化的制約，我們甚至可以說(shuō)“冰川和氣候同是地圈變化的產(chǎn)物”。地圈的變化又受宇宙因素的制約，筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究， 提出如下觀點(diǎn)：宇宙磁場(chǎng) 與地核磁流體的電磁耦合作用，可能是地球表層各系統(tǒng)變化的根本原因，也是冰川與氣候變化的根本原因。1、大冰期與銀地磁耦合在地球的 46 億年歷史中，一般公認(rèn)曾出現(xiàn)過(guò) 7 次大冰期，關(guān)于其成因很多學(xué)者提出多種假說(shuō)， 但均不能令人

23、信服。 最近筆者提出： 當(dāng)銀河系旋臂 磁極與地球磁極同向，且相互作用時(shí)間在 40Ma以上者，將出現(xiàn)大冰期。地磁極性的倒轉(zhuǎn)存在著 3 億年的長(zhǎng)周期。一個(gè) 銀河年的長(zhǎng)度從 20 億年前的 4 億年逐漸縮短， 到最近一個(gè)銀河年其時(shí)間長(zhǎng)度僅約 2 億年?，F(xiàn)在太陽(yáng)系正經(jīng)過(guò)銀河系的一個(gè)旋臂，其磁極方向?yàn)檎ㄅc現(xiàn)代地磁極相同） 。將銀河系兩個(gè)旋臂 （它們的磁極性剛好相反） 經(jīng)過(guò)地球的時(shí)間與地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的時(shí)間標(biāo)在圖 1 上，可見當(dāng)銀河旋臂與地磁極性方向相同， 且同號(hào)時(shí)間維持在 40Ma以上者。近 40 億年來(lái)共出現(xiàn)過(guò) 8 次（表 1）。其中最近 7 次剛好對(duì)應(yīng)著 7 次大冰期。表 1 銀地（磁）耦合C型與大冰期

24、出現(xiàn)時(shí)間對(duì)照（單位：億年）眾所周知，大冰期總是與造山運(yùn)動(dòng)相伴出現(xiàn)，這有其必然性。因?yàn)榈貏?shì)平坦時(shí)，大氣熱機(jī)效率很低，使得行星風(fēng)系很弱，極一赤溫差很小，不會(huì)形成大冰期；只有當(dāng)造山運(yùn)動(dòng)使地勢(shì)變得不平坦時(shí)，大氣熱機(jī)效率才會(huì)大提高， 使行星風(fēng)系大增強(qiáng)，極地大降溫，才能形成大冰期。第四紀(jì)大冰期是與青藏高原隆升緊密相伴的。造山運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造營(yíng)升力來(lái)自于地核環(huán)流轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬?qiáng)對(duì)流型”，而銀河旋臂與地磁極同向且相互作用時(shí)間在40Ma以上，是使地核環(huán)流被激發(fā)為“強(qiáng)對(duì)流型”的必要條件。41.2 39.7 38.2 36.7 35.2 33.7 32.2 30.7 29.2 27.7 26.2 24.7 23.2 21.7

25、20.2100Ma前20.2 18.7 17.2 15.7 14.2 12.7 11.2 9.7 8.2 6.7 5.2 3.7 2.2 0.7 0 100Ma前青藏高原 的隆升與 第四紀(jì)大冰期的形成是說(shuō)明上述觀點(diǎn)的一個(gè)典型個(gè)例44.57MaBP，地球磁極開始轉(zhuǎn)為正向，它與銀河系的正極旋臂即開始相互作用，使地核環(huán)流從“準(zhǔn)地轉(zhuǎn)型”開始向“強(qiáng)對(duì)流型”過(guò)渡，青藏高原開始抬升， 隨著地磁極性倒轉(zhuǎn)為負(fù)極，高原抬升運(yùn)動(dòng)停止，變?yōu)橐钠竭\(yùn)動(dòng)。如此在 45Ma的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷多次反復(fù) 2.5MaBP青藏高原被抬升至 2000m左右的高度，高原季風(fēng)大轉(zhuǎn)型，才開始出現(xiàn)第四紀(jì)大冰期。2、冰期與地磁強(qiáng)度變化冰期、間冰期為

26、105a 的旋回，比大冰期短3 個(gè)量級(jí)，一般認(rèn)為它是米氏周期的結(jié)果，但有很多問(wèn)題用米氏理論解釋不通，如近 73 萬(wàn)年來(lái)青藏高原被公認(rèn)為有 3 次冰期，即末次冰期（ 17 萬(wàn)年前）、倒數(shù)第二次冰期（ 1330 萬(wàn)年）和倒數(shù)第三次冰期（ 5072 萬(wàn)年），其時(shí)間間隔遠(yuǎn)超過(guò) 10 萬(wàn)年，用米氏理論不好解釋。事實(shí)上，地球軌道的三要素的綜合可使極地的 太陽(yáng)輻射量變化達(dá) 2030，但使中緯地區(qū)的變化量卻小于 5，因此筆者認(rèn)為關(guān)于青藏高原冰期的成因應(yīng)另尋解釋。 用地磁場(chǎng)的變化或許是一種更合理的解釋。 “倒三冰期”是青藏高原隆升的凍結(jié)高度時(shí)，所必然出現(xiàn)的一次“最大冰期”。從Kukla （1987）給出的西峰磁

27、化率曲線可知， 17 萬(wàn)年前和 2235 萬(wàn)年前為兩個(gè)磁化率低值時(shí)段，它們基本上與末次冰期和倒數(shù)第二次冰期相吻合；而 8 13 萬(wàn)年和 4855 萬(wàn)年為磁化率高值時(shí)段，它們又與間冰期基本相合。再?gòu)耐跆K民等（ 1996）給出的若爾蓋剖面的結(jié)果可見， 25 萬(wàn)年之間出現(xiàn)過(guò) 4 次磁極性漂移（極漂）， 1626萬(wàn)年之間亦出現(xiàn)過(guò) 5 次極漂，而 5 16 萬(wàn)年之間僅出現(xiàn)過(guò) 1 次極漂，極漂事件頻繁的兩個(gè)時(shí)段，恰好對(duì)應(yīng)著兩次冰期；極漂事件很少之時(shí)，則對(duì)應(yīng)著間冰期。這亦表明：地磁弱時(shí)易出現(xiàn)冰期， 地磁強(qiáng)時(shí)易出現(xiàn)間冰期。 這一結(jié)論似乎與上一節(jié)的結(jié)論有矛盾， 其實(shí)并不矛盾， 形成大冰期的直接原因是地形隆起，

28、它要求磁場(chǎng)強(qiáng)，且相互作用時(shí)間較長(zhǎng)；對(duì)冰期，甚至小冰期和冰川波動(dòng)，因時(shí)間尺度較短，地形的升高已不是主要矛盾， 它所要求的地地?zé)後尫泡^少， 有利于降溫， 地磁弱時(shí)較容易滿足這一條件。3、小冰期與太陽(yáng)磁場(chǎng)變化15、17、19 世紀(jì)亞歐大陸 發(fā)生了三次明顯的冰進(jìn)，冰川學(xué)界稱之為“小冰期”，它的時(shí)間尺度是 102a，比冰期又短 3 個(gè)量級(jí)。這 3 次冰進(jìn)剛好與 3 次太陽(yáng)黑子極小期（19 世紀(jì)極小）基本對(duì)應(yīng)， 其中出現(xiàn)在 17 世紀(jì)的 Maunder極小期是 2000 多年來(lái)太陽(yáng)黑子 最少的一個(gè)時(shí)段。 黑子少意味著太陽(yáng)磁場(chǎng)弱， 它與地磁場(chǎng)的耦合作用亦將變?nèi)酰?致使冰期前進(jìn)。 小冰期是地球史上有名的災(zāi)害群

29、發(fā)期 （所謂“明清災(zāi)頻期”） ，另一個(gè)“兩漢災(zāi)頻期”也是出現(xiàn)在太陽(yáng)黑子的極小期中。 大地震大旱魔在中國(guó)大地上接連逞兇。 從冰芯記錄中可知， 在高山冰川區(qū)“小冰期”是一個(gè)低溫、降水略多的時(shí)段， 這與同期山外平原區(qū)是一個(gè)低溫、 干旱時(shí)段有所不同。這種差異似乎是大氣中地形性熱力環(huán)流調(diào)整的結(jié)果。4、冰川波動(dòng)與氣候變化冰川波動(dòng)一般包括冰舌進(jìn)退（其特征時(shí)間為 101a）和冰川物質(zhì)平衡，零平衡線高度變化（其特征時(shí)間為 100a）等幾項(xiàng)內(nèi)容，它們均與短氣候變化緊密相聯(lián)。近 40 多年是各種地學(xué)資料最多的年代，可以進(jìn)行較仔細(xì)的討論。有些氣候?qū)W家認(rèn)為，在這段時(shí)間里出現(xiàn)過(guò)兩次氣候突變，一次在 60 年代中，一次在

30、80 年代初?；蛘哒f(shuō)，可以將此 40 多年的氣候分為三個(gè)時(shí)段。以下將 60 年代中至 70 年代末這一時(shí)段簡(jiǎn)稱為 70 年代，重點(diǎn)討論此時(shí)段的冰川與氣候波動(dòng)及其可能原因。年代是北半球的低溫時(shí)段（南半球?yàn)楦邷貢r(shí)段），我國(guó)大部份地區(qū)是低溫少雨時(shí)段， 青藏高原積雪面積亦變小。 可是由于地形性熱力環(huán)流的調(diào)節(jié)， 使高海拔區(qū)在該時(shí)段的降水反略有增加，于是前進(jìn)冰川的比例大為增加。這一點(diǎn)與“小冰期”的情形頗為相似。年代是地球自轉(zhuǎn)的慢段，是太陽(yáng)黑子的相對(duì)低值時(shí)段，也是我國(guó)大陸地震多發(fā)的時(shí)段。這些特點(diǎn)均與“小冰期”相似。 它們之間是否有什么共同的地球物理過(guò)程在其中起作用？這是值得地球科學(xué)家著力研究的問(wèn)題。5、冰川

31、與氣候變化的一種可能機(jī)制地球與宇宙之間除了有引力的相互作用外，還有熱和磁的相互作用。 “熱”首先是作用于地球表層， 這已為人們所認(rèn)識(shí)。 “磁”則首先應(yīng)作用于地球外核， 因外核是磁流體。當(dāng)太陽(yáng)系（或銀河系）磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)同向時(shí)，則若磁場(chǎng)增強(qiáng)將會(huì)激發(fā)地核流體中的對(duì)流活動(dòng)增強(qiáng)； 反之，會(huì)使地核中的對(duì)流活動(dòng)減弱。 地核環(huán)流通過(guò)核幔邊界影響地幔對(duì)流的方式應(yīng)有多樣， 其中太平洋之下的地核對(duì)流與全地幔對(duì)流之間的相互耦合應(yīng)是其一種， 有跡象表明，太平洋的地幔對(duì)流可能是全球最強(qiáng)之一。當(dāng)太陽(yáng)系磁場(chǎng)減弱時(shí) （如太陽(yáng)黑子減少） ，通過(guò)電磁相互作用使地核對(duì)流減弱，于是從地核向上傳的熱量減小，這可能是小冰期和本世紀(jì) 70

32、 年代氣溫降低的基本原因；另一方面因?yàn)榈睾藢?duì)流減弱， 使得太平洋之下地核的“距平”環(huán)流變?yōu)橄鲁亮?，它通過(guò)粘性作用帶動(dòng)核幔邊界層作“距平”向西運(yùn)動(dòng)， 這是地球自轉(zhuǎn)減慢，西太平洋和東亞大陸地震活動(dòng)增強(qiáng)的原因。 而東亞大陸地幔此時(shí)為“距平”下沉流，它是亞歐地區(qū)氣溫和地溫降低、降水減少的基本原因。此時(shí)，大陸上空出現(xiàn)大尺度的“距平”下沉氣流， 使云量減少，這有利于地形性熱力環(huán)流增強(qiáng)，致使高海拔區(qū)的降水不至減少甚至略有增多，造成了冰川活動(dòng)以前進(jìn)為主。這是筆者對(duì)“小冰期”和 70 年代冰川相對(duì)前進(jìn)的原因解釋。 這一設(shè)想是否正確，有等實(shí)踐檢驗(yàn)。 有一點(diǎn)可以肯定的是， 實(shí)際情況遠(yuǎn)比上述設(shè)想要復(fù)雜， 宇宙磁場(chǎng)不僅

33、僅影響到太平洋下的地核流場(chǎng)， 它還將影響到地核三圈環(huán)流、 過(guò)赤道環(huán)流全球尺度的地核流場(chǎng)，使地球表層呈現(xiàn)出紛繁復(fù)雜的變化。第四紀(jì)冰期又稱“第四紀(jì)大冰期”。 第三紀(jì)末氣候轉(zhuǎn)冷， 第四紀(jì)初期， 寒冷氣候帶向中低緯度地帶遷移，使高緯度地區(qū)和山地廣泛發(fā)育冰蓋或冰川。 這一時(shí)期大約始于距今 200 300 萬(wàn)年前，結(jié)束于 12 萬(wàn)年前。規(guī)模很大。 在歐洲冰蓋南緣可達(dá)北緯 50 度附近；在北美冰蓋前緣延伸到北緯 40 度以南；南極洲的冰蓋也遠(yuǎn)比現(xiàn)在大得多。包括赤道附近地區(qū)的山岳冰川和山麓冰川，都曾經(jīng)向下延伸到較低的位置。中國(guó)第四紀(jì)冰川，是李四光于 1922 年首先在太行山東麓及山西 大同盆地發(fā)現(xiàn)的，冰川的范

34、圍包括東北的長(zhǎng)白山、 大、小興安嶺，北方和西北的 嶗山、泰山、華山、太白山、秦嶺、五臺(tái)山、太行山、呂梁山、陰山、賀蘭山，南方的滇、黔、桂、贛、浙、西藏等山地和高原，也波及到東部山區(qū)并常以冰舌向山麓平原流溢。這次大冰期，可分四次冰期、三次間冰期和一個(gè)冰后期。在最大一次冰期中，全球大陸有 32的面積被冰川覆蓋，大量的冰停滯于大陸上，致使海面下降約 130 米。原始人類正是在第四紀(jì)冰期和間冰期的氣候變化中，發(fā)展成為現(xiàn)代人的。我們說(shuō)現(xiàn)在正處在第四紀(jì)大冰期中， 其實(shí)，第四紀(jì)大冰期中的氣候也有很大的變化，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)幾次亞冰期和亞間冰期， 變化的時(shí)間短則幾千年， 長(zhǎng)則幾萬(wàn)年或十幾萬(wàn)年。在 20 世紀(jì)初，地質(zhì)

35、學(xué)家根據(jù) 阿爾卑斯山 區(qū)的資料，確定那里存在四次亞冰期的規(guī)律。這就是：群智亞冰期、民德亞冰期、里斯亞冰期和武木亞冰期，在這些亞冰期之間是亞間冰期。 以后在北歐、 北美、亞洲等地也紛紛找到了對(duì)應(yīng)的亞冰期。在我國(guó)對(duì)應(yīng)的亞冰期是：都陽(yáng)亞冰期、大姑亞冰期、廬山亞冰期和大理亞冰期。在第四紀(jì)大冰期中， 仍然有寒冷和溫暖的更替。 在寒冷時(shí)期，雪線高度下降，冰川前進(jìn)，出現(xiàn)亞冰期，其中以民德（我國(guó)為大姑）亞冰期和里斯（廬山）亞冰期的冰川規(guī)模最大，群智亞冰期規(guī)模最小。在溫暖時(shí)期，氣溫升高，雪線高度上升，冰川退縮，出現(xiàn)亞間冰期。民德一里斯（大姑 - 廬山）亞間冰期長(zhǎng)達(dá) 17-18 萬(wàn)年。在第四紀(jì)大冰期，高緯度氣溫的急劇下降，導(dǎo)致兩極地區(qū)形成永久冰蓋；在亞冰期，冰川一直伸展到中緯度，在亞間冰期才退縮到高緯度。根據(jù)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)， 從亞間冰期向亞冰期過(guò)渡時(shí)， 氣候常呈漸變形式， 其中沒(méi)有清楚的界線。 從亞冰期向亞間冰期過(guò)渡時(shí)， 氣候常呈突變形式， 兩者之間有明確的分界線?？茖W(xué)家們稱為終止線。在距今 1.1 萬(wàn)年前后出現(xiàn)了一條終止線，標(biāo)志著最近一次亞冰期結(jié)束，隨之而來(lái)的是一次新的亞間冰期，氣候由冷增暖。在第四紀(jì)大冰期中，為什么會(huì)有亞冰