水平运动指组成地壳的岩层,沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系,以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。垂直运动,又称升降运动、造陆运动,它使岩层表现为隆起和相邻区的下降,可形成高原、断块山及拗陷、盆地和平原,还可引起海侵和海退,使海陆变迁。地壳运动控制着地球表面的海陆分布,影响各种地质作用的发生和发展,形成各种构造形态,改变岩层的原始状态,所以有人也把地壳运动称构造运动。按运动规律来讲,地壳运动以水平运动为主,有些升降运动是水平运动派生出来的一种现象。
地壳运动按运动的速度可分为两类:①长期缓慢的构造运动。例如大陆和海洋的形成,古大陆的分裂和漂移,形成山脉和盆地的造山运动,以及地球自转速率和地球扁率的长期变化等,它们经历的时间尺度以百万年计。另如冰期消失、地面冰块融化引起的地面升降,也属以万年计的缓慢运动。②较快速的运动。这种运动以年或小时为计算单位,如地极的张德勒摆动,能引起地壳的微小变形;日、月引潮力不但造成海水涨落,也使固体地球部分形成固体潮,一昼夜地面最大可有几十厘米的起伏;较大的地震可引起地球自由振荡,它既有径向的振动,也有切向的扭转振动。
地壳运动的发现历史
地球表层的大规模移动
传统地质学最早发现了地球表层的垂直升降运动,证据是在高山上发现海相的沉积岩,并且有海中特有的贝类化石。这表明某些大陆地区的地壳在过去的地质年代中曾经是海洋。地质学中有所谓海进和海退之说,表明局部地壳是有升降变化的。但是传统地质学否认地球表层曾有过大尺度的水平运动。
20世纪60年代以后总结了一系列的地学研究成果,证明地球表层在地球的历史中曾经有过大规模的水平位移,各大陆的相对位置曾有过显著的变化。最主要的证据是:①全球地震带勾画出6大板块的轮廓,证明地球表层的岩石圈不是完整的一块。②古地磁学的研究表明,由各大陆岩石磁性所得到的古地磁极位置不相重合,而根据各大陆不同地质年代的岩石磁性所绘制的极移曲线,在近代趋向重合于今地磁极位置。③大洋中脊两侧的磁异常条带,表明海底地壳在不断从中脊向两侧扩张,各板块所负载的大陆岩石圈随之发生水平漂移。
地球表层的垂直运动
由于6大板块和其他小板块的互相镶嵌式拼合,板块的水平向移动必然在板块边界和板块内部产生次生的竖直向运动:①板块消减带上海洋板块向地幔中以一定倾角下沉;②相邻的大陆板块边缘受消减运动的影响有牵连地下沉,地震时产生回跳;③大陆内部由于横向的推挤压力产生地壳的抬升或岩石圈的加厚,地质上产生岩层的褶皱,形成山脉和河谷。
另外,由于地幔物质的上涌在某些地区的岩石圈中可能产生拉伸的张应力,形成张性的裂谷或断陷盆地。从地壳均衡的方面说,地球表层的竖直向运动从根本上还受着地球重力的制约。
地壳运动的形成
地壳运动使岩层发生弯曲,产生裂缝、断裂,并留下永久形迹,这样就形成了地质构造。所谓地质构造就是地壳运动引起的岩层变形和变位的形迹(结果)。地壳运动是形成地质构造的原因,地质构造则是地壳运动的结果。
地壳运动的证明
自地球诞生以来,地壳就在不停运动,既有水平运动,也有垂直运动。地壳运动造就了地表千变万化的地貌形态,主宰着海陆的变迁。人们可用大地测量的方法证明地壳运动。例如,人们测出格林尼治和华盛顿两地距离每年缩短0.7米,像这样发展下去,1亿年之后,大西洋就会消失,欧亚大陆就会和美洲大陆相遇。化石也是地壳运动的证据。在喜马拉雅山的岩层里,找到了许多古海洋生物化石,如三叶虫、笔石、珊瑚等,说明这里曾经是汪洋大海。文化遗迹也是很好的证据。意大利波舍里城一座古庙的大理石柱离地面4~7米处,有海生贝壳动物蛀蚀的痕迹,可见该庙自建成以后曾一度下沉被海水淹没,以后又随陆地上升露出了水面。另外,火山、地震、地貌及古地磁研究等都能提供大量的地壳运动的证据。地壳运动引起的地壳变形变位,常常被保留在地壳岩层中,成为地壳运动的证据。在山区,我们经常可以看到裸露地表的岩层,它们有的是倾斜弯曲的,有的是断裂错开的,这些都是地壳运动的“足迹”,称为地质构造。形成的地貌,称为构造地貌。