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地质学该在大中小学普及吗? 精选

已有 3842 次阅读 2020-12-18 23:24 |系统分类:观点评述

                                                        地球科学该在大中小学普及吗?

在很多人眼里,地球科学是一个专业,属于地质工作者关注的领域,而普通大众则不需要了解。中小学里设有语文、数学、物理、化学、生物、历史等学科,却没有地质学。所以,普通大众对各种地质作用、地质现象和矿产资源的形成分布了解甚少。

地球科学是一门研究地球的科学。地球科学的很多知识应属于常识,而不能只有地质工作者掌握。地球科学应该进大中小学课堂,应该与数理化并列,让非地质专业的人也具备地质学的一些基础知识,因为地球是我们居住和生活的家园,与我们的生活息息相关。我们应该对我们的家园有较深入的了解,并充分开发、利用和保护。此外,地质学性质上类似文科,易懂。学校里可录用地质专业的大学生和研究生当教师,既教地质学,也兼职训练学生的科研能力。

在我们的日常生活中,地球科学有很多应用,例如:

1)地质灾害预防

地震、泥石流、滑坡、流砂、泥潭、塌陷、水啸(海啸、湖啸、水库啸)、潮汐、裂流、暗流、火山爆发等等,都是地质灾害。了解它们的形成机理、形成条件和习性,可以帮助我们提前预防、消除这些灾害,挽救生命和财产损失。例如:

泥石流易发生在坡度较陡(多在30°以上)、土石堆积厚度较大(1米以上)的山坡上,降雨和地震是其主要触发机制。地面建筑和道路应尽可能远离这样的山坡。

滑坡易发生在坡度较陡(多在30°以上)、坡度比地层倾角大的顺向坡(即山坡倾向与地层倾向基本相同)上,尤其存在软弱岩层(泥岩层、煤层、盐岩层等)时。对于有断层的山坡,当断层面倾向与山坡倾向相同且倾角比坡度小时,也容易发生滑坡。滑坡大都不是突然发生,而是有征兆。这些征兆包括开始有零散的落石滚下山坡、树木开始歪斜等等。滑坡多由地震和降雨触发。如果坡度过大(多在45°以上)时,滑坡在晴朗天气也可发生,通常是长期蠕动的结果。不过这种情况较少。地面建筑和道路应尽可能远离这样的山坡。

流砂多发生在地面之下有较厚的松散席状砂层(厚度多为数米或以上)、人迹罕至的地方。所以轻易不要到没有人走过的、沉积物厚度较大的海边或湖边。

泥潭多出现在沉积物较厚的湿地区域。不过掉入泥滩后,不会像电影里常演的那样整个人会沉没,因为泥浆的密度比人体的大,浮力比水的大。虽然不会沉没,但想脱困也不容易。在湿地行走时,最好两个人以上,带上绳索,且保持一定距离,前面的人陷下去,后面的人可想办法施救。

地面塌陷多发生在地下有暗洞处。暗洞可以是溶洞(发育在碳酸盐岩地层地区),也可以是土壤或砂层被地下水(或地下管道破裂)长期冲刷形成。

海啸常造成巨大灾难(图1)。有些情况下,海啸波的波谷先到达海岸,这时会有预兆,即海面会快速下降,大片海底出露。一旦见到这种情况,如果有海啸的知识,会马上跑向高处,是有可能避免灾难的,因为通常有几分钟的逃生时间。但如果波峰先到达,则基本没有逃生时间。波谷和波峰先到达的概率是各50%。海啸多由大地震引起。

湖泊和水库中的水啸通常是由大块山坡快速滑入较深的湖泊或水库形成,常看到关于这类灾难的报道。

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                              图1 海啸(图片来自百度海啸图片)

如果不了解潮汐的习性,在海滩上游玩、拾贝壳时就会大大增加遇难的概率。前些年英国海岸就发生过多人到海滩拾贝壳时遇难的悲剧,我国钱塘江也多次发生这样的事件。他们只顾拾贝壳或游玩,对涨潮没有概念,结果涨潮时已经远离岸边,来不及逃到岸上。一个潮汐旋回包括4个阶段:涨潮高潮退潮低潮。大部分海边的潮汐是半日潮,即一个潮汐旋回约为12小时。此时涨潮持续约5个小时,高潮持续约40分钟,退潮持续近6个小时,低潮持续约40分钟。开始退潮到开始涨潮有6个小时左右的间隔。有的海岸是全日潮,即一个旋回持续约24小时。每天涨落潮的时间都有变化。所以到海滩上游玩,必须先了解涨潮和退潮的时间和潮差。

海边的裂流会把人冲向海中(图2)。裂流出现的时间不固定,地点不固定。多种因素偶合后,可形成裂流。一旦遇到裂流,如果不了解其习性,就会产生恐惧,并且拼命逆流向岸边游,结果筋疲力尽后被冲进大海遇难。每年世界上都有数百人因裂流遇难。正确的办法是沿垂直裂流方向游泳,可很快游出裂流;或采取仰泳,任随裂流冲走,因为裂流离开海岸一定距离(多为几十米)后就会消失,此时再从无裂流处游回岸边。

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                  图2 裂流及其逃生方法(图片来自维基百科)

暗流多发生在海底(河底)地形高低不平或有多个暗礁的水域,因为海流或水流从开阔处流入狭窄处时,流速会突然增大,甚至形成漩涡。所以,要避免到不了解水底地形的水域游泳。

火山爆发常形成火山碎屑流,沿山坡快速向下流动,可吞没人、物。火山灰会随风漂流,应避免处于火山的下风方向。

此外,在山谷和山间河滩上游玩或漂流时,不仅要注意游玩区的天气,还要注意上游的天空和天气预报。如果上游黑云压顶下大雨,可引起山洪暴发。就像河流上游突然开闸放水,可对在下游游泳的人产生危险一样。雷雨天气要避免在树木稀少的山坡上行走,因为容易成为避雷针,遭雷击。如果行走时遇到雷雨,要立刻蹲下或到凹坑中躲避,总之避免自己比周围的地形高。同理,雷雨天气要避免在海或湖中游泳,因为出露水面的头会成为避雷针,引来雷击。总之,下雨天地质灾害发生的概率大增,因此尽可能不要进山。

2)建筑工程选址和施工设计优化

也可以在各类建设工程选址和设计方面提供重要参考。

很多地面及地下工程(公路、桥梁、隧道、国防工程等等)建设在岩层(或沉积物)之上或之中的,掌握地下不同类型岩石(沉积物)的厚度、分布等信息,有助于优化施工方案设计。

各类建设工程应尽可能避开断层、易发生滑坡、泥石流的地方。

在未固结成岩的沉积物之上建设高楼大厦、进行城市时,需考虑因建筑物和地层自身压实而引起的沉降,需评估因地下砂层液化引起坍塌的风险。

沿海城市建设规划,要有长远眼光,需考虑海平面上升的破坏作用。有些沿海地区可能在若干年后沉入海底。在过去7000年中,上海苏州一带曾多次发生海侵,被海水淹没。

此外,了解洋流、海水分层和大气环流,不仅可以预测气候变化,还具有国防战略意义。

3)地质旅游开发

地质旅游将是我国旅游重要发展方向。很多父母都愿意带孩子进行地质旅游。通过地质旅游,不仅可以亲近大自然,锻炼身心的同时增长见识,更可以锻炼孩子的观察能力,激发思考。可让孩子观察、描述各种地质现象,分析其成因,锻炼描述能力、逻辑思维能力和创新能力等等。

要加强对地质剖面、地质现象的保护和利用。

无论南方还是北方,很多好的地质露头剖面都是修路时开挖出来的。但当地政府部门为了道路安全、防止落石,在开挖出的地质剖面上涂抹上了水泥、砌上了石头或铺上了铁丝网,把出露的地层遮盖起来了。很多好的地质现象再也看不见了,例如河北滦平、山西柳林等地区的一些经典地质剖面。

几年前到四川达州出差时,看到城市新修的道路旁边有很多好的地质剖面和地质现象,不知现在是否也被遮盖起来了。

导致这种情况的原因是:相关地质部门没有与当地政府部门反映、沟通。当地政府部门自然不知道地质剖面的重要性。其实,地质部门和高校应该积极与修建道路、涵洞的工程公司沟通、联系。开挖道路和涵洞时,可派相关地质人员前去录像、照相、采样,把珍贵的第一手地质资料保存下来,并指导如何保护,尤其如何消除和防止落石。很多地质现象在刚开挖出来的地质剖面上最清楚。随着时间推移,剖面会被尘土和野草覆盖,现象就不那么清晰了。

北京一些地区好像有地质剖面保护的意识,尤其一些有地质界碑的剖面。例如北京西山地区公路旁山坡上虽然也覆盖了铁丝网防止落石,但底部留出了约1-2米高的露头,方便有关地质人员观察、采样。

地质剖面是重要的研究、科普和旅游资源,应很好地保护和开发利用。

4)装修和建筑中的地质安全问题

装修和建筑中都要考虑地质安全问题。

钾长石含量很高的一些岩浆岩具有较高的天然放射性,因为K40是放射性同位素。这类岩石多呈红色,做成地砖很好看。但如果在家里客厅中铺设这类岩石地砖,容易导致白血病。

大理岩硬度低,如果做成地砖容易磨损。有些大理岩缝合线发育,如果做成窗台台面等易沿缝合线裂开。

胀缩风化作用通过温度变化(日夜温差、四季温差等等)引起的热胀冷缩,可以摧毁坚硬的岩石,更不用说建筑物。有些楼面贴上瓷砖做装饰。但无论水泥或大理石胶的胶结强度多么大,5-10年后,经过风化作用,都可引起脱落(图3),砸伤路人。

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                                                        3 部分瓷砖因风化而脱落

古代开凿涵洞时,常用火来烧岩层,表层岩石会受热膨胀而剥落。如果在烧热的岩层上再泼上水,使其骤然冷却,则破碎更快。公元前250年秦朝蜀郡太守李冰父子在修建都江堰时,由于那时还没有火药,就用了火烧、水泼岩石的办法,凿开了玉垒山,使岷江向东分流进入成都平原。

钢筋混凝土建筑物,如果着大火,也能被烧塌,就是因为水泥墙体、柱子会受热膨胀而爆裂,如果再喷水救火,爆裂更快。因此,进入被大火烧了几个小时以上的大楼是很危险的。201512日哈尔滨市一大市场仓库楼房被大火烧了9个小时后突然坍塌,将在楼内救火的消防战士埋压,导致5人牺牲,15人受伤。如果地质学的基本知识得到普及,了解胀缩风化的原理,可能会避免此类事故。

5)风水中的地球科学元素

我国的风水学很多内容不是迷信,而是对自然界中一些地质现象长期观察的总结。按照风水学理论建造的房子,对人居住最有利。例如,房子不能建到河流的凹岸,而应建在凸岸,这是因为凹岸会不断侵蚀,最终会把房子冲走(图4, 5),而且这个部位更容易决口;房子后面的山不应是悬崖峭壁,因为这类地形容易发生滑坡和泥石流。

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                       4 位于凹岸的房子,最终会被侵蚀掉,破财;如果位于凸岸,房前的地

         盘会越来越大,聚财(插图选自Tarbuck and Lutgens, 1996

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          图5 位于凹岸的房子,很快会被侵蚀掉(插图选自Tarbuck and Lutgens, 1996

6)帮助读懂天书

西游记里的天书并非空穴来风。本人认为,世界上真有天书,沉积岩就是名副其实的天书(图6。它记录了地质历史时期古地理环境的变迁和发生的地质事件,是一本关于地球演化的历史书。从这本书中,可以读出地球的过去、预测地球的未来,包括环境和气候的变化。

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6 沉积岩就是一本书,真正的天书(插图选自Tarbuck and Lutgens, 1996

这本天书是用特殊语言写成的,沉积学(地质学的一个分支)就是这样的语言,像汉语、英语、计算机编程等语言一样。沉积学者就是能读懂天书的人,可以从沉积岩中读出多种信息。从某种意义上说,沉积学者也是“考古”工作者,只不过考察的年代不限于几千年,可长达几十亿年。要把几百万年、几千万年、几亿年、几十亿年前的事情搞清楚,是多么了不起!

(7)宝石鉴定

玉石、翡翠、红宝石、绿宝石、寿山石、鸡血石、玛瑙等等宝石都是地质作用的产物,了解其成分、特征和形成环境等,可帮助识别真假。在野外观光时,说不定能捡到一块呢,可以避免视而不见的遗憾。

 此外,很多化石、矿物、岩石是精美的天然艺术品,因此具有经济价值和收藏价值。

推荐阅读:

1.金振奎 金明 贾若溪. 《科研论文写作方法与技巧》. 北京:石油工业出版社,2018(主要内容:为什么要会写论文、科技论文、综述论文、社科类论文、课题申请书、口头汇报、评审意见、投标书、写作技巧 等等。图书链接:https://item.jd.com/29658329179.html

2.金振奎、朱小二、王金艺、王昕尧、任奕霖、王凌等. 天津冀州区元古宇地层与沉积野外考察指导书(中英对照,46万字). 石油工业出版社,2020(图书链接https://item.jd.com/13031562.html

3.金振奎等. 沉积地质学(约100万字). 即将于2021年出版




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