知识背景
意大利那不勒斯海岸边,立着三根古罗马时代的大理石柱。这三根柱子讲了一个耐人寻味的故事。
考古学家发现:柱子的最下部有被火山灰覆盖的痕迹,中部有大量海生贝壳钻孔的印记,上部却完好无损。
把这些线索连起来:柱子刚建成时在陆地上;后来地面下沉,中部被海水淹没,海生动物在上面钻孔;再后来地面又抬升,柱子重新露出水面。短短两千年,这里的地面上下移动了好几米。
大地并非静止。杭州西部山区岩层里的海洋生物化石,说明这片土地曾在海底;而喜马拉雅山顶发现的鱼类化石,更是把整个青藏高原的过去写在了石头上。地壳的变动通常极其缓慢——每年几厘米,人一辈子都察觉不到;但它也会突然爆发,那就是火山和地震。
知识讲解
地壳变动的证据
地壳始终在运动和变化之中。常见证据:岩层的弯曲(褶皱)和断裂(断层)、高山上的海洋生物化石、悬崖上错断的岩层、那不勒斯海岸大理石柱的升降。
地壳变动的方式分两类:缓慢的(如青藏高原每年抬升约 1 厘米,长年累月才见效果)和剧烈的(如火山喷发、地震,几秒到几天内完成)。
火山
火山由火山口、火山锥和岩浆通道三部分组成。喷发物有三种状态:气态(水蒸气、二氧化硫等)、液态(熔岩)、固态(火山灰、火山尘、火山弹)。
按活动状况,火山分为三类:活火山(现在还在喷发或经常喷发,如意大利埃特纳火山)、死火山(历史上没有喷发记录,如非洲的乞力马扎罗山)、休眠火山(曾经喷发过、长期静止但仍可能复活,如日本富士山)。火山分布并不随机,主要集中在环太平洋地带和地中海到喜马拉雅山一带。
地震
地震是地壳岩石在地应力作用下发生突然断裂或错动而引起的震动。震源是地下发生断裂的地方,震中是震源在地面上的垂直投影点,震源深度是震源到地面的距离,震中距是地面某点到震中的距离。一般震中受到的影响最大。
地震的分布与火山高度一致,也集中在环太平洋和地中海到喜马拉雅两大地带。
- 相同点:都是地壳剧烈变动的表现;分布带一致,都集中在环太平洋和地中海到喜马拉雅一带。
- 不同点:火山是地下岩浆冲出地表;地震是地壳岩石断裂错动释放能量。
- 共同根源:都与板块的碰撞挤压、张裂有关(下一节详述)。
- 两面性:火山灰含丰富矿物质,能使土壤肥沃;火山地区常有温泉和地热资源。
地震自救要点
地震来临时:室内就近躲在坚固的桌下、承重墙墙角或卫生间,护住头颈;室外远离建筑物、电线杆、围墙,跑到空旷地带;绝对不要乘电梯,不要跳楼;被埋压时保持体力,用敲击声求救。
实验与探究
取几层不同颜色的橡皮泥叠放压平,代表水平岩层。从两端水平向中间缓慢挤压,观察;再取一叠薄干泥饼,同样从两端快速挤压,观察。
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现象:橡皮泥岩层被挤压后向上拱起弯曲,形成波状起伏;干泥饼则「咔」的一声断裂错开。分析:岩层受到挤压时,若岩石有一定塑性、受力缓慢,就发生弯曲(褶皱),形成山脉;若岩石较脆、受力超过承受极限,就断裂并错动,形成断层,同时释放能量引发地震。野外看到岩层像波浪一样弯曲,就是地壳受挤压的直接证据。
在托盘里用湿沙堆一个中空的锥形山体,锥顶留孔,孔内埋入装有小苏打粉的容器,再从顶部注入加了红色食用色素的醋。
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现象:孔内立即产生大量气泡,红色泡沫从锥顶「火山口」涌出,顺着锥面流下。分析:气体产生使容器内压强增大,把液体从狭窄的通道顶出去——这正是真实火山喷发的核心机制:地下岩浆中的气体使压强升高,岩浆沿薄弱的通道冲出地表。但模拟实验没有高温,也没有固态喷发物,只能说明「压强推动物质喷出」这一环节,不能代表全部过程。
经典例题
那不勒斯海岸的三根大理石柱:下部有火山灰覆盖痕迹,中部有海生贝壳钻孔,上部完好。请按时间顺序还原这里地壳的升降过程。
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第一步:确定判断依据——海生贝壳只能在海水中钻孔,所以有钻孔的部位曾长期浸在海水里。第二步:石柱建成时应全部在陆地上(否则无法立柱)。中部出现钻孔 → 海水曾淹到中部 → 说明地面下沉。
第三步:现在中部露出水面可以被观察到 → 说明地面后来又抬升。
结论:过程为「陆地建柱 → 地壳下沉、部分被海水淹没 → 地壳抬升、重新露出水面」。这说明地壳升降是反复发生的,且非常缓慢。
难点与易错点
- 把震源和震中混为一谈:震源在地下,震中在地面,震中是震源的地面垂直投影。
- 认为死火山永远不会喷发:真正需要警惕的是休眠火山,它可能复活;分类只依据历史喷发记录。
- 只说火山有害:火山灰使土壤肥沃、带来地热和温泉资源、形成矿产,答题要答出两面性。
- 把地震原因写成「岩浆冲出」:那是火山。地震的原因是地壳岩石断裂错动。
- 搞错地震避险方式:地震时不能乘电梯、不能跳楼,应就近躲在坚固支撑物旁并保护头颈。
- 认为地壳变动都很剧烈:绝大多数地壳变动是极其缓慢的,火山地震只是少数剧烈形式。
生活中的应用
- 杭州的建筑抗震设防:浙江虽不在强震带上,新建住宅和亚运场馆仍按规范做抗震设计,梁柱节点特别加强。
- 温泉与地热:火山活动地区多温泉;杭州周边一些疗养地的地下热水也与深部构造有关。
- 火山灰农业:印度尼西亚爪哇岛人口稠密,正因火山灰土壤肥沃、产量高。
- 地震预警系统:利用地震波传播需要时间的原理,在破坏性强的横波到达前几秒到几十秒发出警报。
生活应用题 1 · 地震预警能提前多久
某次地震震中距杭州约 240 千米。已知地震波中传播较快的纵波速度约 6 千米每秒,破坏力强的横波速度约 3.5 千米每秒。若预警系统在纵波到达震中附近台站后立即发报(信号传递时间忽略不计),杭州大约能获得多长的预警时间?
分步解:
- 纵波从震中传到杭州所需时间,依据 : 秒。
- 横波从震中传到杭州所需时间: 秒。
- 预警时间是两者之差: 秒,约 29 秒。
- 意义:这几十秒足够关闭燃气、停下高速列车、让学生就近躲避。距震中越远,预警时间越长;震中附近几乎没有预警时间,这叫预警盲区。
生活应用题 2 · 教室里的避险选择
上课时突然感到地面晃动,教室在四楼。以下四种做法哪一种最合理?请说明理由:(1)立刻冲向楼梯往下跑;(2)躲到课桌下,双手护住头颈;(3)跑到窗边等待救援;(4)乘电梯下楼。
分步解:
- 分析(1):四楼向下跑,楼梯间人多易踩踏,且晃动中很难站稳,不合理。
- 分析(3):窗边玻璃易碎伤人,外墙装饰件可能掉落,不合理。
- 分析(4):地震可能断电,电梯会困人,绝对禁止。
- 结论:选(2)。就近躲在坚固课桌下形成的三角空间里,护住头颈,等主震(一般十几秒)过去后,再在老师组织下有序撤离。
考点
- 选择题:判断哪些现象能说明地壳在变动(岩层弯曲、断层、高山海洋化石)
- 填空题:写出火山的三个组成部分和三类喷发物的状态
- 选择题:区分活火山、死火山、休眠火山
- 填空题:辨析震源、震中、震源深度、震中距
- 简答题:说出世界火山地震两大分布带
- 简答题:地震自救措施;火山活动的利与弊
- 计算题:结合地震波速度差计算预警时间
中考真题
下列关于火山和地震的说法中,正确的是( )
A. 地震是地下岩浆冲出地表引起的 B. 震中一定是受地震影响最小的地方 C. 世界火山地震主要分布在环太平洋和地中海到喜马拉雅一带 D. 火山喷发只有危害没有好处
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逐项分析:
- A 错:岩浆冲出地表是火山;地震由地壳岩石断裂错动引起。
- B 错:震中一般是受影响最大的地方。
- C 对:这是两大火山地震带,与板块边界一致。
- D 错:火山灰使土壤肥沃,火山区多温泉、地热和矿产资源。
答案:C。
小科在一处公路边的岩壁上看到:原本水平的岩层向上弯曲成拱形,旁边还有一条岩层明显错开的裂缝。请分别说明这两种现象是怎样形成的,并指出哪一种可能伴随地震。
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第一步:岩层向上弯曲成拱形 → 岩层受到水平挤压,在具有一定塑性的条件下发生弯曲变形,形成褶皱。
第二步:岩层明显错开 → 岩石受力超过承受极限而断裂并沿断裂面错动,形成断层。
第三步:判断伴随地震的是断层。因为岩石突然断裂错动时会把长期积累的能量迅速释放出来,以地震波的形式传出,引发地震;褶皱是缓慢变形,一般不会。
易错:把褶皱说成「地震把岩层压弯的」,因果颠倒。