地质环境的实体系统
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发布时间：2022-06-01 02:44
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时间：2023-11-14 21:51
地质环境一词既用于抽象的概念中，又有其客观存在的对应实体。根据地质环境系统的尺度层次，可以将人类地质环境分为全球地质环境和局域地质环境。
(一)全球地质环境系统
地球由大气圈、水圈、生物圈、地壳、地幔和地核六大圈层构成。其中大气圈、水圈、生物圈又称外三圈，地壳、地幔、地核又称内三圈。近年来，有些其他学科的学者对上述圈层的划分提出了新的见解。例如，有人主张将生物圈一分为二，把人类称为智能(或智慧)圈，以有别于其他生物种群。道理是，人类不仅仅是生物界的一个科———人科，而且其行为的社会性和目的性是别的生物所不具备的，人的社会、经济、道德方面的表现，是决定环境是否健康发展的重要力量。此外，还有人提出，将土壤层从地壳中剥离出来，单独定义为土壤圈，以方便土壤学、生物学和生态学的研究。
对地球的六大圈层目前人们掌握的知识还不十分充分，相对而言，对地球浅表的情况了解得较深入，地球深部的细节仍知之甚少。为了准确地把握地质环境在地球中的位置，有必要从地球的圈层划分的角度进行讨论(图1-1)。
图1-1 全球地质环境系统示意图
1.大气圈
指地球各圈层中最靠外的气体层，其上、下界目前还难以准确划定。有人推测上界距地面为6000km;还有人认为，从观测到的物理现象来判断，极光(太阳风冲击大气的发光现象)出现的最大高度约在1200km，那么大气圈的上界起码在此高度;另据人造卫星的观测资料，在2000～3000km的上空，每立方厘米体积中少于一个大气微粒，此高度可定为大气圈的上界。
有关大气圈的下界很少被讨论，但有一点是明确的，即大气圈的形成与地球的演化、内部物质的分异、排气有关，很可能大部分来自地球内部。如果按照这种假说，大气圈的下界必定在固体地球的内部，甚至没有明显的下界面。
2.水圈
与大气圈相类似，水圈也不是一个上、下界面清晰的圈层。地球上大部分的水以液态和固态的形式散布在海洋和陆地，还有一部分以气态形式飘散在大气中。有人认为，其上界距地表2000～3000km;还有人根据水汽输送通量和水汽通量散度，认为上界可定在大气对流层的顶部，一般平均高度是10km，在中纬度地区约12km。
研究表明，水圈是地球圈层分异过程中形成的，在几十亿年的地质演化中，水不断地从地球内部逸出，即使现在，每年仍有约660km3的水来自地幔。所以，水圈的底界仍无定论。
3.生物圈
生物圈是有生命存在并感受生命活动的圈层。其范围可跨大气圈的下部、地壳的浅表和水圈。探测资料表明，在大气平流层中，距地面33km的高度仍可发现孢子和细菌，可见生物圈的上界应超过此高度;在陆地10km深处也曾证实微生物的存在，估计生物圈的下界起码应大于这个深度。
4.地壳
地壳是固体地球的表层，其上部主要由沉积岩、岩浆岩和变质岩组成，又总称为硅铝层。其厚度分布不均，在山区有时可达40km，平原区一般为10km，浅海区显著变薄，大洋洋底缺失此层，仅见地壳的下部。
地壳的下部主要由相当于基性岩类的变质岩组成，又称硅镁层。在*区其厚度可达30km，深海盆内厚度约5～8km。
地壳的下界面，一般采用莫霍面来确定，莫霍面以下为地幔。
以上四个圈层概括了地球物质的四种存在形式或基本要素，即气、水、生(物)、岩(土)，它们也是构建人类环境的全部要素。这些要素所占据的空间并非彼此完全分离，而是存在共同重叠的部分。这个“交集”处于地表到地壳上部的某一深度范围内，正是所谓的全球地质环境系统的展布空间。显而易见，在全球的尺度上，地质环境呈环状包裹着地球，是人类生息繁衍、从事各种活动的场所。
有关全球地质环境系统下界的厘定，目前还在讨论之中。一种观点是，下界的确定应从科学技术的长远发展考虑，不拘泥于解决社会现实环境问题的需要;另一种观点认为，其下界的确定应以人类活动引起的物质场变化开始消失的深度为准，如应力场、电磁场、温度场等;还有人认为，下界的理论深度应规定在岩石圈内人类能触及的地方。所以，关于全球地质环境系统下界的具体深度目前尚无明确的说法。
对此，我们认为:
(1)全球地质环境作为一个实体系统应该明确规定其下界。理由是，从逻辑上考虑，既然是系统必然有边界，下边界也是一种边界，回避下边界问题在概念上是不周严的;另外，明确下边界也是科学研究操作上的需要，全球地质环境是开放系统，其边界是确定系统内部与外部物能交换关系的界面，若不明确地规定下界，就无法说清来自地球深部的物质和作用究竟属于地质环境内部成分的周转运动，还是该系统外界的输入。
(2)至于全球地质环境系统的下界位置是否一定要达成统一的见解，回答是否定的。这是因为根据系统圈划的相对性原则，即使是面对同一个客观对象，由于研究目的或学科视角的差异，所形成的概念系统(包括其边界)也不可能完全相同。正如某些学者指出的，从资源开发角度衡量，地质环境系统主要指地壳表层，目前的钻探深度大约为5km，最深可达12km;但从地质体的物理、化学特征以及它们对人类和其他生物的适宜性来衡量，深度则要大得多;而关系着建筑安全的区域地壳稳定性研究，不仅要了解地壳的组成和结构，而且要尽可能考虑地幔的物质组成及其流动特征，涉及的深度会更大。
(3)具体到本教材所讨论的内容(地质环境问题及其地质学机理)，全球地质环境系统的下界定在地表以下平均10km处较为妥当。理由是:①由地表至地下10km的范围是目前人类从事各种活动的空间;②该深度是目前地质理论认识较详尽，绝大部分探测手段可以查明的最大范围，超出此深度人们所知甚少，有的仅仅是推测或假说，尚难运用于工程实践;③地表至地下10km的范围是地球四大要素最齐全，相互作用最活跃，对人类影响最突出的空间区域;④该深度大体相当于上、下地壳之间的分界面，即康拉德面。它也被视作硅铝层的边界面，该面与莫霍面之间的地震带称为康拉德层，常诱发浅源地震。据此可以认为，该界面以下是地球内动力最活跃、最集中的区域，是导致全球地质环境系统地震、火山喷发的主要动力源区。换句话说，该深度以下即可认为是地球深部。
(二)局域地质环境系统
除了研究全球问题会涉及全球地质环境系统外，在实际工作中，普遍遇到的是发生在某一地区或某一地点的地质环境问题，如矿区的地面塌陷，某一斜坡体的失稳滑移，区域性的地下水污染、荒漠化等。此时，岩石圈、水圈等全球尺度的论述不再适合局域具体问题的分析，研究对象只能是局域尺度的地质环境。
在地质环境问题的调查、评价、预测及防治工作中，局域地质环境是主要的考查对象，或者说是基本单元。之所以如此，是因为地质环境问题包括地质灾害都有一定的地域性。具体表现在以下几个方面:首先，地球上自然地理条件的多样性和资源分布的不均匀性，在相当大的程度上决定着人口的聚集状况及人为地质作用的形式与强度。其次，不同国家和地区的经济发达程度、发展模式和文化传统会直接或间接地影响人们的行为方式，包括资源开采利用方式和对待地质环境所持有的态度。第三，地质背景包括地质体结构组成、各种地质作用的活跃程度及其过程，因地而异，没有统一固定的模式。因此，根据不同的背景条件和问题的性质来确定局域地质环境系统是十分自然的事情。至于局域的范围则应具体问题具体分析，大者可达数万平方千米，小者也许只是某个工程场地的规模。
