中国地质科学院

李四光—— 熠熠生辉的地质之光

李四光(1889 年 10 月 26 日~ 1971 年 4 月 29 日),地质学家、地质教育家、社会活动家。湖北省黄冈县人, 蒙古族。1918 年和 1931 年分获英国伯明翰大学硕士和博士学位。1948 年当选为中央研究院院士。1955 年当 选为中国科学院学部委员(院士)。1958 年当选为苏联科学院外籍院士。2009 年被评为“100 位新中国成立 以来感动中国人物”。

一生留下了数百万字、170 余篇(部)科学论著和丰硕的科研成果:发现第四纪冰川遗迹,其成果为第 四纪地质、地理和气候等方面的研究奠定了基础,并对国家水文、工程等建设作出贡献。创建古生物 科分 类标准,该标准准确划分了石炭 - 二叠纪地层,被国际古生物学界采用;将力学原理引入地壳的构造和运动 规律研究,划分了中国及世界主要地区的构造体系,创建了地质力学,并以地质力学理论指导找煤、石油、铀、 地热等能源及防治自然灾害等,解决了国家急需。代表作有《中国地质学》、《冰期之庐山》、《中国北部之 科》、《地质力学概论》 和《天文 地质 古生物》等。

1982 年获国家自然科学奖一等奖。

树起里程碑:创立地质力学

发布时间:2017-12-3 阅读次数:

李四光在对比研究石炭纪—二叠纪地层 问题的同时,发现这一时期中国南、北部地 层沉积环境大不相同:北部地层以陆相为主, 南部地层以海相为主。为什么当时海侵、海 退现象会有这样的南北差异呢?这个问题在 李四光的脑海中一直萦绕着。

经过对其他地区的研究和探索,李四光得 出了一种新的假说和设想:大陆上海水的进退 不完全像国外专家所提出的那样具有全球一致 性,可能还有由赤道向两极又反过来由两极向 赤道的方向性运动,而造成海洋这种方向性运 动的,可能是地球自转速度在漫长的地质时期 中反复发生时快时慢的变化所致。

在 20 世纪 20 年代,关于大陆运动起源的 问题,各学派纷争不息。为了验证自己的假说, 李四光毅然转向了一个全新的研究领域。

1926 年 5 月 3 日,李四光在中国地质学 会第四次年会上做了《地球表面形象变迁之 主因》的演讲。他通过对地球表面构造形迹 的研究、分析,依据对地球这个旋转体的力 学分析和计算及大陆上不同地质时期地块运 动方向的探讨,大胆地推论了地壳构造运动 起源于地球自转速度的变化,提出了“大陆车阀”自动控制地球自转速度的假说。

“大陆车阀”假说解开了李四光心中的 疑团,也揭开了地质力学这一新兴边缘学科 在我国诞生和发展的序幕。

“大陆车阀”假说提出后,为了进一步 探索地壳运动起源问题,李四光把注意力转 向对东亚及其他地方发现的某些大地构造现 象之间相互关系的探索。

20 年代初期和中期,李四光三次坐火车 穿越了欧亚大陆交界处的乌拉尔山脉。李四 光被车窗外掠过的奇特地质现象深深触动: 巨大的乌拉尔山脉,褶皱强烈,南北蜿蜒, 突兀地耸立在辽阔的西伯利亚平原上。这位 从不放过一个疑点的科学家,总想搞清楚它 为什么这样,是孤立的吗?在苏联,他从地 质图找到了初步答案:乌拉尔山之南有一座东西延伸而又向南突出的巨大弧形山系,这 座东西走向的弧形山系与南北走向的乌拉尔 山组成了一个巨大的“山”字。解开一个谜, 另一个谜紧接着出现在李四光脑际:这种山 字型构造与地球自转速度快慢变化有关吗?

回国之后,李四光和他的学生开始在中 国的实地考察。陆续发现了宁镇山脉山字型 构造、广西山字型构造、淮阳山字型构造及 其他一些不同类型的构造。众多新奇的地质 现象激起李四光要弄清它们之间联系的欲望。

一天,李四光的女儿为小猫出入房门方 便,在门旁开了个小洞,小狗也想钻,却因 身子肥大钻不进而一顿狂吠,李四光便对女 儿说:“你是否学学牛顿,在洞口旁为小狗 开个大一点的呢?”本是顺口提起牛顿,倒 使李四光想起了牛顿力学中的作用与反作用 定律。李四光由这个定律得到启示:地球自 转运动中所产生的离心力,必然会使地壳产 生一种应力——地应力。地壳上的各种构造 型式,就是由于受到地应力的作用而形成的。

李四光一边从理论上研究地应力的作用, 一边因陋就简通过模拟实验进行验证。他从 旧货店买回来一个铝制空心大圆球,将铝球 安在一根轴上,做成了地球模型。然后,他 将调好的纸浆均匀地敷在整个球面上作为地 壳。李四光旋转铝球,随着旋转速度的加快, 只见在地球两极和赤道之间的纸浆,因离心力 的作用开始错位,缓缓向赤道方向移动,形 成一个近似山字型构造型式。这个实验使李 四光大为振奋。随后,他又和学生一起,在 实验室反复进行多次模拟实验。他们惊奇地 发现:当离心力推动地壳向南运动时,山字 型构造的弧顶便向南突出;当地壳受到来自 南北方向力的挤压时,便会产生纬向构造带。 实验还进一步证明,这种力的作用影响到地 球深处时,就会促使地下的某些元素向某个 构造带集中,从而形成不同的矿床分布。

这是李四光地质研究中一个了不起的转 1959 年 11 月,李四光(右 5)与苏联专家在北京西山隆恩寺鉴定第四纪冰川基岩冰溜面 折点,他将力学引入地质学的研究领域,并 将二者有机地结合起来,解决地壳构造和地 壳运动问题。

1929 年,李四光将他的科学智慧融进了 《东亚一些典型构造型式及其对大陆运动问 题的意义》一文。文中明确了构造体系的概 念,推断了大陆和海洋运动的主因,为地质 力学初步打下了基础。

20 世纪 30 年代到 40 年代初期,以李四 光为首的一些地质工作者以构造体系概念为 指导,继续对具体的构造类型进行研究,修 改、补充和丰富构造体系的基本内容,发现 了许多构造体系的定型性、定位性、定时性 和在同一地区它们之间的复合关系,对山字 型构造给予了力学上的合理解释。

1945 年 4~5 月的一天,重庆大学礼堂内 座无虚席。讲台上,李四光深入浅出地讲解 着野外各种构造型式的特点、展布规律、力 学解释以及地质力学的基础与方法,并辅以 模拟实验。听讲的师生和专家的脑海中深深 印下了“地质力学”这个新奇的名词,视野 顿觉开阔。

1947 年,这次精彩演讲的讲稿以《地质 力学之基础与方法》为题由中华书局出版发 行。从此,地质力学这一地学新理论便冲进 了地球科学理论之林。在这本书中,李四光 开宗明义地说:“地质力学之意义,在从地 表岩体所经过各种变形或破坏之方式,根据 力学原则,探求各地域地壳内发生运动之原因。”

 

1959 年11 月,李四光(右5)与苏联专家在北京西山隆恩寺鉴定第四纪冰川基岩冰溜面 

1962 年,李四光出版了他的《地质力学 概论》。这部重要著作,系统地总结了他 40 年的实践经验和理论研究,第一次明确地将 构造体系分为三大类:纬向构造体系、经向 构造体系、扭动构造体系。这是地质力学的 代表作,也是地质力学发展中的一个里程碑。

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