地球的起源和基本特征

《地球的起源和基本特征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地球的起源和基本特征（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、地球的起源和基本特征第一节 地球的起源第二节 地球的圈层结构第三节 地球的非对称性第四节 地球构造活动的韵律性第一节 地球的起源科学的地球起源研究与整个太阳系的起源联系在一起，认为地球是从太阳系星云中诞生的，是由较重元素组成的星子聚集、增生，即通过吸积凝结作用形成的。宇宙的年龄为137亿年太阳系约形成于100亿年地球起源的年龄约在46亿年太阳由70左右的H、27左右He以及3左右的其它一百多种元素所组成，以最轻的元素为主，它与太阳系原始星云的成分比较接近。地球由34.6的Fe、29.5的O、15.2的Si、12.7的Mg、2.4的Ni、2.2的Ca和Al、1.9的S以及1.5的其它一百多种元素

2、所组成，重元素含量比太阳多得多。大陆地壳的平均化学成分由5.8的Fe、45.2的O、27.2的Si、 2.77的Mg、 8的Al、5.06的Ca、2.32的Na、1.68的K、0.68的Ti、0.14的H、0.10的Mn、0.10的P以及0.95的其他一百多种元素所组成。 根据月球演化资料判断，陨石大量撞击 并使地球的质量与体积不断增大的吸积作 用，大约仅持续了5000万年，以后便按指 数方程的特征快速衰减。在最近40亿年以 来，陨石撞击地球的数量骤减，由陨石撞击 而造成地球质量的增大只增加了1025g，即 大约增加了地球总质量（5.9761027g） 的六百分之一，这就是说，近40亿年来，

3、地球的质量和体积都没有发生过大幅度的变 化，吸积作用早已结束。 非均匀吸积多阶段堆积模型： 由直径大于3000 km的巨 星子堆积形成相当 于现今地球质量7090大小的原始地球，巨 星子由金属铁组成的M群星子和类似于月球组成 的L群星子构成。在吸积、增生的同时，地球物质在万有引力作 用下向中心聚集，体积缩小，压力增大，放出热 量，使地球内部相对均匀的富含镁铁质的硅酸盐 发生全部熔融，从而导致物质按照密度的不同， 沿地球半径方向发生分异和迁移。地核、下地幔、原始地壳约在4460 Ma前，原始地球基本形成，以 后则一直比较稳定，大致保持其重力均衡和 圈层结构的特征。 由平均直径约为400km的、较

4、小的晚期星 子堆积到地球外层，构成镶饰层。晚期镶嵌堆积 的星子主要是C群星子，可能也有一定数量的L 群星子。它们堆积在冷却中的原始地球表面之 后，也产生了分异作用。根据现今全球上地幔和 地壳横向不均匀的特征推断，镶饰层仅发生过部 分熔融，没有发生全部熔融。上地幔补给层以部 分熔融的方式形成了早期的地壳。以晚期星子堆 积为基础的上地幔地壳分异系统，自4460 Ma 以来一直在起作用。 DSCN-东胜陆核，CBCN-环渤海陆核，LFCN-临芬陆核华北始板块三个陆核的氧同位素组成第二节 地球的圈层结构目前，通过钻探能直接研究的地球深度刚超过 13 km，因地壳上升而被剥蚀出露的岩石其原来 形成时的深

5、度也不超过25 km，这与地球的平均 半径（6367 km）相比显得微不足道。对地球更深部的了解只能通过间接的地球物理 手段来研究，其中最主要、最有效的方法就是利 用地震波来研究地球的内部结构。地球内部结构主要是通过对地震波以及由大地 震所激发的地球自由振荡的观测和研究确定的。 地震波是一种机械运动的传播，产生于地球介 质的弹性。地震波到达之处，介质就产生形变。地震波可分为体波和面波两大类，其中体波可 在地球内部的三维空间内传播，并可分为P波和 S波两类。P波又叫纵波、压缩波或初至波，是由地球内 部物质的压缩产生的，质点位移与传播方向一 致。 P波能在固体和液体中传播。 S波又叫横波、剪切波、

6、畸变波或次波、续至 波，质点位移方向与传播方向垂直。S波仅能在 固体中传播。 地震波的传播速度决定于介质的弹性与密 度之比。在地球内部，岩石的弹性和密度都 是随深度而增加的，不过弹性增加得更快， 所以，地震波的速度一般是随深度而增加。1909年，莫霍洛维奇(Mohorvcic)根据近 震初至波的走时，算出地下56 km深处存在 一间断面，其上物质的波速为5.6 km/s，其 下为7.8km/s。后来称这一间断面为莫霍面 或M面，这个面以上的圈层称为地壳。1914年，古登堡(Gutenberg)根据地震 波走时，测定出在2900 km深度处存在 一间断面。后来称这一间断面为古登堡 面或G面，这个

7、面以下的部分为地核， 以上直至地壳底部的部分为地幔。1936年，莱曼(Liehnmnn)根据通过地 核的地震纵波走时，首先提出在地核内 部5100 km还存在一个间断面，由此又 将地核分成了内核和外核。进一步观测 研究表明，外核不能传播S波，而内核 可以传播S波，推断外核为液态、内核 为固态。布伦(Bullen，1963，1975)根据地球内部 地震波的速度分布，将固体地球分为7层：地 壳为A层，地幔为B、C、D三层，外核为E 层，内、外核的过渡区为F层，内核为G层； 后来他又根据新的资料，把D层分为D和D” 层。区域深度范围围/km名 称P波和S波速度的特征A033地壳复杂杂B33410上地

8、幔梯度正常C4101000梯度较较大D10002700下地幔梯度正常D27002900梯度近于零E29004980外核P波梯度正常F49805120过过渡区不详详G51206370内核梯度很小1914年，美国地质学家巴雷尔(Barrell)根 据地壳均衡理论推测在地球深处存在塑性 层，首先提出把地球上部刚性部分叫岩石圈 (层)，其下塑性较大的部分叫软流圈(层)。1926年，古登堡发现，当地震波通过 100200km深度时，P波速度由8.18.5km/s减慢到7.27.8km/s。地球表面至低速层，包括地壳和上地幔 上部的部分称为岩石圈，而将其下的低速 层称为软流圈。岩石圈分为地壳岩石圈和 地幔

9、岩石圈因此，对地球内部的圈层划分又有了岩 石圈、软流圈、中圈和地核的划分方案， 中圈指软流圈底至核幔边界的地幔部 分。一、 地壳 1 、地壳的类型地壳是莫霍面之上的地球最外层。无论是厚度 还是成分，地壳都是很不均匀的，最明显的差别 是在大陆地壳和大洋地壳之间。因此，一般将地 壳分为大陆型地壳、大洋型地壳和过渡型地壳三 大类。有的学者则将地壳分为大陆型地壳、大洋 型地壳、次(亚)大洋型地壳和次(亚)大陆型地壳4 种基本类型。 平均而言，大陆地壳比大洋地壳厚，比大洋地 壳老，也比大洋地壳的密度小。就化学和矿物成 分而言，这两类地壳也明显不同。2、地壳的分层长期以来，认为大陆地壳分为上层的花岗质岩层

10、和下 层的玄武质岩层，两者之间的界面称为康拉德界面， 或康氏面、K面。随着地震测深技术在仪器、方法和理沦上的发展，发 现地壳的结构十分复杂，并存在明显的侧向变化。地 壳中有很多不连续面，很难说它们之中的哪一个更为 重要，哪一个是康氏面。因此，无沦是从地震波速度 还是从岩石学性质方面划分的康氏面，就逐渐被多数 学者废弃了。现代研究结果表明，大部分陆壳具有悠久而复杂的历 史，并且经历过多期碰撞、张裂、受热、冷却及其他 作用，其结构很难用简单的双层模型加以概括。 地壳的岩石学垂直分层：在未变质的表壳岩石下面的上地壳由绿片岩相 岩石组成；中地壳主要为经过富铝的、伴随局部混合岩化 及花岗岩化的角闪岩相岩

11、石；下地壳为含有长英质片麻岩和多种侵入体的麻 粒岩相岩石。按照一般地温梯度(30/km)推算，上述分层界 面的大致深度为5 km、15 km和25 km左右。地壳物质结构的基本特点，是石英含量向下减 少，长石含量向下增多。变质相以岩石中出现定的变质矿物组合为标志，反映变质作 用发生时特定的温度压力条件。以不同的变质相为标志，可 得出地壳岩石学分层。Q-石英 Ab-钠长石 Pl-斜长石 Bi-黑云母 Ms-白云母 Ch-绿泥石 Ep-绿帘 石 Sps-锰铝硫石 Act-阳起石 Alm-铁铝榴石 Sep-蛇纹石 Hb-普通角闪石 Di-透辉石 Px-辉石 Fo-镁橄榄石 3 、中地壳低速高导层中地

12、壳的地震波速低、电导率高，常成为中地 壳低速高导层，其深度与过去所谓的康氏面相 当。中地壳低速高导层在分布上表现为一个不 连续的界面，不像莫霍面那样到处都存在。在 地表断裂构造活动性较强的地区和地震活动性 较强的地带常发育中地壳低速高导层，如华北 各地震带、天山带、东南沿海带和青藏高原地 区等；而一些近期构造活动性较差和缺乏地震 活动的地区，常常不存在中地壳低速高导层， 如扬子古板块、阴山、燕山地区、塔里木和准 噶尔的大部分地区等。 4、莫霍面的性质Steinhart(1967)给莫霍面下了一个很实用的 定义：“莫霍洛维奇不连续面是地球中纵波速度 迅速地或不连续地增大到介于7.68.6 km/

13、s之 间某个值的界面。在没有可识别的波速增大的 情况下，莫霍洛维奇不连续面被认为是纵波速 度首次超过7.6km/s的界面”。莫霍面的传统工作模型包括下述要素：莫霍面是分异地球的表现和地壳与地幔界面的 标志； 莫霍面是地震波速度和岩石成分的一级(即零厚 度)不连续面； 莫霍面是均质的镁铁质岩层(上面)与超镁铁质 岩层(下面)之间的界面； 莫霍面在全世界范围都存在，其深度有侧向变 化，洋壳为58 km，陆壳为2070 km； 在莫霍面上波速有明显的跳跃，纵波速度从莫 霍面以上的7.6 km/s增加到莫霍面以下的7.6 km/s。近期研究成果表明，莫霍面可以是一个厚达数km的 过渡带，具有构造和岩石

14、的复杂性、性质和深度上的侧 向变化性。 大多数证据表明，大洋莫霍面是一个复杂的、互层 的、03 km厚的结晶质堆积岩过渡带，过渡带覆于上 地幔残留的橄榄岩之上，顶部主要为镁铁质成分、底部 主要为超镁铁质成分。在断裂带附近，大洋莫霍面变 浅；在大洋热点区，莫霍面异常厚。大陆莫霍面尽管是全球性分布，但比大洋莫霍面复杂 得多，厚度和深度上表现出极大的复杂性和侧向可变 性。最古老的陆壳下面的莫霍面比显生宙地壳(不包括 年轻造山带)下面的莫霍面深得多(4050 km)；在年轻 的造山带下面的莫霍面地形起伏，地壳增厚；在拉伸作 用区，有年轻的高度活动的莫霍面存在。 5、 大陆地壳的结构研究中遇到的问题当代

15、地壳结构研究主要从两个方面独立发展：一是以地球物理方法为主的地学大剖面研究一是科学深钻或超深钻的实施这两个研究方向都获得了举世瞩目的进展，成 果引人注目。但前苏联、前德国、美国、法国、 瑞典等许多国家的科学钻深发现，凡是根据地球 物理和地表地质确定的深度超过1500m的既定目 标几乎都未得到钻孔的证实，因而在地学界产生 了极大的冲击波，使地学界目瞪口呆，对地球物 理探测方法的地质解释提出了非常严重的挑战。前苏联实施的三口超深井的既定目标都落空。科拉超深井预测7 km处见到K-面，但达到 12261m也未见到；克里沃罗格超深井预测910 km深处出现太 古宙岩系，结果2350m就进入太古宙斜长花

16、岗岩 中；高加索的萨阿特累超深井预测缺乏花岗岩层、7 km处出现玄武岩，结果3.5 km出现中生代玄武 岩层，6 km出现中生代流纹岩、英安岩。地壳反射层为构造断裂的想法未得到科学 钻探成果的证实。瑞典深钻穿过的三个反射层，原先认为是近 水平断裂构造，结果证实是基性岩床；原德国超深钻原认为3400m处的反射界面为 近水平断裂构造，但深钻穿过6000m也未见到这 个断裂构造面。二、地幔 1、上地幔物质组成和构造的非均质、非均匀特性上地幔地震波速度在垂向和侧向上都有变化。在稳定 的地盾区，地震波传播的速度较快，而在构造活动性 较强和年轻的海洋岩石圈地幔则较慢；在200250 km、400410 km、550 km和670 km的深度上的速 度不连续跳跃以及在400500 km之间异常高的速度 梯度带，在一定程度上是全球性