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1、4 地球不同圈层间的物质- 能量交换地球各圈层之间的物质与能量状态的差异， 是圈层相互作用和物质能量交换的动力。4 1 不同圈层的能量交换1）地球的热传导热量总是从高温区向低温区传递的， 在第三章我们讨论了地球内部温度的分布状况。地球内部的热可以通过热传导、热辐射、激子（辐射激发的原子）、物质运动（如地下热泉、火山活动、岩浆活动、以与地幔对流等） 几种方式传导到地球表面。 物质运动传导输送的热能就会和前三种热传导方式总和的量级相当。（ 2）热流观测地球的热流值是通过大陆和海洋直接观测和计算的。将大约 10 m长的岩芯管插入沉积物中， 测定从海底释放出来的热， 岩芯管一侧的温度计则记录下不同深度
2、的温度， 将岩芯取上来之后， 可以测定沉积物的热传导率， 将热传导率乘以温度梯度即得热流值。 大陆是将温度计放置在钻孔中测得的。 目前已成千上万次地在不同的大陆和洋底测定了热流值和地温梯度。并由此掌握了大陆和大洋，以与不同地区热流的差异。一般估计，每年从地球内部传递到地表的热能大约 8.37 X 1020J ,平均每平方厘米的地 表达6.28 X 10-6J,大概是每年通过地震释放能量的100倍。大陆热流：大陆壳最上部是花岗岩， 花岗岩由于富含放射性元素， 因而是最热的岩石。 大陆热流一部分来自地壳岩石中的放射性元素衰变产生的热能， 另 一部分来自深部地幔， 两者所占的比例， 不同的构造区有所
3、差别。 如加拿 大地盾深部产生的热流q值约2.93 x 10-6J/cH/s,而这个地区地表热流 值q为3.77 X 10-6J/cni/So说明有1/4的热流来自地壳，而3/4来自 深部地幔。而在盆地和年轻的活动山区，地表平均热流值q约为8.37 X10-6J/cm/s,其中5.86 X 10-6J/cm/s由深部地幔提供。这个年轻活动 区年龄为065X 106年，总热流值是古老地盾区的两倍。约70%热流来自地幔深部。 地质学家推测上升的热对流柱位于盆地和年轻山脉之下， 这 里有热异常、地壳比较薄、火山作用与地震频繁等释放能量的构造运动。对于大陆而言， 各种不同年龄的构造区， 热流值有所差别
4、， 通常古老 的稳定区热流值较低， 年轻的活动区热流值较高。 但总体上看， 大陆平均 热流值为 5.86 X 10-6J/cm/s0海底热流：同大陆相比， 海底要年轻得多。 海低热流值的观测发现， 和大陆一样，热流值与地质特征关系密切。在近5X106年内形成的大洋中脊热流值大于1.26 X 10-5J/cm2/s,在50百万100百万年年龄的海底洋盆热流值约5.86 X 10-6J/cm/s,年龄大于125百万年的海底热流值小于5.07 X 10-6J cm2 s 。 海底热流值随年龄增加而减少，说明了海底岩石圈的冷却过程。即从大洋中脊产生较热的岩石圈， 向两侧逐渐推向远离中脊的海沟， 温度逐
5、渐冷却， 冷却了的岩石圈在海沟处向下俯冲回到地幔中， 地球物理学家认为这种对流形式约占地球总热流值的60，是地球冷却的主要方式。4 2 不同圈层的物质交换地球不同圈层之间的物质交换有多种方式， 最主要的是地球的物质循环过程和元素的迁移过程。（ 1）地壳 - 地幔物质循环地球最大规模的物质循环是与板块运动分不开的， 沿地幔热柱上升的玄武岩熔浆从大洋中脊涌出并冷却形成的洋壳， 并在海沟处因俯冲作用被插入大陆岩石圈之下的软流圈， 在地幔软流圈被加热并熔融， 与地幔物质混合后重新加入地幔的对流循环。这部分内容将在第五章1 4 节中详细介绍。岩浆 -射气作用引起的地幔-地壳 -水-大气的物质交换， 幔源
6、岩浆上升到地壳浅部或溢出地表并伴随气水的喷射， 使地幔物质向地壳、 水圈和大气圈迁移。 另一方面， 岩石在地壳内部也可以因地壳运动或放射性聚热而熔融，转变为岩浆，导致地壳内部的物质分异。岩浆冷却凝固形成的岩石上升到地表后， 受风化作用而溶解、 破碎呈溶液、碎屑，被水流、风搬运到湖泊、海洋沉积下来，随着地壳的下沉，在地壳深部压实形成岩石， 或者随着洋壳俯冲到地幔软流圈加热熔融， 重新加入地幔的对流循环（图 4-9 ）。上述各种地质作用都引起壳-幔之间物质与元素的大规模的迁移和重 新分配。(2)海底热泉海底存在许多因大洋中脊扩张而形成的裂隙，冰冷的海水沿裂隙下渗 到几公里深处。当下渗海水遇到热的玄
7、武岩时就会受热膨胀上升，形成富 含从玄武岩中溶解的矿物质和气体的热泉从海底涌出。 这已为各大洋中脊 观察到的热泉口所证实，热泉有两种形式：一种是在裂谷地带以摄氏十几 度的泉水从裂隙流出；另一种以350C的高温从海底热泉口喷出，在喷 口周围沉积了大量硫化物矿物质，是一种重要的海底热液成矿作用。在方 圆数千米的热泉口周围温水中生活着有蠕虫类、蛤、蟹等组成生物群落， 它们以细菌类为食，而这些细菌类却以热泉水中的硫化物、 二氧化硫与氧 中吸收能量(见第五章图5-21 )。4. 3地壳-地幔的元素迁移和富集地球上部圈层除元素通过流体(岩浆)迁移外，最常见和研究得最多 的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间
8、的化学反应，被称为水-岩相互 作用。从反应性质来看，水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交 换，以与氧化、还原等化学过程。(1)流体作用和地球化学循环地球表层的含水流体可以来自大气降水、大洋水、岩浆水、变质水、 同生水和初生水等。水是一种偶极性分子，具有沸点低、易挥发，溶解能 力强，流动性大等特点。(2)海底热泉海底存在许多因大洋中脊扩张而形成的裂隙，冰冷的海水沿裂隙下渗 到几公里深处。当下渗海水遇到热的玄武岩时就会受热膨胀上升，形成富 含从玄武岩中溶解的矿物质和气体的热泉从海底涌出。这已为各大洋中脊观察到的热泉口所证实，热泉有两种形式：一种是在裂谷地带以摄氏十几 度的泉水从裂隙流出；另一
9、种以350C的高温从海底热泉口喷出，在喷 口周围沉积了大量硫化物矿物质，是一种重要的海底热液成矿作用。在方 圆数千米的热泉口周围温水中生活着有蠕虫类、蛤、蟹等组成生物群落， 它们以细菌类为食，而这些细菌类却以热泉水中的硫化物、 二氧化硫与氧 中吸收能量(见第五章图5-21 ) o4. 3地壳-地幔的元素迁移和富集地球上部圈层除元素通过流体(岩浆)迁移外，最常见和研究得最多 的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间的化学反应，被称为水-岩相互 作用。从反应性质来看，水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交 换，以与氧化、还原等化学过程。(1)流体作用和地球化学循环地球表层的含水流体可以来自大气降水
10、、大洋水、岩浆水、变质水、 同生水和初生水等。水是一种偶极性分子，具有沸点低、易挥发，溶解能 力强，流动性大等特点。(2)海底热泉海底存在许多因大洋中脊扩张而形成的裂隙，冰冷的海水沿裂隙下渗 到几公里深处。当下渗海水遇到热的玄武岩时就会受热膨胀上升，形成富 含从玄武岩中溶解的矿物质和气体的热泉从海底涌出。这已为各大洋中脊观察到的热泉口所证实，热泉有两种形式：一种是在裂谷地带以摄氏十几 度的泉水从裂隙流出；另一种以350C的高温从海底热泉口喷出，在喷 口周围沉积了大量硫化物矿物质，是一种重要的海底热液成矿作用。在方 圆数千米的热泉口周围温水中生活着有蠕虫类、蛤、蟹等组成生物群落， 它们以细菌类为
11、食，而这些细菌类却以热泉水中的硫化物、 二氧化硫与氧 中吸收能量(见第五章图5-21 ) o4. 3地壳-地幔的元素迁移和富集地球上部圈层除元素通过流体(岩浆)迁移外，最常见和研究得最多 的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间的化学反应，被称为水-岩相互 作用。从反应性质来看，水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交 换，以与氧化、还原等化学过程。(1)流体作用和地球化学循环地球表层的含水流体可以来自大气降水、大洋水、岩浆水、变质水、 同生水和初生水等。水是一种偶极性分子，具有沸点低、易挥发，溶解能 力强，流动性大等特点。(2)海底热泉海底存在许多因大洋中脊扩张而形成的裂隙，冰冷的海水沿裂隙下
12、渗 到几公里深处。当下渗海水遇到热的玄武岩时就会受热膨胀上升，形成富 含从玄武岩中溶解的矿物质和气体的热泉从海底涌出。这已为各大洋中脊观察到的热泉口所证实，热泉有两种形式：一种是在裂谷地带以摄氏十几 度的泉水从裂隙流出；另一种以350C的高温从海底热泉口喷出，在喷 口周围沉积了大量硫化物矿物质，是一种重要的海底热液成矿作用。在方 圆数千米的热泉口周围温水中生活着有蠕虫类、蛤、蟹等组成生物群落， 它们以细菌类为食，而这些细菌类却以热泉水中的硫化物、 二氧化硫与氧 中吸收能量(见第五章图5-21 ) o4. 3地壳-地幔的元素迁移和富集地球上部圈层除元素通过流体(岩浆)迁移外，最常见和研究得最多
13、的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间的化学反应，被称为水-岩相互 作用。从反应性质来看，水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交 换，以与氧化、还原等化学过程。(1)流体作用和地球化学循环地球表层的含水流体可以来自大气降水、大洋水、岩浆水、变质水、 同生水和初生水等。水是一种偶极性分子，具有沸点低、易挥发，溶解能 力强，流动性大等特点。(2)海底热泉海底存在许多因大洋中脊扩张而形成的裂隙，冰冷的海水沿裂隙下渗 到几公里深处。当下渗海水遇到热的玄武岩时就会受热膨胀上升，形成富 含从玄武岩中溶解的矿物质和气体的热泉从海底涌出。这已为各大洋中脊观察到的热泉口所证实，热泉有两种形式：一种是在裂谷地带
14、以摄氏十几 度的泉水从裂隙流出；另一种以350C的高温从海底热泉口喷出，在喷 口周围沉积了大量硫化物矿物质，是一种重要的海底热液成矿作用。在方 圆数千米的热泉口周围温水中生活着有蠕虫类、蛤、蟹等组成生物群落， 它们以细菌类为食，而这些细菌类却以热泉水中的硫化物、 二氧化硫与氧 中吸收能量(见第五章图5-21 ) o4. 3地壳-地幔的元素迁移和富集地球上部圈层除元素通过流体(岩浆)迁移外，最常见和研究得最多 的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间的化学反应，被称为水-岩相互 作用。从反应性质来看，水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交 换，以与氧化、还原等化学过程。(1)流体作用和地球化学循
15、环地球表层的含水流体可以来自大气降水、大洋水、岩浆水、变质水、 同生水和初生水等。水是一种偶极性分子，具有沸点低、易挥发，溶解能 力强，流动性大等特点。(2)海底热泉海底存在许多因大洋中脊扩张而形成的裂隙，冰冷的海水沿裂隙下渗 到几公里深处。当下渗海水遇到热的玄武岩时就会受热膨胀上升，形成富 含从玄武岩中溶解的矿物质和气体的热泉从海底涌出。这已为各大洋中脊观察到的热泉口所证实，热泉有两种形式：一种是在裂谷地带以摄氏十几 度的泉水从裂隙流出；另一种以350C的高温从海底热泉口喷出，在喷 口周围沉积了大量硫化物矿物质，是一种重要的海底热液成矿作用。在方 圆数千米的热泉口周围温水中生活着有蠕虫类、蛤、蟹等组成生物群落， 它们以细菌类为食，而这些细菌类却以热泉水中的硫化物、 二氧化硫与氧 中吸收能量(见第五章图5-21 ) o4. 3地壳-地幔的元素迁移和富集地球上部圈层除元素通过流体(岩浆)迁移外，最常见和研究得最多 的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间的化学反应，被称为水-岩相互 作用。从反应性质来看，水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交 换，以与氧化、还原等化学过程。(1)流体作用和地球化学循环地球表层的含水流体可以来自大气降水、大洋水、岩浆水、变质水、 同生水和初生水等。水是一种偶极性分子，具有沸点低、易挥发，溶解能 力强，流动性大等特点。
