地球圈层和板块构造.doc

本次提交材料由1.文本（含图片），2.部分动画文件，3.影片（张广成提供）构成；文本部分主要源自中科院研究生院魏课件和著作《Earthquakes》Timothy Kusky，2008 值得说明的是，虽然本文第7部分仍然沿用了大陆漂移-海底扩张-板块构造的结构，但考虑到后两者本属同宗，难以区分，仍不建议将其分开展示。 (6) 地球的内部圈层构造 地球的形成过程起始于一团巨大的“云”，这些云由灰尘、气体等基本物质组成，它们在高速旋转中互相碰撞、粘结，最终聚积形成了行星。由于频繁、高速的碰撞，聚积过程产生了巨大的热量，形成了熔融状态的早期地球，科学家们称之为岩浆海，其深度可达数百公里。受重力影响，重金属元素，如铁（Fe）、镍（Ni）等下沉形成地核，而较轻的成岩元素上浮形成地壳。这一过程致使地球分异成数层同心球状的圈层，每一层都具有不同的密度和成分，正是这种分层结构控制了今天地球大尺度的构造。 图6.1地球剖面，左侧为化学分层（地壳，地幔，地核），右侧围物理分层（岩石圈，软流圈，中间圈，外核，内核）（备选图1~2可用） 19世纪以来，科学家们探索了大量探索地球内部的手段，能够在地球内部传播的地震波便是其中之一。正如俄国地球物理学家伽利津所言“地震是照亮地球内部的一盏明灯”。随着数据的积累，前克罗地亚科学家莫霍诺维奇和美国学者古登堡分别在1909和1912年识别出地表以下33~70和2900km处各存在一层地震波速突变面，分别称之为莫霍面（M）和古登堡面（G）。以之为界将地球内部划分为三个圈层。居于最外侧的叫做地壳，即莫霍面以上圈层；仅邻其内的（M~G）是地幔；古登堡面以下直至地心为最内的地核圈层。 地壳：依据化学成分和矿物组成，在横向上地壳又可分为陆壳和洋壳。陆壳平均厚度约35公里，高大山系地区可达70km；洋壳相对较薄，约10km，局部只有5km。一般认为，陆壳浅部主要由密度较轻的硅铝质矿物组成，称为硅铝层；深部存在或缺失由密度较大的硅镁质矿物构成的圈层，称为硅镁层。洋壳一般缺失硅铝层，仅有硅镁层构成。 图6.2 地球外部圈层剖面 上图展示了典型的洋陆转换带，下图展示了典型的岛弧形边界。小图展示了不同比例的地壳构成。 地幔：地幔是地球的主体，介于地壳与地核之间，依据地震波的传播特性地幔又可以分为上下两层：上地幔自莫霍面到100—120公里深处，硅铝质矿物逐渐减少，铁镁质矿物逐渐增加，由于其化学成分和矿物组成上与橄榄岩相近，又称橄榄岩带；下地幔呈非晶质状态，大约是铬的氧化物和铁镍的硫化物。 地核：地核是地球的最内部圈层，自莫霍面以下直至地心。地核主要由铁镍元素构成，依据物质状态，又可将地核分为外核和内核两部分。自莫霍面至地幔以下大约5100公里处地震横波不能通过，为液态的外核部分；5100—6378km为固态的内核，科学家们推测，正是铁镍质地核的旋转引起了地球的磁场。 以上圈层之所以在地震学意义上存在突变性的差异，极有可能是化学成分的突变造成的。除以上化学圈层划分方案外，地质学家们依据能干性的差异，另行划分了五个物理圈层：刚性的外部圈层被称为岩石圈，厚75~150km；岩石圈漂浮在上地幔中的一层高密度、部分熔融的岩石层上，该层被称为软流圈；其下部还包括中间圈、液态外核和固态内核。 随着20世纪60年代板块构造的发现，地质学家意识到地球的外部圈层同样可以划分为数个不同区域，不同区域间存在很大的力学性质差异：1.刚性板块，板块内部相对稳定；2.造山带，板块之间相互运动，发生强烈的造山运动。 7、 大地构造及板块学说 对于大陆、海洋、山脉和地震的起因，地质学家和自然哲学家们思索了上百年。早期的地质学家们将众多的大陆和海洋的构造现象进行了分类：克拉通是大陆中古老稳定的部分，它们在过去数十亿年间几乎不发生活动，仅表现为缓慢的抬升和沉降；造山带是狭长的发生强烈褶皱和断裂的岩石带，并往往伴随有火山喷发和地震活动；海盆是稳定平坦的深海底部；洋脊是海底正在发生火山、地震活动的山脉。 早期众多的地质学家尝试解释地球大尺度的构造现象，并提出了很多假设，包括后来流行的地球膨胀-收缩说（分别对应海盆和山脉的形成）和地槽-地台学说。这些学说的特点是地球表面主要发生垂向运动，在水平方向保持稳定，成为固定论。随着气象学家魏格纳的发现，固定论逐渐的被活动论取代。自大陆漂移学说到海底扩张学说，直至板块构造理论及地幔柱构造假说，标志着活动论的逐渐成熟。 图7.1 Alfred Lothar Wegner(1880-1930)大陆漂移 7.1. 大陆漂移学说 1910年到1925年，阿尔弗雷德魏格纳发表了一系列经典的论述，在其中提出了大陆漂移学说的概念，具有代表性的是1912年的专著《海陆起源》（The Origin of Continents and Oceans）。