Ch2地球的起源和基本特征解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大地构造学概论与中国大地构造学概要大地构造根底学问,地质类专业选修课程,办公 ：83683872；,E-mail：,主讲：张永利,1、地球的起源；,2、地球的圈层构造；,3、地球的非对称性；,4、地球构造运动的韵律性；,其次章、地球根本特征,一、地球的起源,科学的地球起源争论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拢、增生，即通过吸积分散作用形成的。,地球的化学成分与其他类地行星水星、金星、火星相像，依据同位素测定来看地球的年龄或许为46亿年左右。,地球的起源有非均与聚积和均匀聚积两种模型，两者的主要差异是聚积的定时性。在均匀模型中，冷凝完成于聚积开头之前；而在非均匀聚积模型中欧阳自远等，1995、2023，冷凝和聚积则是同时发生的。,在格陵兰、北美、加拿大、南极东部和中国华北等大陆上，先后都觉察了距今38亿年左右时期形成的古老地壳；最晚在距今38亿年左右地球上就存在陆壳和洋壳的差异。,天文演化时期,地质演化时期,二、地球的圈层构造,目前，通过钻探能直接争论的地球深度刚超过13 km，因地壳上升而被剥蚀出露的岩石其原来形成时的深度也不超过25 km，这与地球的平均半径(6367 km)相比显得微缺乏道。对地球更深部的了解只能通过间接的地球物理手段来争论，其中最主要、最有效的方法就是利用地震波来争论地球的内部构造。地球内部构造主要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争论来确定。,地震波可分为体波和面波两大类，体波能在地球内部的三维空间内传播，可分为P波和S波两类。P波又叫纵波、压缩波或初至波，由地球内部物质的压缩产生，质点位移与传播方向全都；S波又叫横波、剪切波、畸变波或次波，质点位移方向与传播方向垂直。P波既能在固体中传播，也能在液体中传播，S波仅能在固体中传播。据此，我们能够推断地球内部哪些区域是液体，哪些区域是固体。,M界面/莫霍面,内核,外核,液相，S波消逝,G界面/古登堡面,莫霍面以上称为地壳；古登堡面之下称为地核；两者之间的局部为地幔,把地球外表至上地幔刚性局部称为岩石圈；把塑性层上地幔局部的低速层称为软流圈；这种划分成为板块构造的理论根底。,软流圈,地球不同圈层的内部构造：,地球内部的成分分层：有两个一级成分不连续面即莫霍面和古登堡面，它们将地球分为三大局部，即地壳、地幔和地核。地壳A是指地球最外的一圈，即在地面以下至莫霍面以上的地球表层；地幔B、C、D地幔可分三层，分别为上地幔、过渡带和下地幔；地核E、F、G包括外核、过渡层和内核。,地球内部物质的力学特征分层：,地球内部圈层物质的力学和流变学特征突变面与成分界面不全都。依据强度和变形方式将地球由地表往地心分为：岩石圈、软流圈、中间圈和地核。,岩石圈：地球的刚性外壳，包括地壳和上地幔的上部，厚度20-150km，大陆地区110-150km，大洋盆地70-80km，洋脊裂谷20-50km。,软流圈：岩石圈以下的弱流变区，下界一般认为不超过400km，顶部约有100km的地震低速带。具强度小，粘度低，塑性较高的特点，有局部熔融，易于蠕动变形。岩石圈板块由于软流圈的存在而能运动。,中间圈：地幔的其余局部，厚度大于2023km，强度大，不易变形。,地核：与成分分界相当，对其力学性质知之甚少。,地壳、上地幔的不均一性,无论是厚度还是成分，地壳都很不均匀，最明显的差异是在大陆地壳和大洋地壳之间；依据地球物理探测资料说明：上地幔的地球物理场的分布，具有非均质、非均一性，说明白上地幔的构造和物质组成存在不均一性。,陆壳和洋壳之间的差异,重力特殊：由于地球质量的分布不均匀，造成重力场中各点的重力矢量和正常的重力矢量的数值差。,地壳的分层：,岩石地球化学和岩石-构造的争论说明，地壳的岩石学垂直分层可概略地分为：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。地壳物质构造的根本特点是，随深度增加石英含量削减、长石含量增多。,麻粒岩相,角闪岩相,绿片岩相,不同地区，不同的地壳层次，同样具有简洁的岩石组合；从岩石学的角度看，地壳的横向不均一性也特殊明显。,地球分层现象的主要假说：,化学分异假说：地球内部由于物质分异作用而呈确定状态的分布，在地球处于熔融状态时，地核是亲铁元素Fe，Co，Ni等集中带；地幔是亲铜元素Cu，Zn，Sb等集中带；地壳是亲石元素Si，Mg，Ca，Ba等集中带；大气圈是亲气元素He，Ar，N等集中带，因而形成地球的圈层构造。,原子集合分异假说：地球内部物质由于原子集合作用而呈确定状态的分布。这样的圈层构造与依据地震波资料所推断的密度分布大体吻合。,重力分异假说：地球内部的物质在重力作用下呈确定状态的分布，密度较小的物质上升，密度较大的物质下沉。这种按密度大小上升、下沉的过程，称为重力分异。它发生在地球演化的全部过程中。因此，地球内部物质的密度由外向内依次增大，排列成很多同心圈层。,三、地球的非对称性,N,S,地球的不对称现象：,La Caille于18世纪50年月就提出了地球南北不对称；,Jeans提出地球的外形像梨形；,随着观测水平提高，在地里、地质、地震、火山及地磁场方面都提示出地球的非对称性。,1 地球南、北非对称性,1大陆面积占全球的特殊之三，大陆主要分布北半球。北半球是陆半球，南半球是海半球。,1 地球南、北非对称性,2全球的大洋脊四分之三位于南半球，有南大西洋、太平洋、印度洋和环南极四条洋脊，而北半球只有北大西洋一条洋脊。所以，总的说来，南半球是外表引张半球，北半球是外表挤压半球。,319002023年全球共发生M8级地震47次，30次发生在北半球；全球大陆内部M7级的强震几乎全部集中发生在北半球，而且在北纬2050的环带内特殊集中。,1 地球南、北非对称性,4全球热流分布说明：南半球高于北半球；,5大气运动的赤道带略向北偏，而大气运动的简洁程度呈现北繁南简的特征；,6海流的形式和环流带的位置南北不对称；,7全球中、新生代造山带四分之三集中在北半球，而且在北纬20 60之间的环带内，大陆、内陆造山带和大陆地震集中并且经向构造特殊发育，南半球则不存在这样的现象。俄罗斯的乌拉尔山、中国的横断山、美国的落基山、横穿阿留申岛弧西段的帝王海山，还有规模小一些的库页岛、西地中海的撒丁岛、希腊与土耳其交界的南北向构造带等，可以看作是北纬20 60之间的南北挤压带派生出来的一组等间距性的“横褶曲”。,8依据海陆、地震、大气和海流的南北非对称和赤道北偏的事实，马宗晋等(2023)提出构造球的概念。构造球的赤道北偏10左右，北纬20 60和南纬400是构造反对称的两条中纬地带，它们是地、气、水三相的多大事构造环带。；,1 地球南、北非对称性,9)依据全球地震的分布及其运动学和动力学特征，可将全球最具活动性的构造划分为环太平洋构造系、大洋脊构造系和北大陆构造系三个一级构造系统。,环太平洋构造系以大洋岩石圈向大陆岩石圈的深俯冲为构造特征；大洋脊构造系以大洋岩石圈内裂谷一转换断层的组合构造为特征；北大陆构造系主要分布在北纬20 50的纬向环带，以大陆岩石圈的边缘和内部的各种断裂的相互作用为特征。这三个构造系统不仅在构造样式及其组合构造表现上各有特色，而且在地理分布和动力学环境上也各有不同，提示了全球构造的差异和动力环境的非均匀性。,2 地球东、西非对称性,1)东半球的北半部，以欧亚大陆为主体，陆多于海；西半球的北半部则只有较小的北美大陆。,2)大体以180经度为界，把太平洋分为东、西两半。东、西太平洋两侧的地质构造、成矿带的构造与成矿种类、地震和火山带的构造及形态、板块俯冲带的俯冲角与形态、洋底的地貌、地层、海水盐度、温度分布等很多方面都有重要差异。,3)大致以西经20为界，沿大西洋脊把大西洋分为东、西两半，它们在海底构造、深度、海水温度、盐度、洋流的冷暖、大气的运动与气温分布等方面也存在明显差异。,4)假设地球是均质旋转球，它应当是轴心对称的，但实际上太平洋两侧和大西洋两侧都是非对称的，这就可能与地球的非均一性有关。,5)以0经线为中线的半球叫0半球，180经线为中线的半球叫180半球。0半球客观上就是大西洋半球，180半球则是太平洋半球。太平洋半球可看作是挤压半球，或者是边缘挤压半球；大西洋半球则是引张半球，或面状引张半球。,3 地球非对称性解释,地球的南、北非对称性与东、西非对称性的动力学背景分析，可提出如图2-10所示的地球动力学模式。这一模式中的经向流、纬向流和地球转速变化引起的惯性流，构成了地球非对称性的动力学背景，并准备了全球构造系统的格局。然而，这一地球动力学模式还只是对地幔及其上部物质流淌体制的一种定性推论，这几种动力作用之间的主次地位和联合作用的定量分析还有待进一步的工作。,挤压,扩张,四、地球构造活动的韵律性,地球的变化史主要通过地壳的演化史来表现，无论在沉积史、变质史、岩浆史、成矿史还是在构造史中，某些地质大事根本上是有规章地重复发生，显示出周期或准周期的特征。韵律性是指地球历史中某一大事的时大时小、时强时弱的交替变化，它既包括时间长度严格相等的物理学上的周期、时间长度不严格相等的准周期和地质学中的特定术语旋回，而又具有更广泛的节奏的含义。,地球在40多亿年的历史中，发生了一系列不同时间尺度的韵律性变化，马宗晋等(2023)以不同时间尺度韵律性的代表性大事为参考，划分出长韵律、中韵律、短韵律和微韵律四个层次、12个韵律级别,从表2-3可以看出：,1)不同韵律层次的争论对象有质的差异，争论方法也有所不同。,2)不同韵律层次的存在可能是不同类型天文周期因素对地球作用的效应。,3)4个韵律层次争论的重点和所要解决的科学课题也各有不同。长韵律层次的争论有助于地球起源、壳、幔、核演化、成矿阶段、成矿期次的划分以及均态地球动力学的争论；中韵律层次实质就是争论新构造阶段内，地、气、水三者相互作用，有助于相应的学科综合；短韵律层次和微韵律层次的争论，分别与各种自然灾难的长期和短期预报有特殊亲切的关系。,2 地球构造活动长韵律的证据,1时间尺度为1-2Ga的韵律：假设以3.6 Ga、2.6 Ga、1.6 Ca和0.6 Ga为界，可将4.6 Ga以来的地球演化史划分为5大阶段。在这5大演化阶段中，极有意义的现象是，地球上先后消逝过两次斜长岩大事，一次在3.6 Ga之后发生、在3.0 Ga前完毕，另一次在1.6 Ga之后发生、在1.0 Ga前完毕，两次的初始时间差和完毕时间差均为2.0 Ga。此外，在海洋化学岩中，条带状硅铁建筑始于3.6 Ga，条带状硅镁建筑始于1.6 Ga，其先后消逝的时间间隔也是2.0 Ga，并且在它们之后的大阶段内消逝的是无硅质条带海洋化学岩。这两组有意义的韵律现象说明，在地球的演化史中存在2.0 Ga的超长韵律。,2时间尺度为1Ga-250Ma的韵律：在岩石圈的构造演化过程中，超级大陆或联合古陆的形成与裂解是最引人注目的大事。所谓超级大陆，就是地球上全部或几乎全部的大陆联合为一体。现有的地质事实说明，全球大陆地壳进展史中至少形成过四个超级大陆：3200一2800 Ma间形成的陆核型超级大陆；20231800 Ma间形成的古陆块型超级大陆；1100800 Ma间形成的陆块型超级大陆；257205 Ma间形成的大陆型超级大陆。超级大陆的聚散周期或韵律值为600800 Ma。,3时间尺度为250-50Ma的韵律：依据区域性不整合划分的祁连构造阶段(513386 Ma)、天山构造阶段(386257 Ma)、印支构造阶段(257205 Ma)、燕山构造阶段(205135 Ma)和四川构造阶段(13552 Ma)，每一个构造旋回持续的时间为13050 Ma。,2 地球构造活动长韵律的证据,2 地球构造活动长韵律的证据,4时间尺度为50-5Ma的韵律：这个时间尺度内最重要的韵律是35M