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广东海洋大学
廖永岩
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前面几回我们分析了冰川的地质作用,下面我们就利用冰川的地质作用原理,来具体分析古岩石壳的形成及大陆的演化。
地球形成于46亿年前。原始地球形成后,因重力不断收缩和放射性元素蜕变而增加温度。当原始地球内部物质增温达到熔融状态时,比重大的物质向地心下沉,成为铁镍地核,比重小的物质上浮组成地幔(刘本培和蔡运龙, 2000; Ringwood, 1979)。那时地球太热,表面呈岩浆状态,还没有形成地壳;也没有海洋,H2O都是以水蒸气的形式存在于原始大气中。
约40~38亿年前,地球由于不断的热辐射,温度逐渐降低。当表面温度低于岩浆的凝固点时,最原始的岩石壳(古岩石壳)形成开始,至25亿年前,古岩石壳形成完成(张均, 1998; 中国科学院地球化学研究所, 2000)。
岩石壳没有形成之前,熔浆物质的排列,呈越接近地心,密度越大,越接近地表,密度越小(见图2)。首先固化的是相对较轻的、含高SiO2的花岗岩类。所以,古岩石壳,完全由高SiO2岩石(如花岗岩)构成,就是所谓的花岗岩类岩石壳。
图2. 地球的内部结构. A,岩石圈;B,软流圈;C,部分上地幔;D,下地幔;E,地核;F,地幔浮力面
总体来说,先形成的岩石壳,密度较小,相对较轻,如花岗岩。由于密度较轻的物质已先固化,留下的是密度较大的岩浆,所以,后形成的岩石密度较大,较重,如玄武岩类。
所以,先形成的岩石层(或岩石壳)和后形成的岩石层(或岩石壳)相互作用时,总是先形成的岩石壳由于密度较小,较轻而位于上方,而后形成的岩石壳由于密度较大,较重而位于下方。
同样,先形成的大陆,较轻;而后形成的大陆,较重。不同时代形成的大陆板块,密度不一样。越古老的板块越轻,越新的板块越重。由不同时代的岩石共同形成的板块,密度由各个时期形成的板块所占的比例来决定这个板块的比重。
所以,岩石或板块的比重,是由岩石或板块在地史上形成的先后决定的。
地壳一旦形成,因为岩石壳是热的不良导体,地球内部的热量不容易传出来。而地球表面由于不断向外辐射热量,温度不断降低,当温度降至
没有冰川形成以前的地球演化早期,不可能有造海运动和造山运动。所以,原始地球表面差不多完全由海洋占据,大地水准面大体很平整,远没有现在这么凹凸不平(图8,a, A)。仅有象月球的环形山一样,由于外星体撞击而成的小块突起。我们将这时的海洋岩石壳,称为古岩石壳(或古岩石圈)。
自地球上第一次形成极地大冰盖(Kaufman et. Al., 1997; Donnadieu et. al., 2004),地球的演化开始。
冰川形成时,根据造海作用原理,古岩石壳有的地方被撕裂,形成洋中脊,由洋中脊演化出次生海洋岩石壳(简称海洋岩石壳)。由海洋岩石壳形成的海洋,简称次生海洋(见图8,b);由古岩石壳形成的海洋简称为古海洋(见图8,a)。虽然海洋岩石壳比重稍比古岩石壳重,但相差不大。所以,海洋岩壳和古岩石壳的厚度相差不大,次生海洋和古海洋的深度也相差不太大。古海洋和次生海洋连为一体(见图8,b)。