地壳

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  地壳汉语拼音:Diqiao;英语:earth,scrust),地球分层结构的最外层。地球的最外层圈,介于底界莫霍界面地表之间。大陆地壳的平均厚度为37千米,海洋地壳平均厚度7千米。地壳总质量为2.6×1022千克,约占全地球质量的0.473%,全球总体积的1%。地壳是地球承载生命人类生存的主要物质基地,因此也是人类对地球观察和研究最详细的部分,它包含着丰富的关于地球和太阳系形成和演化历史的信息,同时与人类社会经济发展及有关的资源、环境和地质灾害等问题密切相关。

  地壳在地球内、外部能源和动力作用下,与相邻的地幔水圈大气圈,以及生物圈之间发生强烈的物质和能量交换。表现为全球规模、持续几十亿年,且目前仍在进行地质构造运动岩浆活动地震火山喷发以及风化侵蚀地质作用,造成大陆隆升、盆地凹陷、海陆变迁,以及岩石被剥蚀风化、沉积物堆积和土壤层形成等。因此,地壳是物质成分和内部结构都极为复杂的地圈,可划分为大陆地壳和大洋地壳两部分。

大陆地壳[编辑 | 编辑源代码]

  简称陆壳,是自地球形成46亿年以来全球持续地质作用的产物,也是太阳系八大行星中只在地球上存在的地圈。陆壳主要表现为地球物质的高度分异,形成以花岗岩沉积岩为代表的岩石,因此陆壳的年龄较古老,多在10亿年以上,已发现地壳中最古老的岩石年龄为38亿年。大陆地壳的总面积为1.48×108平方千米,约占地球表面的41%;厚度大且不均匀,为15~80千米,一般为25~45千米,平均37~40千米。厚度变化与区域地质构造活动强度有关,一般在年轻的造山带地区地壳厚度较大,如喜马拉雅造山带地壳厚度可达80千米。由于陆壳内富集了地球中较轻的元素如氧、氢、硅、铝、钠、钾等,因此大陆地壳的密度较小,为2.7~2.84克/厘米3,相当于地球整体密度(5.52克/厘米3)的1/2。

  早期研究把大陆地壳划分为三层,即沉积盖层、花岗岩层和玄武岩层,后两层之间的界面称康拉德界面。随着人工地震、大地电磁测深等地球物理方法的发展和板块构造理论的兴起,通过大量新观测资料的积累发现,大陆地壳的内部在横向和纵向上物理性质和化学成分都具有非均质性,总体上横向分带、纵向成层,即在不同深度上存在多层显著的速度梯度层、低速层等地震波速间断面。位于靠近地壳底部并弯曲切入上地幔顶部在全球断续存在的软流层(圈)的发现有重要意义,软流圈的深度为60~120千米,其上包含地壳和上地幔顶部的刚性岩石层(圈)。

  大陆岩石层(也包括大洋岩石层)的内部结构和物质成分的分层现象,可以用板块构造理论进行分析。板块构造说认为,刚性岩石层并非整体一块,而被构造活动带分裂成若干个大的单元,即板块,它们浮在软流层上面进行水平运动,相邻板块之间相互作用,致使在其边缘地带产生强烈的地质构造作用和岩浆活动。处于大洋海底中线的洋脊扩张带是离散型板块的边界,直接来自地幔的玄武岩浆在此入侵、喷发、凝固,形成新的洋底,也称生长板块边缘。在海陆交界的大陆坡岛弧海沟地带大洋板块与大陆板块碰撞,一个板块俯冲潜没到另一个板块下面,而产生积压、消减作用,称为聚敛型板块边界,同时发生强烈的地震、构造变形、岩浆活动和区域变质作用。板块俯冲的深度可达数百千米,构成地球表层物质返回深部循环的一种机制,在高温高压条件下消亡板块的岩石发生脱水、矿物相变以及重熔作用,形成从片麻岩麻粒岩榴辉岩的层状或带状产出的变质岩系,和以中性岩浆为主体的再生岩浆和大规模的中酸性岩侵入活动。板块构造理论是一种全球动力学模型,成功地阐明了发生在地球上的各种地质作用,及其结果导致的地壳物质的分异演化和分区分层规律。

  自20世纪80年代以来,根据岩石层板块构造理论模型,通过对典型大陆地壳剖面和深源包体的观察和测定、区域大规模取样分析(如加拿大地盾),以及折射地震法新资料的研究,加深了对中、下地壳物理性质和化学成分的认识。目前多数学者仍支持对大陆地壳三分法分层:即划分为上、中、下地壳(表1)。J.A.派西威尔等(1992)提出了大陆地壳剖面的一般模式。代表性的大陆地壳剖面可以在碰撞造山带或克拉通内部地区观察到,其主要特点是剖面中含有大规模中酸性侵入岩基,其底部则为厚层玄武岩或为相应富镁铁质成分的中–深变质岩系;典型的陆壳剖面中还包含厚层安山质喷发岩系及侵入相闪长岩体。处于次大陆或岛弧带的大陆地壳发育不完整,主要特征是总厚度小和缺失花岗岩基,以存在厚层安山岩和闪长岩侵入体为标志。

大洋地壳[编辑 | 编辑源代码]

  又称洋壳。20世纪50年代在大西洋洋底发现了大洋中脊,后来又观察到,靠近洋中脊的岩石都是年轻的海底玄武岩,愈远离洋中脊的岩石年龄愈老,但整个大洋底玄武岩年龄都不老于中生代(2亿年)。根据板块构造理论,大洋地壳是产于地幔的岩浆在洋中脊裂谷处涌出、冷却,并不断向两侧扩展形成的。洋壳岩石成分比较简单,主要是玄武岩和上覆的薄层沉积物,总厚度一般小于10千米;其内部物性结构上仍存在速度间断面,通常划分为三层结构。