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第2章 地球(1)

地球的诞生

在地球是如何诞生的这一问题上,至今已经提出多种学说。现在流行的看法是:地球作为一个行星,远在46亿年以前起源于原始太阳星云。它同其他行星一样,经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。地球胎形成伊始,温度较低,并无分层结构,只有由于陨石物质的轰击、放射性衰变致热和原始地球的重力收缩,才使地球温度逐渐升高。随着温度的升高,地球内部物质也就具有越来越大的可塑性,且有局部熔融现象。这时,在重力作用下物质分离开始,地球外部较重的物质逐渐下沉,地球内部较轻的物质逐渐上升,一些重的元素(如液态铁)沉到地球中心,形成一个密度较大的地核(地震波的观测表明地球外核是液态的)。物质的对流伴随着大规模的化学成分,最后地球就逐渐形成现今的地壳、地幔和地核等层次。

地壳

通俗地讲,地壳是地球的最外层,岩石圈的重要组成部分。其底界为莫霍洛维奇不连续面(莫霍面)。整个地壳平均厚度约17千米,其中大陆地壳厚度较大,平均为33千米。高山、高原地区地壳更厚,最高可达70千米;平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄,厚度只有几千米,有的地方为5~8千米。

地壳可分为上下两层。上层化学成分以氧、硅、铝为主,平均化学组成与花岗岩相似,称为花岗岩层,亦有人称之为“硅铝层”。此层在海洋底部很薄,尤其是在大洋盆底地区,太平洋中部甚至缺失,是不连续圈层。下层富含硅和镁,平均化学组成与玄武岩相似,称为玄武岩层,亦有人称之为“硅镁层”(另一种说法,整个地壳都是硅铝层,因为地壳下层的铝含量仍超过镁;而地幔上部的岩石部分镁含量极高,称为硅镁层);在大陆和海洋均有分布,是连续圈层。两层以康拉德不连续面隔开。

地幔

一般来讲,地幔是地球的中间层,位于莫霍面以下和古登堡面以上的地下33~2900千米深处,随着深度的增加,压力可以达到50万~150万个大气压,温度1200℃~3000℃。地幔的质量占地球总质量的67.8%;体积占地球总体积的82%。厚度约2865千米,它是地球内部体积最大、质量最大的一层。主要由致密的造岩物质构成。它受地壳隔离,人们直接看不到,只有火山喷发时,人们才可以一睹地幔的一部分“熔岩”,它像房子的帐幔一样遮住了人们从地壳角度察看地核的视线,故称其为“地幔”。

地幔可分成上地幔和下地幔两层。上地幔一般又称为软流层,成分接近于超基性岩即二辉橄榄岩的组成,很可能是岩浆的发源地。他的顶部存在一个地震波传播速度减慢的层(古登堡低速层),与地震波传播速度也一致。软流层以上的地幔是岩石圈的组成部分。下地幔的物质呈可塑性固态,温度、压力和密度均增大。1914年,古登堡根据地震波传播速度测定地核的深度为2900千米,比现代精密测量的结果只差15千米。因此,地核——地幔边界又称为“古登堡不连续面”。

地核

“地核”顾名思义是指地球的核心部分。位于古登堡面(2900千米)以下直到地心。它从下地幔的底部一直延伸到地球的核心部位,距离约为3473千米,半径为3480千米,总质量为1.88×1021吨,占整个地球质量的31.5%,体积占整个地球的16.2%,比太阳系中的火星还要大。压力可达300万~360万个大气压;一般认为温度为2000℃~3000℃,或更高。地核的边界是一个极为明显的不连续面,纵波从13.6千米/秒下降到8.1千米/秒,横波突然消失。

地核又分为外地壳、过渡层和内地核三个层次。外地核的厚度为1742千米,平均密度约10.5克/立方厘米,物质呈液态,压力已达到136万个大气压。过渡层的厚度只有515千米,物质处于由液态向固态过渡的状态。内地核厚度1216千米,平均密度增至12.9克/立方厘米,也增加到了360万个大气压。其主要成分以铁、镍为主,所以又称“铁镍核”。

板块学说

所谓板块指的是岩石圈板块,包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部,也就是地壳和软流圈以上的地幔顶部。一般说来,在板块内部,地壳相对比较稳定,而板块与板块交界处,则是地壳比较活动的地带,这里火山、地震活动以及断裂、挤压褶皱、岩浆上升、地壳俯冲等现象频繁发生。新全球构造理论认为,不论大陆壳或大洋壳都曾发生并还在继续发生大规模水平运动。但这种水平运动并不像大陆漂移说所设想的,发生在硅铝层和硅镁层之间,而是岩石圈板块整个地幔软流层上像传送带那样移动着,大陆只是传送带上的“乘客”。

勒皮雄在1968年将全球地壳划分为六大板块;太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度板块(包括澳洲)和南极板块。板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。这里提到的海岭,一般指大洋底的山岭。在大西洋和印度洋中间有地震活动性海岭,另名为中脊,由两条平行脊峰和中间峡谷构成。

地热

一般认为,地热是由于地球物质中所含的放射性元素衰变产生的热量。地球内部活动可以产生巨大的热能,有人估计,在地球的历史中,地球内部由于放射性元素衰变而产生的热量,平均为每年5万亿亿卡。这是多么巨大的热源啊!地球每一层的温度是不相同的,从地表以下平均每下降100米,温度就升高3℃,在地热异常区,温度随深度增加的更快。其中一部分热量能以特定的形式到达特定地表,因此,人们能够利用地球内部的热获取生产生活必需的能源,这是地热对人类的一大贡献。

多数地热资源都存在于活火山活动地区。温泉、间歇泉、沸泥浆池以及喷气孔是最容易开发的资源。地热可以用来加热浴池和房屋,然而地热能的最大利用潜力在于发电。意大利在1904年首先使用地热能来发电。1981年8月,在肯尼亚首都内罗毕召开了联合国新能源会议,据会议技术报告介绍,全球地热能的潜在资源约为现在全球能源消耗总量的45万倍。地下热能的总量约为煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。地球蕴涵着丰富的地热资源,等待我们去开发。

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