大陆深俯冲作用

选择字号:   本文共阅读 2888 次 更新时间:2000-07-07 11:02

进入专题: 大陆深俯冲  

从柏林教授   中国科学院地质与地球未来研究  

此讲座为自然科学前沿问题系列讲座之一,从老师是地质研究方面的国际权威,是北大的校 友,回忆北大的生活时从老师还是津津乐道,下面是从老师讲的主要内容,由浅入深。

一、我们的地球

我们的地球已经有了46亿年的存在时间,而人类起源距今才几百万年,自从产生之始,人类 就企图认识地球,寻求对地球的解释,人对地球的了解究竟多深呢?

众所周知,地球是太阳系的一个行星,是星际物质相互吸引积极而成的,地球从混沌到有序 ,是重力分离,经能转化为热能,从而地球分层,分为地壳和地幔,地球深达六千多公里, 地球分层是通过地球物理来研究的,这也是我们人类目前能够依照的主要方法,另外就是通 过研究石头来研究,火山岩浆带来的石头,最深能够达到的也只有一二百公里,岩浆在喷发 过程中将把底东西带上来,这是我们研究能够看到摸到的,但这也只是停留在地球表层,现 在还有通过大洋深钻计划来研究地球,选择合适的海底,只要深钻不到10公里,便可打入地 幔层。人对地球的认识不是相当肤浅的。

除地球物理的方法外,我们研究深入地球的另一方法是实验模拟地球物理的方法可以测出不 同深度地球的密度,能后可以模拟想象这种物质是什么物质。用实现的方法来研究每一层的 反应,变化,通过浓度的突然变化来为地球划层,还可用陨石来研究地核,这一点争论不是 很大;地球外核是液态的,于是人们又通过实验方法来研究是元素及物质构成。地核的密度 高达135×10千克/米3。地核的外层是地幔,在上地幔可以直接拿到样品,大约在380公里上 可以找到,有一种石头叫橄榄岩,由10种矿物组成,橄榄石灰石等,组成橄榄岩的成分上地 幔基本上都有,但分布不均匀。再注上就是地壳、地壳分为大洋地壳和大陆地壳。大洋地壳 平均8公里深,主要是玄武岩,当然里面也有一些橄榄岩和其他岩石,最上面是其他一些大 洋沉积物;大陆地壳平均30公里,有的地方更岸,如喜马拉雅山,有的说70,有的说60,有 的说50,是造山运动特别发达的地方,有人说是两大板块叠起的结果,大陆地壳从深到浅, 浅部主要是沉积岩。大致地球就是这个样子,且前人们对地壳和上地幔石头研究有相当深度 ,再注下就只能靠实验和地球物理的方法来推测。

岩石圈是巴雷不于1994年根据板块理论提出的地球圈层概念,包括地壳和上地幔的上部(低 速层之上)。是地球的刚性外壳层;是由一些能够相互独立运动的高数型板块构成的概石言 之,板块这种组合就成为岩石圈,大陆深度约150-200公里,大洋约80-100公里,现在人们 主要研究岩石圈。

二、关于地球的学说

1915年魏格纳提出大陆漂移说,在2亿年以前地球上大陆是一个整体,后飘移而现今模样, 其根据是,在地图上如果将各洲拼起来是完全吻合的,而且在南美洲找到了一种只能存在于 亚洲的恐龙,这更为大陆漂移说提供了强有力的证据。战后,许多国家将目标定在海洋上, 一来是为了开群海上基地,再者是为了开发海洋资源,于是有了大规模的海洋物理研究。发 现大洋中脊柱两侧时代越来越重要。海斯在1962基于这一前提提出了海底扩张说,不是大陆 在飘移,而是海底在扩张,而且海底打钻也证明了这一点,而且已经算出了扩张速率,从大 陆飘移说到海底扩张说一方面是人类科技发展的结果,另一方面也反映了人类科学的深入与 科研条件的改善。

1967,美国三个物理学家提出了板块构造学说,在大陆飘移说和海底扩张说的基础上,根据 地球物理和地质资料提出一种解释全球构造的模式,即板块构造模式。这一模式的提出开创 了地球科学的新纪元,地球科学进入了一个全新的阶段。大洋中脊岩石圈扩张,地杆到大陆 底下去这便是板块构造的典型概念,全球分为七大板块。从1967年提出到现在,使经典的地 球学发生了翻天覆地的变化。

三、板块构造的发展

板块构造理论可以用来解释很多很多的地球、地理现象,可以解释各地岩石类型和矿作用, 而且是全球解释。

同时有人提出了地幔柱构造(plume Tectioncs),这也是在板块构造基础上提出的,地幔柱 控制了板块飘移的速度。

1984年发现了一种岩石,是由沉积岩变的,在这种岩石里发现了一种矿物叫杆石英。石英的 密度大概是2.6克/米3,在高压下相变成可石英,杆石英的密度在概是2.9甚至为3。1984年 以前,柯石英是靠合成或者在的石坑核爆炸坑里发现,1984年法国科学家肖邦在沉积岩中发 现了石英。在地表找到柯石英震动了固体地球科学界。按照压力的定义,这种物质只能在80 公里深才能找到,才能相变出柯石英。于是提出了一种假设:大陆岩石圈也是可以俯冲下去 的。按照板块学说,大洋岩石圈(主要由玄武岩组成密度2.9-3.0)注大陆俯冲,但是柯石英 这一发现让人们开始追究大陆岩石圈的俯冲,只有大陆岩石圈俯冲到地幔,在压力作用下石 英相变成柯石英,然后再回到地壳,这种解释才能说明这一现象。

在提出这一假设基础之上,人们以超高压变质作用作为大陆深俯冲的证据,这些证据有,柯 石英:600-700℃ 24.28kbar 深度>80、120km

石英:700-800℃ 40kbar 深度>120km

还有,变质沉积岩中超高压变质矿物的发现,高质镁铁,超镁铁质岩中超高压条件固溶体出 溶等。

但是俯冲耕地底以后,柯石英是被如何回到地表的呢?人们通过研究发现地表水可进入地幔 ,而不是单向的,只是地底水到地表,是一个完善的循环过程。很多超高压矿物都是含水的 ,在俯冲过程中地表水也就进入了地幔。

在此基础上,作了三点科学的引申:1?大陆可以被俯冲到200-300km深,2?地表水可被带 入地幔深部,3?大规模的壳幔和层圈相互作用(物质交换)

大陆深俯冲作用可以解释造出运动,中国有很多造山带,如大别山-苏鲁地区,这些是板块 构难于解释,超高压变质岩还有一个折返机制,超高压变质岩不仅要返回,而且要快,才符 合大陆深俯冲,这一过程大得需要5个百万年。

    进入专题: 大陆深俯冲  

本文责编:
发信站:爱思想(https://www.aisixiang.com)
栏目: 科学 > 科学演讲
本文链接:https://www.aisixiang.com/data/2074.html

爱思想(aisixiang.com)网站为公益纯学术网站,旨在推动学术繁荣、塑造社会精神。
凡本网首发及经作者授权但非首发的所有作品,版权归作者本人所有。网络转载请注明作者、出处并保持完整,纸媒转载请经本网或作者本人书面授权。
凡本网注明“来源:XXX(非爱思想网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于分享信息、助推思想传播,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。若作者或版权人不愿被使用,请来函指出,本网即予改正。

相同作者阅读

相同主题阅读

Powered by aisixiang.com Copyright © 2023 by aisixiang.com All Rights Reserved 爱思想 京ICP备12007865号-1 京公网安备11010602120014号.
工业和信息化部备案管理系统