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地球科学原理之14 古岩石壳的形成及大陆的演化: rock6783 2009-3-21 10:35; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）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， H 2 O 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 SiO 2 的花岗岩类。所以，古岩石壳，完全由高 SiO 2 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 100 ℃ 时，大量的水蒸气凝聚成液态的水，就形成了原始的海洋。原始的海洋约形成于 38 亿年前 ( 张均 , 1998) 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 ）。图 8. 古岩石圈的形成和大陆的演化 . A ，古岩石圈； B 次大陆岩石壳； C ，陆核； D ，较新形成的大陆岩石壳； E ，最新大陆岩石壳； F ；海洋岩石壳 . 古岩石壳和海洋岩石壳的厚薄相差不大。所以，冰川消融，地球收缩时，在造陆作用的作用下，它们形成陆地的方式也差不多（见图 8 ）。古壳和洋壳均比较薄，在冰川的造陆作用下，形成的海盆（地向斜）不会太大（见图 9 ），海盆和海山（地背斜）具有多而小的特点。大量地向斜和地背斜相间排列（见图 9 ， c ）。当冰川进一步消融，地球进一步收缩时，地向斜演化成地槽（见图 9 ， d ）。地槽再进一步演变成中央隆起。由于地球的不断收缩，最后，大小不等的许多中央隆起和相间其间的拗陷的地背斜一起，共同拼贴成陆核（见图 9 ， e-f ）。这样，就出现了由古壳形成的陆核，或由洋壳形成的陆核，或由古壳和洋共同形成的陆核（见图 9 ）。这些陆核分布于古海洋或次生海洋中，就成为地球上最早的陆核。这些陆核的特点是：数目较多，但规模都较小（见图 8, b ）。图 9. 陆核形成过程 . a ，示没有陆核的地球； b ，示 a 图框内地壳的一部分放大； c ，示地壳出现地向斜和地背斜（褶皱）； d ，示褶皱挤压； e ，褶皱挤压拼接； f ，示已出现陆核的地球。 A ，海盆（或地向斜或地槽）； B ，地背斜； C ，海洋岩石圈； D ，陆核 . 在下一次冰川引起的造海过程中，又会形成更多的洋壳。而在造陆过程中，这些大小不等的陆核经过进一步的拼贴，就形成了较大的陆核（见图 8 ， c ）。整个太古宙、元古宙，经过了 2 次以上大的冰川形成与消融 (Kaufman et. Al., 1997; Donnadieu et. al., 2004; 张同钢等 , 2002) 。经过新元古的多次冰川作用，陆核不断扩大，最终形成了西北利亚地台、加拿大地台、非洲地台等古地台 ( 宋春青和张振春 , 1996) （见图 8 ， b- c ）。这些古地台，主要是由古壳的高 SiO 2 花岗岩类构成，所含的低 SiO 2 的玄武岩等类的后成岩石较小。在以后奥陶纪、石炭二叠纪和第四纪冰川期，这些古地台又经过不断地拼贴或分裂，再加上不断地有，由洋壳演化来的陆壳的补充，逐渐演化为现在的地质板块（见图 8 ， e ）。开始形成的古地台都不太厚，不足以支撑太深太大的地槽形成，所以，不会有高大的山脉形成。后来，当海盆两侧有足够厚的地台支撑时，就形成了足够大的地槽，也就形成了象当今世界很多大山脉一样足够大的山脉。冰川是逐渐形成的，并且，在形成的过程中，还会有次一级的短暂消融过程。所以，冰川形成期主要由洋中脊进行洋壳的扩张，但其间也会有海盆的形成和地槽的发育等造山运动。同理，冰川消融期，也是逐渐进行的，在消融的过程中，还会有次一级的洋中脊短暂形成过程。所以，冰川消融期主要进行海盆形成和地槽演化等造山运动，但其间也会有洋中脊形成洋壳的造海运动，不断给造山运动补充材料。已形成的地台，或大陆板块，一般来说，是相当稳定的。但在造山作用下，当其两侧受到强有力的抬升时，中部就会断裂而相对下陷形成地堑。若这种情况正好处于冰川形成期或冰川消融期的次一级冰川形成期，就有可能发育成新的洋中脊。这样，大陆块就可能分裂，一块大陆分裂成两块或多块新的大陆。地球上开始形成的几次冰川，主要形成东西走向或近东西走向的洋中脊，如形成阿尔卑斯山脉、天山山脉和喜马拉雅山脉等。而后期，才主要形成南北走向或近南北走向的山脉，如安第斯山脉和落基山脉等。所以，洋中脊作用形成大陆板块的漂移，早期主要是南北漂移，后期才是东西漂移。南北漂移，会改变板块的纬度。所以，地磁磁极的位置，也就相对发生了移动。可能磁极本身是不动或基本不动的。现有的各大地质板块，在地质史上在不停地发生着变化，也就是不停地进行分、合及扩张和缩小。所以，只要测定各个可知的地质板块的地磁极变化规律，就有可能知各个地质板块相对于地极而进行的漂移及分离和合并；从而推断出各个地史时期地球各板块的分布及大小。冰川的地质作用的分析到此告一段落。那么目前有没有冰川的地质作用的证据呢？若有，又是哪些呢？下面几回，我们将的介绍冰川地质作用的地质化学和地球物理两方面的证据。到底有哪方面的地质化学方面的证据？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 15 冰期旋回中碳酸盐岩 13 C 变化规律参考文献：刘本培，蔡运龙 . 地球科学导论 . 北京：高等教育出版社 . 2000. 8-303 宋春青，张振春 . 地质学基础 . 北京：高等教育出版社 . 1996. 272-348 张均 . 生物进化 . 北京：北京大学出版社 . 1998. 41-99 张同钢，储雪蕾，陈孟莪，张启锐，冯连君 . 新元古代全球冰川事件对早期生物演化的影响，地学前缘， 2002 ， 9 （ 3 ）： 49-56 中国科学院地球化学研究所 . 高等地球化学 . 北京：科学出版社 . 2000. 1-110 Donnadieu Y,Goddris Y,Ramstein G,Ndlec A ， Meert J. A 'snowball Earth' climate triggered by continental break-up through changes in runoff. Nature , 2004, 428 : 303 306 Kaufman A L, Knoll A H, Narbonne G M. Isotopes, ice ages, and terminal Proterrozoic earth history. Proc. Natl. Acad. Sci. , 1997, 95: 6600-6605 Ringwood, A. E. Composition and origin of the earth. In M. W. McElhinny, editor, The earth: Its Origin, Structure, and Evolution. London: Academic Press, 1979. 1-58 （注：本地球科学原理系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（ 2007 年 5 月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）; 个人分类: 地球科学|5499 次阅读|0 个评论

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