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地球科学原理之25 影响岩石圈形成后去气作用的因素: rock6783 2009-4-11 19:38; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）地球的去气作用重要，影响地球去气作用的因素，也肯定重要。前一回我们讨论了地球岩石圈形成后的去气作用，这里，我们来讨论影响地球岩石圈形成后去气作用的因素。二氧化碳等地球去气气体，主要由火山喷发和地震产生。火山和地震越强，地球的去气作用也就越强，产生的二氧化碳等去气气体也就越多。火山和地震，是由于冰川的形成和消融引起的造海作用和造陆作用而形成的。所以，冰川与火山喷发和地震直接相关。冰川越大，形成和消融得越迅速，产生的二氧化碳等去气气体就越多。那么，历史上的冰川，为什么会有大冰川和小冰川之分呢？或者说，为什么有的时期形成的冰川大，如新元古宙和石炭 - 二叠纪的冰川，有的时期形成的冰川较小，如奥陶纪的冰川。假设地球表面的陆地和海洋的分布，在任何时期都是均匀分布的，那么，随着二氧化碳等温室气体浓度的减少，温室效应的降低，冰川将形成。当冰川形成到一定的程度，引起造海作用的发生，导致火山喷发和地震。火山喷发和地震的去气作用，使大气中的二氧化碳等温室气体浓度增高，温室效应增强，使冰川消融。冰川消融的过程中，又会造成造陆运动，再一次通过火山喷发和地震，补充大量的二氧化碳等温室气体于大气中，使大气的温室效应更强，从而使地球进入一个间冰期。若真这样的话，只要使二氧化碳减少的绿色植物进行光合作用的能力不变，地球在演化的过程中，冰川期和间冰期的时间间隔将基本相等；每一次冰川期形成的冰川规模大小也应一致。但是，在不同的地球演化时期，地球的陆地和海洋的分布是不一样的。虽然由于光合作用消耗二氧化碳，使温室效应降低，当两极降至冰点以下时，就会有冰川形成。但有时，两极全是海洋，有时两极全是陆地，有时一极是海洋，一极是陆地。当两极是海洋时，冰川只能在海洋里形成。在海洋里形成的冰川，冰川形成于海洋的上部。这样，就造成和冰川接触或较近的冷海水，由于比重较大而下沉，下部相对温度较高的海水上升。就会造成海水的垂直循环，冰川和海水进行强烈的热量交换。若形成冰川时的极地海洋较大，或极地海洋能和附近海洋进行海水交流的话，就会在极地海洋和附近或甚至热带海洋之间形成暖流和寒流。极地冰川和地球其它地区，除能通过大气进行热量交换外，还能通过海洋进行大规模的热量交换。使极地海洋和地球其它地区的热量交换相当强烈。这样，在极地形成的冰川，就很容易消融，冰川体积不容易增大。再有，就算在极地海洋里已形成了较大体积的冰川，只要冰川底部尚没有和海洋底部接触的话，大质量的冰川重力就不可能作用于地壳岩石圈，就不会有重力异常出现，不会有均衡调整，也就不可能引起造海作用。所以，虽然已能在极地形成冰川，但冰川不能造成造海作用，也就不会引发火山喷发和地震。没有火山喷发和地震，地球的去气作用就不会加强，二氧化碳的浓度就不会增高。在绿色植物的光合作用影响下，二氧化碳的浓度将进一步降低，温度进一步降低。极地冰川的范围将进一步扩大。直至极地冰川体积增大，直接和海洋底部接触或扩大至极地周围的陆地上。这时，极地冰川将会造成造海作用，会引起火山喷发和地震，导致地球的去气作用增强。当地球去气作用产生二氧化碳的能力大于绿色植物光合作用等消耗二氧化碳能力时，大气中的二氧化碳浓度将增高。随着二氧化碳等温室气体浓度的增高，温室效应逐渐增强，冰川形成停止，并有可能开始消融。这就表示一次冰川形成的结束。综上所述，我们可以说，当极地是海洋时，一般很难形成冰川；但一旦冰川形成，往往形成的冰川规模较大，范围较广。当冰川形成时，两极地区是陆地。这时，冰川不可能通过海洋进行热量交换，仅只能通过大气进行热量交换。这样，热量交换的强度大大降低，极地地区的冰川较容易形成，而不容易消融。因为极地冰川是在陆地上形成的，它一形成，就和岩石圈接触，就直接作用于地球的岩石圈，产生重力异常，引起均衡调整作用，产生造海作用，导致火山喷发和地震，引起强烈的地球去气作用，产生大量二氧化碳等温室气体。当地球的去气作用产生二氧化碳等温室气体的能力，大于光合作用等降二氧化碳等温室气体的能力时，二氧化碳等温室气体浓度增高，温室效应增强，冰川形成停止或开始消融。从以上可以看出，当冰川形成时，若极地地区是海洋（双极海洋冰川），这时形成的冰川规模较大，形成的时间较长。若极地地区是陆地时（双极陆地冰川），形成的冰川较小，形成所需的时间较短。若一极是陆地，一极是海洋的话（单极冰川），它的规模和形成时间，应介于双极海洋冰川和双极陆地冰川之间。由于双极海洋冰川最终形成的冰川规模较大，当它消融时，形成的造陆作用也较强，产生的二氧化碳等温室气体也较多。所以，双极海洋冰川消融后的间冰期，二氧化碳等温室气体浓度较高，维持的时间也较长，即冰期后的间冰期时间较长。双极陆地冰川最后形成的冰川规模相对较小，它消融时形成的造陆作用也相对较小，产生的二氧化碳等温室气体的量也较小。双极陆地冰川消融后的间冰期，二氧化碳等温室气体浓度也较低，维持的时间相对较短，即冰期后的间冰期时间较短。同时，太阳光的强度和绿色植物进行光合作用的能力大小，也对冰川的规模和时间间隔有一定的影响。太阳光的强度，影响植物的光合作用。太阳光越强，光合作用就越强。总的来说，太阳光强度，随着地球的演化，是越来越强。所以，假设植物的质量和数量不变的话，植物的光合作用强度，应是越来越强。其实，植物的质量和数量，也并不是不变的。早期生命刚形成时，为原核单细胞生物，它们的光合作用能力相当弱。后来，地球上演化出了真核细胞、多细胞及有根、茎、叶分化的高等植物。植物的光合作用越来越强。若不考虑冰川和太阳因素，仅就植物的光合作用来说，早期的单细胞生物光合作用弱，进行光合作用消耗二氧化碳的能力也弱，通过光合作用降低二氧化碳等温室气体所需的时间较长。所以，那时形成冰川所需的时间，应比后期长。同时，由于低等的植物进行光合作用能力弱，只要不太大的冰川的形成，导致的造海作用引起的地球去气作用，产生的二氧化碳的量，就会大于植物的光合作用消耗的二氧化碳的量。所以，那时的冰川形成时间长，但冰川的规模却很少。后来，随着氧气量的增加，臭氧层的增加，植物除生存在较深水域外，还能在海洋表层进行强烈的光合作用。这样，植物的生存空间大大增加，植物的量也大大增加。在地球不断演化的过程中，陆地面积和浅海面积的增加，使植物的生存空间进一步增加。植物通过演化，产生了多种高效的光合色素。较高等植物还形成了叶绿体，使光合作用能力大大加强。高等植物为登陆生物，有根、茎、叶的分化，使植物体伸展在空中，进行旺盛的光合作用。在海、陆、空，全方位、大面积的分布条件下，植物的光合作用能力大大加强。消耗二氧化碳等温室气体的能力也大大加强。这样，假设大气中具有相同浓度的二氧化碳等温室气体的话，这时消耗这些温室气体所需的时间，大大缩短。所以，后期冰川形成的时间应比早期短得多。但冰川一旦形成，由冰川造成的地球去气作用，必须强到一定程度，才可能使地球的去气作用大于植物的光合作用。冰川的规模和冰川的去气作用应是成比例的。这样，就使冰川的规模必须足够大，产生足够大的去气作用，才可能使冰川的形成停止。所以，后期冰川形成时，形成的冰川规模应比早期大，但形成的时间却相应地比早期短。总之，冰川规模的大小、冰川期和间冰期的长短，是受太阳光强度、绿色植物的演化程度、冰川形成时，极地地区是陆地或是海洋等因素综合影响的。当然，硅酸盐的风化作用影响海洋的 pH 值，影响碳酸盐的沉积。大气中氧气的含量的多少，影响地球上有机物的总量（包括一般有机物和矿物有机物），它们也会在一定程度上影响冰川的规模及冰川期和间冰期的长短。冰川的规模决定地球去气作用的量，所以，以上这些因素，也会影响地球的去气作用。前面几回，我们分析了本章第一节：地球去气作用。有了这些基础，我们就可以来分析地球演化过程中的各种至关重要的平衡作用。所以，我们现在来分析第二节地球演化过程中的 pH 平衡。首先，我们来分析去气作用对地球的作用。那么，去气作用到底对地球及地球演化有什么作用？地球在演化过程中为什么没有变成冰球，且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 26 去气作用对地球的作用（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|5282 次阅读|5 个评论

地球科学原理之24 岩石圈形成后的去气作用: rock6783 2009-4-9 22:38; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）上一回，我们分析了岩石圈形成前的去气作用，这里，我们来分析岩石圈形成的去气作用。 1 概述原始地壳形成后，地球仍有去气作用。由于地球外被岩石圈形式的外壳，壳内气体要能排出，只有在这个壳破裂或由于某种原因，造成负压腔才可能发生。当地球的内部温度还比较高时，也就是说，地球除岩石圈外，地内全是液态时。两极或单极的冰川形成或消融，由于均衡调整作用，造成地球膨胀和收缩。冰川形成时，地球膨胀，地壳最容易破裂的地方，形成裂缝（如洋中脊）。地内压力突然降低，大量的地内气体就会向裂缝处汇集。这时形成的洋中脊，除喷发大量玄武岩岩浆外，还喷发大量的气体。当冰川消融时，地球收缩，形成岛弧和地槽，在岛弧和地槽的形成过程中，会形成负压腔。大量气体向负压腔处汇集。岩石圈破裂时，大量的气体和岩浆被排出地表。所以，地球早期的火山喷发，不管是洋中脊处的玄武岩喷发，或是岛弧或地槽形成时的安山岩或花岗岩岩浆喷发，均比现在猛烈，喷发出的气体，也远比现在多。当火山喷发结束后，岩石圈内液体岩浆里气体浓度将又会在气体在各种物质里的溶解度、气体浓度梯度和压力及浮力的综合作用下，重新分配。最终重新形成一种平衡。不管怎么样，由于部分地表气体被火山及地震排出地表外，地球中心位置的气体，就会不断向地表转移。由于地球的产热能力下降，而散热能力变化不大。这样，随着时间的推移，地球内部的温度逐渐降低。地球内部的压力基本没有什么变化。在温度和压力的综合作用下，岩石圈下地内物质，不断固化。到目前为止，除软流圈和外核外，已基本呈固态。当冰川形成时，洋底破裂形成洋中脊，地内压力突然降低，原在高压下呈固态的岩石圈下物质，由于压力降低而变成液态的岩浆，从洋中脊涌出。溶解在这些岩浆中的气体物质，也由于压力的下降而从这些岩浆里逃逸出来，进入大气中。当冰川消融时，地球收缩，形成岛弧和地槽，在岛弧和地槽的形成过程中，会形成负压腔，由于负压腔的压力小于原来的压力，负压腔下的软流层物质，由固态转为液态。溶解在岩浆里的气体，由于压力的降低，从岩浆里逃逸出来，进入负压腔上部。后来，由于这个负压腔破裂，气体和岩浆一道，由破裂处涌出地表，形成安山岩或花岗岩岩浆喷发形式的火山喷发。由于海底玄武岩岩浆喷发时，气体只有在岩浆涌出后才产生，所以岩浆喷发时，气体相对较少。而岛弧或地槽形成时的火山喷发，气体在岩浆喷发前就已大量聚集在岩浆上部，所以，火山喷发时，气体量大，往往形成爆炸式火山喷发。气体直接从固态物质里逃逸的可能性比较小。随着地球的温度不断降低，地球形成岩浆的能力逐渐降低。气体从地内排出的量也越来越少。地球的去气作用也越来越弱。一旦地球完全固化，地球将完全失去去气作用。 2 后期去气作用的阶段性从以上的分析可知，当地壳形成后，地球的去气作用，主要是通过火山喷发和地震而完成的。而火山和地震，主要与冰川的形成和消融相关 (MeGuire, 1992; Zielinski et al, 1996) 。冰川的形成和消融，具有明显的周期性。所以，地球的去气作用，也具有明显的周期性。当地表岩石的风化作用和绿色植物的光合作用，将大量的二氧化碳转化为碳酸盐岩和矿物有机物时，大气中的二氧化碳浓度降低，大气中的温室效应也降低。当大气中的二氧化碳浓度不足以提供足够的温室效应时，在地球的两极（两极有陆地）或一极（一极有陆地）形成冰川。由于冰川的形成，从单极或双极挤压地球，地球膨胀，从而造成一轮造海运动，引发火山喷发和地震。火山喷发和地震导致大量的地内二氧化碳气体排出地表。若火山和地震排出的二氧化碳气体不能抵消风化作用和光合作用的二氧化碳消耗，地表温度将继续下降。引发更大规模的冰川形成，造成更大规模的火山和地震的发生，排出更多的二氧化碳等温室气体。当火山喷发和地震排出的二氧化碳等温室气体的量超过风化作用和光合作用消耗的二氧化碳的量时，大气温度开始上升，冰川开始消融。冰川消融，地球收缩，产生的造陆过程中，会引起火山喷发和地震，也会产生大量的二氧化碳等温室气体。这样，使大气中的温室气体进一步增加，地球进入间冰期。在间冰期，除极少量的外星体撞击外，地球的火山喷发和地震明显减少。间冰期，气候温暖、湿润，绿色植物大量繁殖，将大量的二氧化碳转化为碳酸盐岩和矿物有机物，这又会引起大气中的二氧化碳浓度的降低，引起新一轮的冰川、火山、二氧化碳循环。去气作用产生的主要是水。水以水蒸汽的形式排出后，冷凝成液态的水，降入海洋，使海洋的水不断增加。去气作用中的硫化氢和二氧化硫，被氧化成硫酸，硫酸与地表岩石风化产生的金属离子结合，形成各种硫酸盐。去气作用中产生的氯化氢、氟化氢等物质，也与岩石风化作用产生的大量金属离子形成各种卤化物，以氯化钠最为显著。去气作用产生的二氧化碳，主要由风化作用和光合作用而转化为碳酸盐岩和矿物有机物。冰川的形成和消失，导致火山活动的加强和减弱。火山活动的强弱变化，导致地球地去气作用的强弱变化。地球的去气作用变化，又引起大气中温室气体的浓度变化。而大气中温室气体的浓度变化，又导致冰期和间冰期的形成。地球就是在这些因素的共同影响下，不断演化的。地球的去气作用，主要发生于间冰期向冰期转化的时期，及冰期向间冰期的转化期；而冰期及间冰期，相对较弱。去气作用强时，是大气中的二氧化碳增加期；去气作用弱时，是大气中的二氧化碳减少期。地球上有多少次冰川期周期性变化，也一定会有多少次的地球去气作用的周期性变化。地球的去气作用，强烈影响地球的演化，那么，哪些因素影响地球岩石圈形成后的去气作用呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 25 影响岩石圈形成后去气作用的因素参考文献： MeGuire W J. Changing sea levels and erupting volcanoes: cause and effect ？ Geology Today, 1992, 7: 141-144 Zielinski G A, Mayewski P A, Meeker L D, Whitlow S, Twickler M S. A 110,000 yr record of explosive volcanism from the GISP2(Greenland) ice core. Quaternary Research, 1996, 45: 109-118 （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|4773 次阅读|0 个评论

地球科学原理之23 岩石圈形成前的去气作用: rock6783 2009-4-7 22:56; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）上一回，我们分析了地球的起源和早期演化，有了这些基础，我们就可以来分析地球的去气作用。这一回，我们先来分析地球岩石圈形成前的的去气作用。组成地球的冷星云物质，主要是硅酸盐岩，含有大量的结晶水 ( 韩吟文和马振东 , 2003 ) 。同时，还含有一定量的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和卤盐等 ( 韩吟文和马振东 , 2003 ) 。当地球的表层物质开始熔融后，由于高温和高压的作用，物质的大量结晶水，以水蒸汽的形式，被释放入地球外层，形成大气圈，形成原始的大气层。同时，当熔融地球层的温度升至碳酸盐及其它易分解物质的熔点时，这些易分解物质将分解而产生大量的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氯化氢、氟化氢等气体。这些气体和水蒸汽一道，共同组成了原始大气层。由于这时地球表面尚有高气压的宇宙大气存在，已熔融液体岩浆表层里的水蒸气等气体的排出，还受到当时大气压的影响。在这个大气压和熔融状态下岩浆里原始大气的溶解度的共同影响下，原始大气里的各种气体会在原始大气和熔融地球表层液体岩浆之间，建立一种浓度平衡。在这个平衡的影响下，熔融岩浆里的水蒸气、二氧化碳等去气气体，并不会完全排出，同时，原始大气中的氢等宇宙大气，还会向岩浆里溶解。因为地球熔融的早期，只是表层的物质熔融，所以，只是表层物质所含的水、二氧化碳等气体释放入大气圈。当地球逐渐向地心熔融时，地球外部的岩浆又已开始凝固了。凝固了的岩浆形成岩石圈，阻止了内部圈层熔融产生的水蒸汽、二氧化碳、氢等气体向大气圈的释放。当然，这些被襟固在固体地壳内的气体，由于比重较轻，也会向地表运动。但由于地表地壳的封闭，它们不可能排出地表。这样，在压力、浮力和气体在不同岩浆里的溶解度等因素的共同影响下，出现了从岩石圈下至地核，不同深度分布不同的气体浓度。随着这些地内岩浆物质在压力的作用下的固化，这些气体，也就被暂时襟固在这些固体物质中了。只有当这些物质在压力降低熔融再转化为液体时，溶解在这些物质里的气体，才会释放出来。岩石圈形成前排出的水和二氧化碳等气体的量的多少，决定原始海洋的规模。也即，若古老地壳形成之前排入大气层的水和二氧化碳等气体多的话，则形成的原始海洋规模大，海洋深且广；大气中的二氧化碳等气体浓度大。当然，因为刚形成的原始地壳，除少数外星体撞击造成的环形山外，很少有山脉，所以，只要有一定量的水，海洋将形成完整的水圈，也就是海洋将包围整个地壳，海洋中很少有陆地出露。而排水的多少，又由原始地壳形成时，地球熔融的厚度决定。在原始地壳形成之前，地球熔融的深度越深，排入大气层的水就越多，排入大气中的二氧化碳等气体也就越多。若原始地壳形成时，地球熔融的厚度不足，则排入大气圈中的水和二氧化碳等气体的量也少。简单地说，原始地壳形成前，地球熔融后排入大气圈的水和二氧化碳等气体的量，至少应受两个条件限制：一是最大量限制。就是说，原始地壳形成前，排入大气圈的水和二氧等气体量不能太大。因为水蒸汽和二氧化碳等气体，都是温室气体，若这些气体太多的话，将形成强烈的温室效应。若这种温室效应太强，因为地球虽然已形成了阻碍地内水和二氧化碳等气体排出的原始地壳，但地球的排气作用不可能完全停止；再是太阳的发热量在逐渐增强；在这些作用的综合影响下，原始地壳的温度永远不可能降至水的凝聚点 ℃ 以下，这样，液体的海洋也就永远不可能形成。若真是这样的话，地球将就是另一个金星 ( 欧阳自远 , 1994a ) ，永远不可能有生命在上面存在。二是最小量限制。就是说，原始地球刚处于熔融状态，原始地壳就形成了。这样，只有很少量的水和二氧化碳等气体形成。这些温室气体不足以维持地球的表面温度在 0 ℃ 以上。这样，地球将和现在的火星一样 ( 欧阳自远 , 1994a ) ，形成一个冰冷的地球。由于其上的水太少，也不可能形成大质量的冰川。没有大质量的冰川形成，地球也就失去了进一步演化的动力，也就不可能产生构造运动。没有构造运动，地内就算能继续熔融，能产生大量的水、二氧化碳等气体，这些气体也不可能再排出地表外。这样，地球将一直维持冰冷状态，地球上也不会产生生命现象；至少不会演化出多细胞生物，更不用说智能生物了。就现状来说，地球没有变成火星，也没有变成金星，还有智能生物存在。这说明，地球原始地壳形成前，地层的熔融厚度是介于这两个极限之间的。也就是说，原始地壳形成前，地球熔融的厚度导致的排出的水和二氧化碳等气体的量，既不会使地球温室效应太强，形成超水凝聚点（假设是 100 ℃ ，当然，由于当时大气压较高，温度肯定超过这个值）的热球；也不会使地球温室效应过低，形成低于凝固点（假设是 0 ℃ ）的冷球。理论上说，由这两者的相关参数，及氢等宇宙气体构成的大气压，我们应可以算出原始地壳形成时地球熔融的大约厚度。同时，若地球完全熔融后再凝固形成地壳的话，将造成地壳、地幔和地核的元素组成，呈现完全标准的梯度。也就是说，亲铁元素，将强烈地向地核运动。地壳将强烈地亏损这些元素。但是现在这些亲铁元素却在地壳内富积 ( 韩吟文和马振东 , 2003 ) ，这也证明，地球不是完全熔融后才形成原始地壳的。地球是在原始地壳形成后，再逐渐向地心熔融的。这样，若地球熔融刚开始就形成原始地壳，也就是原始地壳形成时，熔融的地球厚度不大。这时形成的地壳里的亲铁元素将会更多地保存在原始地壳中。若原始地壳形成时，地球熔融的厚度已经很大，这时，大量的亲铁元素将向地心转移，这时形成的原始地壳里，亲铁元素的含量，将会减少。所以，我们也可以根据地壳里亲铁元素的异常富积量，推算出原始地壳形成时地球熔融的厚度。当然，计算时，我们还得考虑由于造山运动造成的地幔和地壳之间的元素扰动，即地幔的亲铁元素向地壳的转移作用。以上，我们分析了地球的岩石圈形成前的去气作用。岩石圈，作为液体地球物质的圈闭圈，它肯定会对地球的去气作用产生影响，那么，岩石圈形成后，地球又会有怎样的去气作用呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 24 岩石圈形成后的去气作用参考文献：韩吟文，马振东 . 地球化学 . 北京：地质出版社 . 2003. 303-370 欧阳自远 . 比较行星地质学 . 地球科学进展 , 1994a , 9(2): 75-77. （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|5123 次阅读|0 个评论

地球科学原理之22 地球的起源及早期演化: 热度 1 rock6783 2009-4-5 09:33; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）前面，我们讨论了第二章：冰川的地质作用及其证据。现在，我们来讨论第三章：地球的去气作用和地球演化过程中的化学平衡。我们先来看看地球去气作用。海洋是由于地球的去气作用产生的水形成的 ( Deming, 2002 ; Redfern, 2000 ) 。大气中，除氧气等极少数气体外，绝大多数气体，如氮气、氩、二氧化碳等，都是由于地球的去气作用形成的 ( Nunn, 1998; Allard, 1983 ) 。火山喷发和地震，是地球去气作用的主要途径，会将大量的地内气体排入大气中 ( Thordarson and Self, 1996; Thordarson et al, 1996; Muenow et al, 1979; Stoiber et al, 1980; Signorelli et al, 1999 ) 。植物的光合作用，消耗二氧化碳等温室气体，除制造大量的有机物外，还产生大量的氧气供地球上生物的生存。地球的去气作用，还与全球变暖、冰川形成等全球变化，有着密切的关系 ( Nunn, 1998 ) 。有关地球的去气作用，已有大量的研究，人类对其也有一定的认识（ Nunn, 1998; Allard, 1983; Thordarson and Self, 1996; Muenow et al, 1979; Stoiber et al, 1980; Signorelli et al, 1999) 。但有关地球去气作用的运作机制，目前为止，尚没有一个系统的研究。所以，利用目前人类积累的资料进行约束，对地球的去气作用，进行综合、系统的研究，是必要的；也是最终解决全球变化问题的必须。 1 地球的起源及早期演化 1.1 概述有关太阳系的起源，有很多种假说。现在大家比较一致地认为，太阳系是由冷星云物质演化来的 ( Anders E, 1968) 。地球作为太阳系里的一颗行星，肯定也和太阳系的其它星体一样，具有相同的起源。也就是说，地球也是由于冷星云物质不断演化来的 (Valley, 2002; Hanks and Anderson, 1969; Ringwood, 1960; Tolstikhin and Hofmann, 2005; Taylor, 1993; Anderson and Phinney, 1967 ) 。在大小不等的星子进一步演化成行星及卫星的过程中，吸积作用，是主要的星体增大体积和质量的作用 ( Hanks and Anderson, 1969; Ringwood, 1960; Taylor, 1993 ) 。通过吸积作用，行星和卫星的体积和质量不断增大。星体越大，吸积作用就越强。这样，无数的太阳系物质，经过吸积作用，形成了有限的行星和卫星。地球，就是这样通过不断的吸积作用形成的。现今的地球，是一个圆的地球。除赤道受月球的引力影响，有一定的膨胀，呈旋转椭球体外，可以认为地球是一个标准的圆球。一个物体，要成为一个标准的圆球，它肯定熔融过。只有熔融过的物体，在自身重力的作用下，才会成为标准的圆球体。要不然，它不会具有这样标准的球体形状。一个冷的地球，要变成一个热的、熔融的地球，它需要大量的热量。综合分析地球的起源过程，能造成地球熔融的热量，可能有三种：吸积作用时外星体（可大至质量达地球的十分之几；也可小至宇宙尘埃）的动能转变为热能 ( Hanks and Anderson, 1969; Ringwood, 1960; Lyons and Vasavada, 1999 ) ；组成地球物质的放射能转变为热能 ( Hanks and Anderson, 1969; Wood, 1968 ) ；地球在熔融状态下由于重力分异作用及体积收缩，重力势能转变为热能 ( Hanks and Anderson, 1969; Ringwood, 1960; Kappelmeyer and Haenel, 1974) 。重力势能转变为热能，只有在地球充分熔融后，才可能起作用。它只可能使地球一旦熔融后（可以是部分熔融，也可以是全部熔融），使其内部温度更高。所以，这不是一种使冷地球变成熔融地球的起始能量。那么，造成地球从冷地球变成熔融地球的起始能量，就只有吸积作用的动能和放射能了。地球内部散热少，热量容易得到保存和积累，而表面的热量较容易通过辐射散失到宇宙空间去。所以，若是放射能为主造成地球由一个冷的地球变成熔融地球的话，那它肯定首先从内部开始，造成地球内部首先熔融，然后再向外扩展。在吸积作用引起的碰撞过程中，碰撞时的动能，除一部分以声、光等能量释放入宇宙空间外，大部分动能转变为热能（若我们能算出以声、光等形式释放的能量的比例，我们就可以知道地球的吸积作用总共产生了多少热能）。碰撞体与地球碰撞时，碰撞体和碰撞体周围的地球或地球胚表面产生大量热。这个热量，会使地球表面的温度不断增高 ( Taylor, 1993; 吴泰然和何国琦 , 2003) 。若是以吸积作用的动能为主造成地球由一个冷的地球变成熔融地球的话，那它肯定首先从外部作用于地球，造成地球外部首先熔融，然后再向内扩展。因为，吸积作用时，撞击地球的外星体，只可能从外部撞击地球。比较放射能和吸积作用时的动能两者之间的大小，可以发现，放射能，在短期内的能量是相当小的。它的作用，只可能表现在积累效应上。从地球的起源看，地球本身就是由于吸积作用而形成的。由地球的质量可知；吸积时，外星体撞击地球的速度也可大体推知。由 E k =1/2mv 2 （ E k ，动能； m ，地球质量； v ，撞击速度）可求得地球吸积过程中的总动能。而放射性热能仅为 2.37 10 20 cal/ 年 ( 陈永生和李自安 , 1998) ，所以，吸积过程中的总动能转变成的热能，肯定远远大于地球从开始形成前 10 亿年的总放射能。所以，地球吸积时，被地球重力吸引的外星体的动能转变成的热能，才应是使地球熔融的主要能量。由于吸积作用时的动能是主要的使地球熔融的能量，所以，地球也应该是从外部开始熔融的。 1.2 吸积作用及其演化在 41 亿年前形成的月壳或水星壳上，至今尚能观测到很多 39 亿年前外星体撞击形成的撞击坑 ( 欧阳自远 , 1994a ; 欧阳自远 ,1994b) 。这说明：第一，从 41 亿年前至 39 亿年前，有大量的外星体撞击过月球和水星； 39 亿年前之后，外星虽然仍在撞击，但撞击频率大大降低。第二，我们现在能观测到月球和水星的撞击坑，说明月球和水星的质量和体积，在这时就已经通过吸积作用而形成。因为地球或太阳系的大约年龄是 45-46 亿年 ( Wood, 1968; Nutman et al, 2001 ) ，所以，我们可以说，太阳系的行星（如水星和地球）和卫星（如月球）的质量和体积，是在 46 亿年前至 41 亿年前形成的。如果地球是由于吸积作用形成的学说是正确的；太阳系的形成年龄约 46 亿年也是正确的话，那像地球、水星、金星等的质量和体积，也是在这近 5 亿年里通过吸积作用形成的。这就说明， 41 亿年前至 39 亿年前，以月球表面为证，外星曾高频率猛烈撞击太阳系的行星和卫星；而 46 亿年前至 41 亿年前，要通过吸积作用形成像地球这样大的质量和体积的星体，撞击频率和规模，远远超出 41 亿年前至 39 亿年前的撞击。在这种高密度、全方位的撞击下，撞入地球（或地球胚）的小尘埃物质，除造成地球胚表面局部熔融外，自己可能就完全熔融了。撞入地球或地球胚的较大尘埃物质，虽然核心尚能保存固体状态，但表面也和地球或地球胚的撞击表面一样成了熔融状态。撞击地球胚或地球的物质质量和体积越大，保留下来的未熔融核也就越大。这样，就由熔融部分和非熔融部分共同组成了地球胚。早期的地球胚，由于质量和体积都较小，相对表面积大，保温能力弱，而散热能力强。质量小，保留的放射性物质也少。更为重要的是，质量越小，万有引力也就越小，吸引其它星体引起撞击的可能性也就越小。这样，就不可能使撞入地球胚的未熔融核继续熔化。若短时间内没有其它星体撞入的话，甚至会使本身的温度逐渐降低，从而使已熔融的物质变成固态物质。这可能就是很多较小行星外形不呈球形，而呈不规则形状的原因 ( Anderson and Phinney, 1967 ) 。只有当星体通过吸积作用，体积和质量足够大、熔融物质足够多时，才可能呈球形（这可以通过观测太阳系里最小体积和质量的球形体行星，来大概推算要形成球体的最小体积和质量 ( Anderson and Phinney, 1967 ) 。当地球胚足够大时，由于引力增大，撞击更加频繁。地球胚表面因频繁的撞击而呈熔融状态。但地球胚的内部和较大撞击体的核心部，仍呈固态。所以，在 46 亿年前至 41 亿年前（对于地球，可能是 46 亿年前至 39 亿年）这段时间，的撞击频率，也不是一样的。综合考虑太阳系可供吸引的宇宙尘埃物质或小星体的数目和吸积行星的质量变化，可以认为：一开始，虽然宇宙尘埃物质或小星体数目多，但地球等行星的质量和体积小，引力小；所以，吸积作用引起的撞击少。后来，随着地球等行星的体积和质量的增大，引力增大，出现一次吸积撞击的高峰期。最后，虽然地球等行星和体积和质量变得更大，引力更强，但随着能被吸引的宇宙尘埃和小星体的数目减少，吸积撞击频率也减少。至 39 亿年前，大规模的撞击已经很少见了。所以，地球的吸积作用，表现为先慢、后快、然后再慢的变化过程。吸积作用最强的时候，也是地球体积和质量增加最快的时候。虽然现在仍有少量外星体以陨星的形式加入地球 ( Grieve, 1998 ) ，但地球的吸积作用，在 41 亿年前基本结束， 39 亿年前全部结束。在地球熔融的初期，地球基本呈现为一种表面熔融、但内部由地球未熔融的内部固体部分和很多撞入的较大外星体固体核等共同构成的态势；或者称为部分熔融体。 1.3 放射能和重力势能对地球熔融的作用早期的星际物质（由太阳刚衍生来时），就应有放射性，可能越是早期，放射性越强。但是，由于吸积作用发生前的星际物质，体积和质量都较小，相对表面积比较大，这样，虽然有较强的放射性发热作用，但只要其体内发热作用小于表面的热辐射作用，这些星际物质的温度就不会升高。就算其发热相当大，会使这些小星体升温。因这些星际物质或小星体，肯定不会有大气层，没有保温作用，随着其温度升高，热辐射能力随着增强，最终会使其发热量等于辐射的热量。星际物质越小，体积越小，相对表面积越大，辐射的热量就越多。所以，很小的星体物质，是不可能有高温存在的。随着吸积作用，星体体积越来越大，放射性物质越来越多，而相对表面积则越来越小。这样，发热能力增强，而散热能力降低。大量的热量保存在较大星体（如地球）内部，就有可能使地球内部温度升高。早期吸积作用时，各种不同比重和密度的物质吸在一起，地球中心和地球表面的物质密度和比重相差不大，可以认为地球从外至内具有均匀的比重和密度。对于放射性物质来说，这时的地球中心和表层应具有相似的分布。由放射性物质引起的发热，从表至内，也应是相似的。在地球形成早期，吸积作用引起的碰撞主要发生在地球的表层。地球的表面热量远大于内部。在吸积碰撞和放射性发热的共同作用下，地球表面的热量不断增大，温度不断上升。当其上升至低熔点物质（如花岗岩类硅酸盐岩）的熔点时，这类低熔点物质开始熔化。而这时，地内的物质，由于受碰撞的影响比较小，仅在放射性发热的作用下，温度还不至于升至岩石熔化的程度。所以，早期的地球开始由冷变热的时候，首先是从表层开始的。由于花岗岩类低熔点岩石，恰好又是较轻的岩石，它们的比重较小。所以，当它们熔化成液体后，将向地表运动，而混杂在它们之中的其它高熔点岩石（如玄武岩或橄榄岩），恰好又是大比重岩石，这些岩石较重，且处于尚未熔化状态，所以，在重力的作用下，将向地心运动。这样，在地球内部物质尚未熔化的状态下，表层物质从开始熔化时，就开始了重力分异分层。重力分异过程中，大量的重力势能转变为热能 ( Hanks and Anderson, 1969; Ringwood, 1960; Kappelmeyer and Haenel, 1974) 。地内物质虽然没有碰撞能，但在重力分异能和放射能的共同作用下，地球内部的温度逐渐增高。放射能，在地球内部的各处，均是相等的。但重力分异能，均发生在液态的环境下或液态和固态交界的地方（只有处于液态的物质，才可能发生重力分异作用，固态的物质，是不可能发生重力分异作用的）。而且，从高温的地表沉下来的物质，也带来大量地表的热量。地球的熔化，从地表逐渐向地心移动。在地球的熔化层逐渐向地心移动的过程中，至 39 亿年前，剧烈碰撞时期结束，地球的吸积作用基本结束。由于失去了外星体撞击带来的热量，地表的重力分异作用也基本完成。地表层，仅只有放射能在不断补充热量。但液态的岩浆，传热能力远大于固体的岩石。放句话说，这时的地球表层，产热能力下降，而散热能力加强。当产热小于散热时，地表温度下降。当温度下降至花岗岩类岩石的熔点时，浮在液态岩浆表层的花岗岩类岩浆开始凝固成花岗岩。这就是最早的地壳。当地球表层开始形成花岗岩类岩石时，地球的内部善没有完全熔化。由于固态的岩石散热能力远小于液态的岩浆。在地表形成固态的岩石后，就好像给地球穿上了一件保暖的外衣。在这个外衣的保护下，地内物质重力分异和放射能发热产生的热量不能逃逸。随着时间的推移，放射性发热可能会有所减弱，但随着地壳下液态岩浆层的越来越厚，重力分异作用越来越强。在这些作用的综合作用下，虽然地表形成了固态的地壳，可能还在不断增厚，但地球内部的液化作用则越来越强。最终，除地表的地壳外，整个地球完成了液化过程。由于除地壳外，整个地球完成了液化过程，铁、镍等重金属物质，沉向地心，形成地核；而相对较轻的物质，不断向地表移动，不断补充地壳下的花岗岩岩浆。和地核的铁镍地核相比，相对较轻的橄榄岩类物质，也相应地向地表移动，形成地幔。这样，完整的地核、地幔和地壳等构成的地球内部结构终于形成。后来，随着地球分异作用的完成，地球就只剩下放射性产热。且放射性产热随着时间的推移，也在不断减弱。虽然地球有了地壳这件外衣，但总是在不断散热。这样，随着时间的推移，当散热量大于产热量时，地球整体的温度就要不断地降低。随着地球的温度降低，地表的地壳，或岩石圈，将不断增厚。由于岩浆到底呈液态或呈固态，由物质本身性质（主要为该物质的熔点）、温度和压力三者共同决定。地球的内部压力基本没有变化，但温度却在不断降低，这样，除外层的岩石圈，在常压下都呈固态外，地内物质，虽然温度仍超过其常压下的熔点，但因压力太大，而呈现准固态状。这些准固态物质，在地震波作用下，表现为固态物质的性质。但当这些准固态物质处于较低压力下时（如常压），就有可能再转化为液态物质。就现今地球的状态来说，在组成地内物质的熔点、温度和压力的共同作用下，地球表现为固态岩石圈、具有一定液态性质的软流圈、固态的下地幔、液态的外核和固态的内核的不同圈层结构。 1.4 宇宙大气的形成及演化。和太阳、木星等太阳系大星体一样，在地球形成的早期，也即地球的吸积形成期，随着大量的宇宙物质通过吸积形成地球胚或早期地球时，除带来大量的硅酸盐物质及铁、镍等金属物质外，也肯定带来了大量的氢、氦等宇宙气体物质 ( Rezanov, 1995 ) 。由于太阳、木星等太阳系大星体都含有大量的氢等宇宙大气物质，所以，可以想象，在地球胚或地球形成的早期，地球胚或早期地球的周围，也肯定具有稠密的宇宙大气物质。这时的大气层，可以称为宇宙大气层。它主要由氢及氦等惰性气体组成 ( Rezanov, 1995) 。后来，随着太阳的升温 ( Canuto et al, 1983 ) ，太阳风的加强，这些轻气体物质，受太阳风的作用，慢慢散失掉了 ( Rezanov, 1995; Bogard, 1988 ) 。但是，在 40 亿年前，地球处于熔融状态时，或在地球通过碰撞吸积作用形成时， 2.5 10 25 g 氢等宇宙大气包裹地球，地球大气压相当大 (Rezanov, 1995) 。大量的宇宙气体，充斥于宇宙物质的间隙或溶解入熔融态地球物质而被埋入地球的内部 (Chris et al, 2005) ，这可能就是地内气体具有强还原性的根本原因。这种强还原性主要以氢的形式体现。当地球表面处于熔融状态时，氢等宇宙大气在液体岩浆里的量，主要受当时氢等宇宙大气的浓度（大气压）和这些气体在熔融地球里的溶解度的共同作用。若氢等在液体岩浆里的溶解度越大，宇宙大气的大气压越大，则溶解在液体岩浆里的宇宙大气越多，反之则越小。若不考虑宇宙大气在构成地球的各圈层物质里的溶解度不同的话，宇宙大气的溶解，从地表至地心，也应呈一定的密度梯度。地表溶解的浓度最大，地心的溶解度最小。若地球只是部分地熔融，除少量在地球胚或早期地球形成时就贮存在地球内部间隙的宇宙大气外，地球中保存的宇宙大气，主要应是溶解于熔融的地球中宇宙大气。当然，在地球胚的逐渐形成过程中，只要有熔融体和宇宙大气共同存在，在一定的宇宙大气的大气压和熔融岩浆的宇宙大气溶解度共同作用下，就应有宇宙大气的溶解过程。以上我们分析了地球的吸积、熔融及宇宙大气的演化过程。下面，我们详细讨论地球的去气作用。那么，经吸积后而熔融的地球，在固态岩石圈形成前具有怎么样的去气作用？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 23 岩石圈形成前的去气作用参考文献：陈永生 , 李自安 . 地球形成与演化的一种新说法 . 北京 : 石油工业出版社 , 1998. 13-86 欧阳自远 . 比较行星地质学 . 地球科学进展 , 1994a , 9(2): 75-77. 欧阳自远 . 月球地质学 . 地球科学进展 , 1994b, 9(2): 80-81 吴泰然，何国琦 . 普通的地质学 . 北京：北京大学出版社 . 2003. 9-339 Allard P . 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New York: McGraw-Hill Book Co. 1968. 1-117 （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|3637 次阅读|5 个评论

答廖永岩板块假说的问题及人类对岛弧的认识（转贴）: 热度 2 rock6783 2009-4-3 09:32; 侯振宇 2009-4-3 hou.zhenyu@sohu.com 一、关于板块学说对于板块学说，我是非常同意廖永岩先生的判断：板块学说，的确是 20 世纪的地球科学的最大成就，它对 20 世纪以前的所有地学资料，进行了综合，使以前很多零散的有关地球科学的资料，变成了一个资料系统。同时，板块学说，将地球看成一个系统，利用当时的地质资料，对这个地球系统进行了系统研究，并进行了科学推测。自人类研究地球以来，除板块学说以外，还没有那个学说是如此广泛和系统地对地球科学资料进行综合过。所以说，如果没有板块学说的出现，也就不会有随后的地球系统科学的出现。就哲学思想上来说，地球系统科学是板块学说的发展，是将板块学说系统科学观点的发杨光大。所以说，板块学说，是人类认识地球的一个重要里程碑。。大陆漂移说是一种解释海陆分布与演变的假说。最早注意到大西洋两岸形状特点的是提出知识就是力量的英国哲人培根。 1915 年，德国气象学家阿尔弗雷德魏格纳 (Alfred Wegener) 的《大陆和海洋的形成》问世。他根据海岸地形、古地质、古生物和古气候等方面的证据分析认为，在侏罗纪以前 ( 距今约 2 亿年 ) ，地球上只有一个统一的大陆，称泛大陆 ( 或联合古陆 ) ，被一个泛大洋包围。自侏罗纪以来，泛大陆便开始解体，并漂移分开，逐渐形成目前海陆分布的格局。魏格纳提出大陆漂移的主要证据有：一是大西洋两岸形状的相似性，如果拼接起来，可以成为一个整体，说明过去曾经相连；二是南非与南美的二叠纪褶皱山系走向相同，地质相似，说明曾是同一陆块；三是南美、南非、南澳大利亚和印度南部都存有晚古生代冰川痕迹，若将它们合并一处，才能解释冰川分布规律；而且在这些冰碛层上，普遍有舌羊齿植物化石的含煤地层。证明这些远离的大陆原来是相连的。大陆漂移说，主张地壳存在大规模水平运动，是对传统的固定论的挑战，对促进地质科学发展有着积极意义，为后来海底扩张说和板块构造说的兴起奠定了基础。但魏格纳没有解决大陆漂移的动力和机制问题，成为假说的弱点，而曾一度消沉过。 1944 年，霍姆斯提出地幔对流 - 热对流理论；地幔内的流体上升到大陆中央并向左右散开，大陆就从这里向两边裂开，这就是大陆漂移的动力源。基于海洋地质工作的进展，赫斯在 1961 年提出大洋中脊是新地壳不断生成的地方。狄茨、瓦因、马修斯等人 1963 年论证了洋底扩张的存在，即：地幔对流驱使超基性物质从大洋中脊裂缝中上升，产生新的洋壳，促使较老的地壳向外推移并进入海沟，俯冲到地幔中而消亡。 1964 年，柯克斯编制了 3.4 百万年的磁场反向年代表。 1965 年，威尔逊提出了转换断层概念，将大陆漂移和洋底扩张结合成全球活动带和刚性板块的学说，并称之为地球的诗篇。 1968 年，勒皮雄把全球岩石圈划分六大板块，即：太平洋、欧亚、印度、非洲、美洲及南极板块，其中仅前者由洋壳组成，后五者既包括了海洋地壳也包括了大陆地壳。 60-70 年代，为检验和研究板块构造学说，组织了一系列的国际合作计划。其中著名的有： 1963-1971 年的国际地壳上地幔计划， 1972-1977 的国际地球动力学计划，还有国际海洋勘探十年计划，联合海洋学会地球深部取样计划和深海钻探计划等。 1980 年提出了岩石圈计划，拟定了地壳和上地幔的形成和发展等 13 项主要研究项目，标志着板块构造的发展进入了一个新阶段，即：初期它以海洋走向陆地、地球物理学挑战地质学为标志， 80 年代起则以陆地走向海洋、地质学挑战地球物理学为标志。 80 年代以来，许多地质学家深感板块构造的简单模式并不适用于大陆地区尤其是构造复杂的大陆地区。板块构造发展的关键问题，不是从 6 个板块划为 20 个或 30 个板块，而是要倡导一些新概念来解决板块上陆后面临的问题。这样，在美国西部出现了构造地层地体的概念并发展为地体构造说，在欧洲提出了薄皮板块的概念并发展为碰撞构造学，在前苏联出现了岩石圈构造分层说等。在板块的动力学方面也出现了新的构思，如巨地幔柱说。非常荣幸，对于 20 世纪的地球科学的最大成就 ---- 板块学说侯振宇是能够有自己的贡献的。我在 2008 年 10 月 11 日《侯振宇的地震观献给2008年5月12日汶川地震死难者》写下如下文字：【按照赫斯的海底扩张说来解释，认为大洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳，以后涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移，自中脊向两旁每年以 0.5 ～ 5 厘米的速度扩展，不断为大洋壳增添新的条带。因此，洋底岩石的年龄是离中脊愈远而愈古老。当移动的大洋壳遇到大陆壳时，就俯冲钻入地幔之中，在俯冲地带，由于拖曳作用形成深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生一次断裂，产生一次地震，最后大洋壳被挤到 700 公里以下，为处于高温溶融状态的地幔物质所吸收同化。向上仰冲的大陆壳边缘，被挤压隆起成岛弧或山脉，它们一般与海沟伴生。现在太平洋周围分布的岛屿、海沟、大陆边缘山脉和火山、地震就是这样形成的。所以，海洋地壳是由大洋中脊处诞生，到海沟岛弧带消失，这样不断更新，大约 2 ～ 3 亿年就全部更新一次。因此，海底岩石都很年轻，一般不超过二亿年，平均厚约 5 ～ 6 公里，主要由玄武岩一类物质组成。而大陆壳已发现有 37 亿年以前的岩石，平均厚约 35 公里，最厚可达 70 公里以上。除沉积岩外，主要由花岗岩类物质组成。地幔物质的对流上升也在大陆深处进行着，在上升流涌出的地方，大陆壳将发生破裂。如长达 6 ， 000 多公里的东非大裂谷，就是地幔物质对流促使非洲大陆开始张裂的表现。（引自海底扩张学说，百度百科）对以上美国学者赫斯的海底扩张学说的伟大论述我是非常佩服，但我必须予以修正补充。侯振宇认为海底扩张是现阶段绝对正确的事实；地幔物质存在轻物质上升、重物质向内运动的重力选择；海底扩张是由于大洋中脊处涌出地幔物质冷却固结成新的大洋地壳对先前形成的大洋壳挤压而导致大洋壳向外推移，而不是由于大洋中脊处涌出的热流把先前形成的大洋壳向外推移，海底扩张是虎克定律作用的必然结果。新洋壳产生占了原有洋壳的空间，原有洋壳必然被压缩；力的作用导致形变，产生形变必然代表存在力的作用；如此大洋中脊处涌出地幔物质冷却固结成新的大洋地壳对先前形成的大洋壳挤压而导致大洋壳向外推移！大洋中脊处所产生的压力作用于洋壳并通过洋壳向相邻地壳作用，如此导致海沟处洋壳向地幔下冲，导致了海沟（火山岛弧）后张拉，导致了大陆地壳的压缩。一句话，大洋中脊处所产生新洋壳的压力主导了全球地壳运动！侯振宇是一个 1998 年通过中国一级注册结构工程师考试的结构工程师，与我尊重的赫斯船长眼中的世界有所不同的是作为结构工程师的我眼中的全球地壳运动是极其规则的，它们一丝不苟的按照伟大牛顿的规则运动（爱因斯坦相对论只是游戏而已，请读拙作《水星的近日点进动计算支持爱因斯坦广义相对论么？》、《爱因斯坦的所谓时钟减慢是谬误！》两文） ---- 力、变形、刚度！刚度在地壳运动中表现最醒目！地壳各板块依据其刚度不同而扮演不同的角色。最简单的洋壳大洋中脊绝对是地壳刚度相对最小处（地壳薄、地壳破裂）而向地幔物质开放，相对而言海沟只因得到火山岛弧的加强其刚度大大增加而对地幔物质封闭成为洋壳消失处。刚度差异在地壳运动的表现极丰富。太平洋与大西洋的状况就是一个例证。太平洋南北长约 15 900 公里，东西最大宽度约 19 900 公里，面积 17 968 万平方公里。占世界海洋总面积的 49.8 ％，占地球总面积的 35 ％。平均深度为 4 028 米，最大深度为马里亚纳海沟，深达 11 034 米，是目前已知世界海洋的最深点。大西洋东西狭窄、南北延伸，轮廓略呈 S 形 , 自北至南全长约 1.6 万公里。大西洋的赤道区域，宽度最窄 , 最短距离仅约 2400 公里。大西洋的面积，连同其附属海和南大洋部分水域在内（不计岛屿） , 约 9165.5 万平方公里 , 平均深度为 3597 米，最深处位于波多黎各海沟内，为 9218 米。线刚度 =EI/L ， E 材料弹性（弹塑性）模量， I 惯性矩（与块体厚度等有关）， L 块体在计算方向计算长度。太平洋与大西洋洋壳基本一致，刚度差别基本只在计算长度，太平洋东西最大宽度约 19 900 公里，大西洋东西狭窄最短距离仅约 2400 公里，两洋在东西方向的线刚度差异如果是在忽略地球弧度影响（这个计算是绝对不能忽略地球弧度影响）条件下的简单计算，其差别在 5 倍以上。如此刚度差在即使在同样的荷载（海水）作用下，刚度小的太平洋其变形必然要大于大西洋。这就是太平洋水深大于大西洋的力学解释。地震具有一定的时空分布规律。从空间上看，地震的分布呈一定的带状，称地震带，主要集中在环太平洋和地中海喜马拉雅两大地震带。太平洋地震带几乎集中了全世界 80 ％以上的浅源地震（ 0 千米～ 70 千米），全部的中源（ 70 千米～ 300 千米）和深源地震，所释放的地震能量约占全部能量的 80 ％。对于这个环太平洋地震带，也可以用力学来加以解释的。学术界认为大洋的发展可分为胚胎期（如东非大裂谷）、幼年期（如红海和亚丁湾）、成年期（如目前的大西洋）、衰退期（如太平洋）与终了期（如地中海）。对于太平洋的衰退甚至有极端意见认为其最后结果是消亡。我的看法与此不同。由于太平洋与大西洋的洋壳刚度不同，目前的确是大西洋扩张太平洋收缩。但是未来并不会永远如此的，理论上两者的扩张与收缩导致刚度差异为零时两者将出现绝对平衡。只有环太平洋地震带没有环大西洋地震带的原因一是因为刚度差异所导致太平洋板块边缘的局部位移比大西洋大=地壳运动强烈=地震火山活动强；二是地壳运动的全球性，地壳运动的能量释放在环太平洋，自然没有能量对环大西洋释放。对于胚胎期（如东非大裂谷）、幼年期（如红海和亚丁湾）的观点我不是完全认同，我认为造成现状的是全球大洋中脊推力作用，其中印度洋人字型大洋中脊对非洲大陆的推力起最大作用。东非大裂谷、红海和亚丁湾表现的是大洋中脊的虎克定律贡献，而不是板块学说的东非大裂谷、红海和亚丁湾处的地幔物质作用！如果是一定非要把它归之于地幔物质作用，那么只能归之于大洋中脊处的地幔物质作用！对于地中海喜马拉雅地震带，就是汶川地震和西藏、新疆所发生地震的那个地震带，也同样可以用力学解释。地壳厚度（莫霍面出现的深度），全球平均为 33 公里 , 在大洋之下平均仅为 7 公里，青藏高原最大处接近 70 公里。由于刚度与厚度成四次方的正比，青藏高原与周边区域有着巨大的刚度差异。在地壳运动中，青藏高原凭借其刚度吸收大量能量。（储能，弹簧体，刚度越大则其储存或吸收的能量越大。释放能量则是相对刚度最小处释放。）而一旦周边稍有调整，则导致巨大能量释放（地震）。这就是力学对地中海喜马拉雅地震带的解释。（ 1998 年我在《关于冰期理论的一些探讨》中为反对我所尊重的盖宝民先生的离极运动描述了地壳运动对北极区域的围合挤压，并允诺有机会将做地球运动动力的文字。非常遗憾，这个许诺的兑现是在今天 - 沉痛的 2008 年！）】现在再补充一些：地球平均密度： 5.515 g/cm^3 。地球表面土层如黄土、黑土密度大约在 1.85 g/cm^3 左右，地表一般岩石大约在 2.8 g/cm^3 以下。地球密度是由外向里增大。地球地幔岩浆密度是大于地壳岩石密度的。（下插地幔里的俯冲大洋洋壳在热融解形成的岩浆密度应该是与大洋洋壳相近但比地幔物质密度低，一种可能是维持化学结构不变体积不变上浮，另一种可能是化学结构改变与地幔同化密度增大体积减小）地幔物质由大洋中脊涌出必然发生体积膨胀。从这个角度看新洋壳生成必然产生体积膨胀导致的向外水平扩张！同时从这个角度看非主流的地球膨胀假说是不成立的，因为地球各层物质流动所导致的物质体积变化是局部的、有限制的、非单向的！二、关于廖永岩先生的问题：廖永岩先生写道：消减带本来应存在于大陆和海洋的交接处，太平洋的情况就是这样。但是，大西洋的大陆和海洋的交接处，就没有消减带的形成。这就是说，太平洋，有板块的形成，也有板块的消减，但大西洋只有板块的形成，却没有板块的消减。印度洋有板块的形成，但却只有北方和东北方板块的消减，非洲大陆、澳大利亚和南极方向，目前还没有证据证明有明显的消减带的消减。而且，消减带的很多地质问题，都是不能用板块学说的理论加以解释的，例如： 1 ，岛弧处为什么大洋侧主要是高压变质，而大陆侧主要是高热变质？ 2 ，为什么岛弧处会形成火山，而地球的其它处则不会形成，火山形成的机制是什么？ 3 ，岛弧处为什么会抬升，而岛弧后则会扩张？ 4 ，既然岛弧处的板块下插是造成板块运动的主要动力或主要动力之一，如日本岛弧和台湾岛弧的下插板块能拖动整个太平洋板块运动（洋中脊在东太平洋），但为什么其下插板块却是折曲的，即这种巨大的牵引力还拉不直下插板块本身？ 5 ，为什么很多俯冲带的地震带是双层的？即下插板块为什么是双层的？诸多的问题，这里只是略举一、二。所以，若板块学说有问题或错误，或者说板块学说会出问题，肯定问题会出在消减带上。若某些地质学家想保护或完善板块学说，肯定得从消减带入手。只要消减带的问题得到了妥善的解决，板块学说才会处于不败之地。反之，若某些地质学家，想推翻板块学说，另建一个新的理论，也必须从消减带入手。如能将本身就不太完善的消减带推翻，板块就缺了半个边，板块学说就只剩下洋中脊这一条线了，就不可能再成为板块了。我以为大西洋周边目前还没有证据证明有明显的消减带的消减。原因是大西洋扩张模式一直没有变化，而且大洋洋壳强度能够支持大西洋扩张。只有良知情况大西洋周边才能出现消减带，一是大西洋扩张洋壳（受压，属于压杆）长细比增大至抗压强度不足导致破裂，二是出现新的影响因素作用（大西洋扩张模式变化）导致洋壳受力增大至破裂程度。对廖永岩先生的问题： 1，岛弧处为什么大洋侧主要是高压变质，而大陆侧主要是高热变质？我了解不够，我望文生义做个强行解答吧。太平洋洋壳由大洋中脊处开始的外推，在火山岛弧处受阻向下俯冲入地幔。由海沟到大洋中脊间的洋壳必然是受压的。海沟处大陆侧是火山岛弧，有热的作用。受压处的高压变质与受热处的高热变质没有什么值得特别注意的！ 2，为什么岛弧处会形成火山，而地球的其它处则不会形成，火山形成的机制是什么？ 3，岛弧处为什么会抬升，而岛弧后则会扩张？这两个问题很紧密，一并回答。岛弧处会形成火山的原因是地壳受力的作用破裂，地幔物质涌出。除岛弧外，大陆地壳受力的作用破裂，地幔物质也会涌出形成火山。东北的长白山属于火山活动遗迹，岛弧处受力与海沟至大洋中脊间的洋壳不同。俯冲洋壳向岛弧斜下方插入，岛弧对此产生相应的摩擦阻力！摩擦阻力对岛弧后洋壳的作用就是使其受拉，这就是岛弧后扩张，南海就是处于如此状态。岛弧其刚度大于其两侧的洋壳，力学规则是刚度越大变形越小，变形等价于卸荷（减少力的作用）。而且相对于岛弧后洋壳的单纯受拉，岛弧承受弯距、拉力、剪力（还可能有扭矩）作用，地壳在力的作用最大处开裂，如是地幔物质涌出岛弧火山形成。岛弧处抬升，有地幔物质的膨胀影响，有俯冲洋壳之插入产生挤压力的向上分力的影响。 4，既然岛弧处的板块下插是造成板块运动的主要动力或主要动力之一，如日本岛弧和台湾岛弧的下插板块能拖动整个太平洋板块运动（洋中脊在东太平洋），但为什么其下插板块却是折曲的，即这种巨大的牵引力还拉不直下插板块本身？如果只看到岛弧处，对俯冲洋壳可以有两种解释，一是由俯冲到地幔内的洋壳受地幔拉力作用使洋壳继续深入，洋壳受拉；二是洋壳受压，俯冲到地幔内的洋壳受地幔阻力作用而使停滞不前。将目光扩大，大洋中脊的扩张及推力，和廖永岩先生注意到的下插板块却是折曲的结论自然是解释二成立。如果洋壳受拉，它的形状应该是笔直或地球圆弧；相反洋壳受压，下插板块必然是折曲的！ 5，为什么很多俯冲带的地震带是双层的？即下插板块为什么是双层的？对此，我缺乏研究。但我看到相应图表我认为这是统计出来的现象，不是客观实际！参考文献：板块学说 _ 互动百科 http://www.hudong.com/wiki/%E6%9D%BF%E5%9D%97%E5%AD%A6%E8%AF%B4 侯振宇，《侯振宇的地震观献给2008年5月12日汶川地震死难者》 http://www.sciencenet.cn/bbs/showpost.aspx?id=31720 廖永岩，地球科学原理之 19 板块假说的问题及人类对岛弧的认识 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=223171; 个人分类: 地球科学|7074 次阅读|13 个评论

地球科学原理之19 板块假说的问题及人类对岛弧的认识: rock6783 2009-3-29 12:15; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）有关冰川的地质作用的地球物理学方面的证据，我们主要介绍贝尼奥夫地震带方面的证据。在介绍这方面的证据前，我们先来对板块假说的真实性、人类对岛弧的认识过程进行分析。 1 板块学说及其存在的问题板块学说，的确是 20 世纪的地球科学的最大成就，它对 20 世纪以前的所有地学资料，进行了综合，使以前很多零散的有关地球科学的资料，变成了一个资料系统。同时，板块学说，将地球看成一个系统，利用当时的地质资料，对这个地球系统进行了系统研究，并进行了科学推测。自人类研究地球以来，除板块学说以外，还没有那个学说是如此广泛和系统地对地球科学资料进行综合过。所以说，如果没有板块学说的出现，也就不会有随后的地球系统科学的出现。就哲学思想上来说，地球系统科学是板块学说的发展，是将板块学说系统科学观点的发杨光大。所以说，板块学说，是人类认识地球的一个重要里程碑。板块学说，顾名思义，就是地球表面，可以分为很多板块，地球的构造运动，其实就是这些板块的运动和相互作用。构成地球表面的板块，既然是板块，就应该有边界。它的边界，主要由洋中脊这个板块形成边界，和岛弧等消减带，这个板块消亡边界共同构成。古地磁及其它证据都已清楚地证明，海底在扩张，海底扩张可以不断地产生海洋岩石圈。所以，洋中脊这个边界是不容质疑的，这也是得到绝大多数地质学家肯定的事实；而且，自板块学说建立初期的简单板块划分方案，直到近来复杂的板块划分方案，洋中脊这个板块边界都变化不大。有关洋中脊这个板块边界，很多地质问题都可用板块学说的理论进行解决，留给人们的疑问较少。而消减带则不然，问题多多。板块学说刚形成时，划分的板块数较少，整个地球划为 6 个板块（ Heirtzler, et. al., 1968 ）。后来，板块越分越细，板块的数目越来越多（ Heirtzler, et. al., 1968; Harland, et. al., 1982 ）。现在，整个地球被划分为 12 个板块（ Hilgen, 1991 ）。尽管目前板块划分得越来越细，板块数越来越多，但一些板块内的运动状况仍不统一，仍具有进一步划细的必要。这本身就说明，划分板块的标准在不断地变化，划分板块的标准没有完全统一。而这些变化和不统一，完全是消减带确定的变化和不统一所造成的。消减带本来应存在于大陆和海洋的交接处，太平洋的情况就是这样。但是，大西洋的大陆和海洋的交接处，就没有消减带的形成。这就是说，太平洋，有板块的形成，也有板块的消减，但大西洋只有板块的形成，却没有板块的消减。印度洋有板块的形成，但却只有北方和东北方板块的消减，非洲大陆、澳大利亚和南极方向，目前还没有证据证明有明显的消减带的消减。而且，消减带的很多地质问题，都是不能用板块学说的理论加以解释的，例如： 1 ，岛弧处为什么大洋侧主要是高压变质，而大陆侧主要是高热变质？ 2 ，为什么岛弧处会形成火山，而地球的其它处则不会形成，火山形成的机制是什么？ 3 ，岛弧处为什么会抬升，而岛弧后则会扩张？ 4 ，既然岛弧处的板块下插是造成板块运动的主要动力或主要动力之一，如日本岛弧和台湾岛弧的下插板块能拖动整个太平洋板块运动（洋中脊在东太平洋），但为什么其下插板块却是折曲的，即这种巨大的牵引力还拉不直下插板块本身？ 5 ，为什么很多俯冲带的地震带是双层的？即下插板块为什么是双层的？诸多的问题，这里只是略举一、二。所以，若板块学说有问题或错误，或者说板块学说会出问题，肯定问题会出在消减带上。若某些地质学家想保护或完善板块学说，肯定得从消减带入手。只要消减带的问题得到了妥善的解决，板块学说才会处于不败之地。反之，若某些地质学家，想推翻板块学说，另建一个新的理论，也必须从消减带入手。如能将本身就不太完善的消减带推翻，板块就缺了半个边，板块学说就只剩下洋中脊这一条线了，就不可能再成为板块了。 2 人类对岛弧的认识过程及其发展在地槽学说作为地学主流学说的时代（板块学说出现前），因为岛弧旁有海沟存在，所以，当时的主流地质学家将其作为地槽看待。 20 世纪 50 年代开始，贝尼奥夫等人在研究海沟附近的地震时，发现了贝尼奥夫地震源带岛弧下的中、小型地震震源呈带状分布 (Benioff H., 1954; Wadati, 1935) 。岩石圈下，为塑性较强的地幔。因为地幔的塑性，原则上，地幔处不会有地震发生。既然海沟处的岩石圈下还有地震源分布，这说明分布地震源处不是塑性较强的地幔，而是塑性较弱、刚性较强易发地震的地壳。这也说明，刚性较强、塑性较弱的地壳，插入了塑性较强、刚性较弱的地幔内。地震沿着下插的地壳发生。因为贝尼奥夫地震源带从海沟处，呈 15 -60 下倾角（陶世龙等， 1999 ），向岛弧下倾斜延伸，深可达 600 -700 公里。如马里亚纳海沟，震源深度最深，达 720 公里（孙立广， 2003 ）。所以， 20 世纪 60 年代，板块学派创立板块学说时，将洋中脊看成板块的发生边界，将贝尼奥夫地震源带看成是板块的消减边界，从而创立了板块学说。贝尼奥夫带，也被看成是板块学说得以成立的重要证据之一。后来，随着计算机的应用、仪器精度的不断提高，确定地震震源位置的精度也不断提高。地质学家发现，某些贝尼奥夫带，并不是只有一个层带，而是两层带，这就是所谓的双层贝尼奥夫地震带。 Sykes L. R. 在应用计算机处理地震资料数据时，就指出可能有双层地震带存在 (Sykes, 1966) 。 Umino N. 和 Hasegawa A. 明确指出，日本岛弧下存在双层地震带 (Umino and Hasegawa, 1975) 。一开始，只在个别岛弧下发现双层地震带，当时的主流地质学家认为这可能是某些岛弧的个别现象。后来，随着确定震源的仪器和技术的不断改进和发展，人类确定震源位置精度的技术进一步提高，地质学家发现，绝大多数岛弧都有双层地震带 ( Prevot, et. al., 1994; Hudnut and Taber, 1987; Engdahl and Scholz, 1977; Ratchkovsky, et. al., 1997; Samowitz and Forsyth, 1981; ) ，只是有的岛弧的双层地震带特征稍有变化而已。这说明，只要确定震源的精度足够高，就会发现，贝尼奥夫带是由两层构成的。这也说明，从海沟向岛弧下倾斜下插的地壳，不是一层，而是两层，由两层地壳同时下插共同构成贝尼奥夫带。这种双层地壳同时下插形成贝尼奥夫带，用板块学说的理论，是无法进行解释的。很多地质学家，试图应用地球化学、地球物理等方面的知识对此进行解释，他们进行过努力，但都没有得到令人满意的结果。那么，双层地震带到底是怎么一回事？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 20 双层地震带的形成机制参考文献：孙立广 . 地球与极地科学 . 合肥 : 中国科学技术大学出版社 , 2003, 92-117, 216-233 陶世龙 , 万天丰 , 程捷 . 地球科学概论 . 北京 : 地质出版社 .1999, 89-100 Benioff H. Orogenesis and deep crustal structure: additional evidence from seismology. Geological Society of America Bulletin, 1954, 65: 385-400 Engdahl E. R., Scholz C. H. A double Benioff zone beneath the central Aleutians; an unbending of the lithosphere. Geophysical Research Letters, 1977, 4: 473-476 Harland W. B., Cox A. V., Llewellyn P. G, et. al. A geologic time scale. Cambridge: Cambridge University Press. 1982 Heirtzler J. R., Dickson G. O., Herron E. M., et. al. Marine magnetic anomalies, geomagnetic field reversals, and motions of the ocean floor and continents. Journal of Geophysical research, 1968, 73: 2119-2136 Hilgen F. J. Extension of the astronomically calibrated (polarity) time scale to the Miocene/Pliocene boundary. Earth and Planetary Science Letters , 1991, 107: 349-368 Hudnut K. W., Taber J. J. Transition from double to single Wadati-Benioff seismic zone in the Shumagin Islands, Alaska. Geophysical Research Letters, 1987, 14: 143-146 Prevot R., Chatelain J. L., Roecker S. W., Grasso J. R. A shallow double seismic zone beneath the central New Hebrides (Vanuatu); evidence for fragmentation and accretion of the descending plate? Geophysical Research Letters, 1994, 21: 2159-2162 Ratchkovsky N. A., Pujol J., Biswas N. N. Stress pattern in the double seismic zone beneath Cook Inlet, south-central Alaska. Tectonophysics, 1997, 281: 163-171 Samowitz I R., Forsyth D. W. Double seismic zone beneath the Mariana island arc. Journal of Geophysical Research, 1981, 86: 7013-7021 Sykes L. R. The seismicity and deep structure of island arcs. Journal of Geophysical Research, 1966, 71: 2981-3006 Umino N. Hasegawa A. On the two-layered structure of deep seismic plane in northeastern Japan arc. Zisin, 1975, 27: 125-139 (In Japanese) Wadati K. On the activity of deep-focus earthquakes in the Japan islands and neighborhoods. Tokyo Geophysical Magazine, 1935, 8: 305-325 （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|30 次阅读|0 个评论

地球科学原理之19 板块假说的问题及人类对岛弧的认识: 热度 1 rock6783 2009-3-29 12:15; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）有关冰川的地质作用的地球物理学方面的证据，我们主要介绍贝尼奥夫地震带方面的证据。在介绍这方面的证据前，我们先来对板块假说的真实性、人类对岛弧的认识过程进行分析。 1 板块学说及其存在的问题板块学说，的确是 20 世纪的地球科学的最大成就，它对 20 世纪以前的所有地学资料，进行了综合，使以前很多零散的有关地球科学的资料，变成了一个资料系统。同时，板块学说，将地球看成一个系统，利用当时的地质资料，对这个地球系统进行了系统研究，并进行了科学推测。自人类研究地球以来，除板块学说以外，还没有那个学说是如此广泛和系统地对地球科学资料进行综合过。所以说，如果没有板块学说的出现，也就不会有随后的地球系统科学的出现。就哲学思想上来说，地球系统科学是板块学说的发展，是将板块学说系统科学观点的发杨光大。所以说，板块学说，是人类认识地球的一个重要里程碑。板块学说，顾名思义，就是地球表面，可以分为很多板块，地球的构造运动，其实就是这些板块的运动和相互作用。构成地球表面的板块，既然是板块，就应该有边界。它的边界，主要由洋中脊这个板块形成边界，和岛弧等消减带，这个板块消亡边界共同构成。古地磁及其它证据都已清楚地证明，海底在扩张，海底扩张可以不断地产生海洋岩石圈。所以，洋中脊这个边界是不容质疑的，这也是得到绝大多数地质学家肯定的事实；而且，自板块学说建立初期的简单板块划分方案，直到近来复杂的板块划分方案，洋中脊这个板块边界都变化不大。有关洋中脊这个板块边界，很多地质问题都可用板块学说的理论进行解决，留给人们的疑问较少。而消减带则不然，问题多多。板块学说刚形成时，划分的板块数较少，整个地球划为 6 个板块（ Heirtzler, et. al., 1968 ）。后来，板块越分越细，板块的数目越来越多（ Heirtzler, et. al., 1968; Harland, et. al., 1982 ）。现在，整个地球被划分为 12 个板块（ Hilgen, 1991 ）。尽管目前板块划分得越来越细，板块数越来越多，但一些板块内的运动状况仍不统一，仍具有进一步划细的必要。这本身就说明，划分板块的标准在不断地变化，划分板块的标准没有完全统一。而这些变化和不统一，完全是消减带确定的变化和不统一所造成的。消减带本来应存在于大陆和海洋的交接处，太平洋的情况就是这样。但是，大西洋的大陆和海洋的交接处，就没有消减带的形成。这就是说，太平洋，有板块的形成，也有板块的消减，但大西洋只有板块的形成，却没有板块的消减。印度洋有板块的形成，但却只有北方和东北方板块的消减，非洲大陆、澳大利亚和南极方向，目前还没有证据证明有明显的消减带的消减。而且，消减带的很多地质问题，都是不能用板块学说的理论加以解释的，例如： 1 ，岛弧处为什么大洋侧主要是高压变质，而大陆侧主要是高热变质？ 2 ，为什么岛弧处会形成火山，而地球的其它处则不会形成，火山形成的机制是什么？ 3 ，岛弧处为什么会抬升，而岛弧后则会扩张？ 4 ，既然岛弧处的板块下插是造成板块运动的主要动力或主要动力之一，如日本岛弧和台湾岛弧的下插板块能拖动整个太平洋板块运动（洋中脊在东太平洋），但为什么其下插板块却是折曲的，即这种巨大的牵引力还拉不直下插板块本身？ 5 ，为什么很多俯冲带的地震带是双层的？即下插板块为什么是双层的？诸多的问题，这里只是略举一、二。所以，若板块学说有问题或错误，或者说板块学说会出问题，肯定问题会出在消减带上。若某些地质学家想保护或完善板块学说，肯定得从消减带入手。只要消减带的问题得到了妥善的解决，板块学说才会处于不败之地。反之，若某些地质学家，想推翻板块学说，另建一个新的理论，也必须从消减带入手。如能将本身就不太完善的消减带推翻，板块就缺了半个边，板块学说就只剩下洋中脊这一条线了，就不可能再成为板块了。 2 人类对岛弧的认识过程及其发展在地槽学说作为地学主流学说的时代（板块学说出现前），因为岛弧旁有海沟存在，所以，当时的主流地质学家将其作为地槽看待。 20 世纪 50 年代开始，贝尼奥夫等人在研究海沟附近的地震时，发现了贝尼奥夫地震源带岛弧下的中、小型地震震源呈带状分布 (Benioff H., 1954; Wadati, 1935) 。岩石圈下，为塑性较强的地幔。因为地幔的塑性，原则上，地幔处不会有地震发生。既然海沟处的岩石圈下还有地震源分布，这说明分布地震源处不是塑性较强的地幔，而是塑性较弱、刚性较强易发地震的地壳。这也说明，刚性较强、塑性较弱的地壳，插入了塑性较强、刚性较弱的地幔内。地震沿着下插的地壳发生。因为贝尼奥夫地震源带从海沟处，呈 15 -60 下倾角（陶世龙等， 1999 ），向岛弧下倾斜延伸，深可达 600-700 公里。如马里亚纳海沟，震源深度最深，达 720 公里（孙立广， 2003 ）。所以， 20 世纪 60 年代，板块学派创立板块学说时，将洋中脊看成板块的发生边界，将贝尼奥夫地震源带看成是板块的消减边界，从而创立了板块学说。贝尼奥夫带，也被看成是板块学说得以成立的重要证据之一。后来，随着计算机的应用、仪器精度的不断提高，确定地震震源位置的精度也不断提高。地质学家发现，某些贝尼奥夫带，并不是只有一个层带，而是两层带，这就是所谓的双层贝尼奥夫地震带。 Sykes L. R. 在应用计算机处理地震资料数据时，就指出可能有双层地震带存在 (Sykes, 1966) 。 Umino N. 和 Hasegawa A. 明确指出，日本岛弧下存在双层地震带 (Umino and Hasegawa, 1975) 。一开始，只在个别岛弧下发现双层地震带，当时的主流地质学家认为这可能是某些岛弧的个别现象。后来，随着确定震源的仪器和技术的不断改进和发展，人类确定震源位置精度的技术进一步提高，地质学家发现，绝大多数岛弧都有双层地震带 (Prevot, et. al., 1994; Hudnut and Taber, 1987; Engdahl and Scholz, 1977; Ratchkovsky, et. al., 1997; Samowitz and Forsyth, 1981;) ，只是有的岛弧的双层地震带特征稍有变化而已。这说明，只要确定震源的精度足够高，就会发现，贝尼奥夫带是由两层构成的。这也说明，从海沟向岛弧下倾斜下插的地壳，不是一层，而是两层，由两层地壳同时下插共同构成贝尼奥夫带。这种双层地壳同时下插形成贝尼奥夫带，用板块学说的理论，是无法进行解释的。很多地质学家，试图应用地球化学、地球物理等方面的知识对此进行解释，他们进行过努力，但都没有得到令人满意的结果。那么，双层地震带到底是怎么一回事？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 20 双层地震带的形成机制参考文献：孙立广 . 地球与极地科学 . 合肥 : 中国科学技术大学出版社 , 2003, 92-117, 216-233 陶世龙 , 万天丰 , 程捷 . 地球科学概论 . 北京 : 地质出版社 .1999, 89-100 Benioff H. Orogenesis and deep crustal structure: additional evidence from seismology. Geological Society of America Bulletin, 1954, 65: 385-400 Engdahl E. R., Scholz C. H. A double Benioff zone beneath the central Aleutians; an unbending of the lithosphere. Geophysical Research Letters, 1977, 4: 473-476 Harland W. B., Cox A. V., Llewellyn P. G, et. al. A geologic time scale. Cambridge: Cambridge University Press. 1982 Heirtzler J. R., Dickson G. O., Herron E. M., et. al. Marine magnetic anomalies, geomagnetic field reversals, and motions of the ocean floor and continents. Journal of Geophysical research, 1968, 73: 2119-2136 Hilgen F. J. Extension of the astronomically calibrated (polarity) time scale to the Miocene/Pliocene boundary. Earth and Planetary Science Letters, 1991, 107: 349-368 Hudnut K. W., Taber J. J. Transition from double to single Wadati-Benioff seismic zone in the Shumagin Islands, Alaska. Geophysical Research Letters, 1987, 14: 143-146 Prevot R., Chatelain J. L., Roecker S. W., Grasso J. R. A shallow double seismic zone beneath the central New Hebrides (Vanuatu); evidence for fragmentation and accretion of the descending plate? Geophysical Research Letters, 1994, 21: 2159-2162 Ratchkovsky N. A., Pujol J., Biswas N. N. Stress pattern in the double seismic zone beneath Cook Inlet, south-central Alaska. Tectonophysics, 1997, 281: 163-171 Samowitz I R., Forsyth D. W. Double seismic zone beneath the Mariana island arc. Journal of Geophysical Research, 1981, 86: 7013-7021 Sykes L. R. The seismicity and deep structure of island arcs. Journal of Geophysical Research, 1966, 71: 2981-3006 Umino N. Hasegawa A. On the two-layered structure of deep seismic plane in northeastern Japan arc. Zisin, 1975, 27: 125-139 (In Japanese) Wadati K. On the activity of deep-focus earthquakes in the Japan islands and neighborhoods. Tokyo Geophysical Magazine, 1935, 8: 305-325 （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|8566 次阅读|18 个评论

地球科学原理之18 火山喷发和地震造成δ13C变化的证据: rock6783 2009-3-27 22:15; 地球科学原理之 18 火山喷发和地震造成 13 C 变化的证据广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ） 1.1 黄铁矿形成的证据黄铁矿，是硫和铁在还原环境下形成的化合物。在碳酸盐岩帽及其附近，有时会有这种矿物大量出现，冰川期形成的冰川规模越大，这种矿物越多（杨瑞东等， 2003 ；张启锐等， 2002 ； Wright, et. al., 1987 ）。这说明，在冰川形成过程中，曾有过强还原环境存在。从地球演化早期至今，强还原环境，都是由地球去气气体造成的。地球去气时，大量的氢、硫化氢等强还原性气体的排出，是造成这种强还原环境的主要因素。随火山喷发形成的热液为强酸性液体，溶有大量铁等矿物元素。当这些矿物元素和去气作用产生的硫化氢化合，就形成黄铁矿等硫化物矿床。这说明，冰川形成过程中，地球曾有过强排气作用。这也说明，碳酸盐岩帽中的 13 C 强烈负漂移，是由于火山喷发引起的地球去气作用造成的。 1.2 微量稀土元素的证据 Ce 通常作为古海洋氧化 - 还原条件的示踪剂（ Wright, et. al., 1987 ）。对上扬子区新元古宙南沱冰期后碳酸盐岩帽（贵州铜仁和湖南大庸）的 13 C 和 Ce 进行测定发现，碳酸盐岩帽下部 13 C 值低，往上 13 C 值逐渐向正迁移。碳酸岩盐帽的下部（和冰碛直接接触）含黄铁矿泥灰岩、薄层白云岩的 13 C 为 - 7.06~ - 3.27 ， Ce 为 - 0.04~0.069 ，表示它们为弱还原 - 弱氧化环境下形成的产物。上部的中 - 厚层纹层白云岩的 13 C 为 - 3.58~ - 0.13 ， Ce 为 - 0.22~ - 0.105 ，说明形成于氧化环境（杨瑞东等， 2003 ）。这就证明，碳酸盐岩帽里的 13 C 强负值（ - 7.06~ - 3.27 ），是在还原条件下形成的。 13 C 由负值向正值漂移的过程，就是由还原性环境向氧化性环境转化的过程。这说明， 13 C 的强负漂移，的确是火山去气作用形成的。 1.3 造山作用的证据每一次冰川的形成和消融，都会引起相应的造海和造山作用，冰期旋回，总是和造山旋回一致（龚一鸣， 1997 ；汪品先， 2002 ）。通过以上的分析（见图 1 和图 2 ），我们知道，在冰川形成时，会引起造海作用；在冰川消融时，会引起造山运动。所以，和冰川旋回一致的造海和造山运动，都是由于冰川的形成和消融引起的。这间接证明，我们以上的推论是正确的。也证明，碳酸盐岩帽中的 13 C 的负漂移，是由于火山喷发引起的。 1.4 碳系统演化的证据从表 1 可见，地球上，现已沉积了 6 10 7 Gt 碳酸盐岩、 1.5 10 7 Gt 矿物有机物 ( 干酪根 Kerogen, 占 80-90%) 。地球形成的早期，没有碳酸盐岩沉积。太古宙晚期，开始有少量碳酸盐岩沉积。大量碳酸盐岩的沉积，是从元古代以后开始的。所以，这巨量的碳酸盐岩和矿物有机物，都是由 CO 2 逐渐转化来的。若构成这巨量的碳酸盐岩和矿物有机物的碳，在地球演化早期（碳酸盐岩形成前），就存在于地球的原始大气中。由于温室效应，地球的温度肯定远高于现在的金星，会在 500 ℃ 以上。地球上根本就不会有生命演化和存在。既然现在地球上有生命演化，这说明，形成巨量碳酸盐岩和矿物有机碳的 CO 2 ，肯定是后来逐渐从地球内部排出的。即地内系统，不断地将地内含 12 C 较多的 CO 2 补充在地表系统里。火山喷发和地震，是地球排气的主要方式。所以，现在地球上巨量的碳酸盐岩和矿物有机物，是由火山喷发和地震逐渐排出的 CO 2 形成的。而甲烷渗漏和生物量变化，只会造成地表碳再循环，不会造成地表系统里的碳的绝对量逐渐增加。甲烷渗漏和生物量变化造成冰期旋回中碳 13 C 的规律性变化，与地史资料不符。所以，冰期旋回中碳 13 C 的规律性变化，肯定是由火山喷发和地震等地球去气作用造成的。上面我们论述了地球化学方面的证据，那地球物理学方面，还有哪些冰川地质作用的证据呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 19 板块假说的问题及人类对岛弧的认识过程参考文献：龚一鸣 . 重大地史事件、节律及圈层耦合 . 地学前缘 , 1997, 4(3-4): 75-84 杨瑞东，王世杰，董丽敏，姜立君，张卫华，高慧 . 上扬子区震旦纪南沱冰期后碳酸盐岩帽沉积地球化学特征 . 高校地质学报 ,2003, 9(1): 72-80 汪品先 . 气候演变中的冰和碳 . 地学前缘 , 2002, 9(1): 85-93 张启锐，储雪蕾，张同钢，冯连君 . 从全球冰到雪球假说关于新元古代冰川事件的最新研究 . 高校地质学报， 2002 ， 8 （ 4 ）： 474-481 Wright J, Schrader H, Holser W T. Paleoredox variations in ancient oceans recorded by rare earth elements in fossil apatite. Geochim. Cosmochim. Acta., 1987, 51: 637-644 （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|5264 次阅读|4 个评论

地球科学原理之17 冰川对火山喷发和地震的影响: rock6783 2009-3-26 09:36; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ） 1 冰川形成对火山喷发和地震的影响在冰川形成和消融过程中 , 的确有相应的火山形成，这已为大量的地质资料所证明（ Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994; Renne, et. al., 1995; Clark, et. al., 1986; Jin, et. al., 2000; Zhou and Kyte, 1988 ）。但是，冰川的形成和消融如何引起火山喷发和地震？或者说，冰川形成和消融引发大规模火山喷发和地震的原因如何？这却很少有资料报道。绿色植物的光合作用，导致 CO 2 等温室气体的浓度降低，使大气温度下降。当两极及高山的温度下降至 0 ℃ 以下时，极地及高山冰川形成（ Berner, 1997; Berner, 1993 ）。地球表面是由地壳和上地幔围成的固态岩石圈。岩石圈内，则为具有一定液态性质的软流层。所以，在一定程度上，可以把地球看成是一个由固态岩石圈围成的液体球。在第四纪冰川时期，欧洲斯堪的纳维亚地区和加拿大哈得逊湾地区都存在过北极冰川。最近 15000 年以来，哈得逊地区抬升了大约 300 m ，这一地区至今还保持着每年上升 2cm 的速度。经过计算，该区地面要恢复到冰期以前的原有高度，并重建地壳均衡状态，还需要再上升 80 m 。斯堪的纳维亚地区，近万年来，其上升幅度达 250 m ，至今仍以每年 1cm 的速度上升（陶世龙， 1999 ； Stacey, 1992 ）。这说明，地球这个由固态岩石圈圈闭而成的液体球，具有一定的塑性。冰川形成时，冰川下的地壳和冰川一道，在冰川巨大质量的重力作用下会下沉。冰川消融时，由于这个巨大重力的消失，会反弹性上升。冰川和地壳的这种下降作用，会造成火山喷发和地震。下面，我们以现有的南极冰盖为例，来分析这种作用过程。冰盖未形成时，岩石圈和地幔处于流体静力学平衡状态（见图 1 ， a ）。当南极冰盖形成时， 2.64 10 19 kg 的海洋水转移至南极，引起海退；海洋岩石圈上的重量将减少，南极大陆岩石圈上的重量将大大增加（见图 1 ， b ）。在冰川形成时产生的巨大重力缓慢作用下，地球表现出明显的塑性（刘本培和蔡运龙， 2000 ）（见图 1 ， c-f ），南极冰盖下的地壳将大幅度下降（见图 1 ， c-f ）。地球是一个密闭流体球体，岩石圈就是这个密闭流体的容器。根据流体力学原理，密闭流体在外力的作用下，流体不会或几乎不会被压缩；根据巴斯噶原理：施加压强于密闭容器内的流体，此压强无变化地传到流体的各部分及容器的器壁（赵景员和五淑贤， 1981 ）。所以，当巨大质量的冰川引起南极岩石圈下陷时，将产生巨大的压强，流体地幔会把这个压强传至地幔的任何地方，并传至垂直于地壳的任何方向，且压强不变，方向向外（见图 1 ， b ）。这样，地球将在这个巨大作用力的作用下，向外膨胀（图 1 ， c-f ）。图 1. 南极冰川形成引起的造海过程 . A ，岩浆从洋中脊涌出； B ，南极冰川； C ，老岩石圈； D ，软流层； E ，由洋中脊处涌出岩浆形成的新海洋岩石圈 . 示火山喷发因为地球可看成一个密闭流体容器，若岩石圈的某处不破裂，冰川及冰川下地壳就不会下陷。北极冰川地区现在反弹性上升的事实告诉我们，北极冰川形成时，的确曾下陷过。这说明，北极冰川形成时，曾使地球膨胀而至地壳撕裂过。或者说，冰川形成时产生的重力，足够使地壳破裂。地球向外膨胀时，地球表面积将增加；也就是说，冰川形成的巨大作用力，在岩石圈的某处（最易破裂处，一般为洋中脊），将其撕裂，这就是地震。为了释放压力，岩浆将会从破裂处喷出，这就是火山喷发。大量岩浆从洋中脊排出，也会使海底扩张，产生造海运动（图 1 ， d-f ）。因冰川的形成，是由于长期的光合作用，使大气中的 CO 2 浓度过低，温室效应过弱而造成的（ Berner, 1997; Berner, 1993 ）。所以，火山喷发喷时，大气或海洋中的 CO 2 浓度，应是最低时。由于火山喷发和地震，将大量的 CO 2 补充至大气或海洋中。当火山喷发和地震释放入海洋和大气中的 CO 2 大于植物光合作用消耗的量时，海洋和大气中的 CO 2 浓度停止下降，并开始升高。这时，冰川形成停止，地球进入冰期。因这时大气或海洋中的 CO 2 ，主要以火山喷发和地震等地球去气作用产生的气体为主；而地球去气气体的 13 C 值相当低，为 -7 左右。大量的去气气体进入大气和海洋，会造成 13 C 负漂移。最负值接近或等于 -7 ，说明这种 CO 2 气体，几乎是由去气气体组成。在局部区域，若火山喷发时，造成了甲烷等天然气水合物的气化释放的话，有可能加速 13 C 值负漂移。但是，和火山喷发及地震释放入大气和海洋中的 CO 2 相比，天然气水合物释放出的甲烷量毕竟有限，不会造成 13 C 值负漂移过强。 2 冰川消融对火山喷发和地震的影响冰川的消融作用，也一样会造成火山喷发和地震。下面以北极冰川的消融为例，来分析这种作用。当北极冰川消融时，情况刚好和冰川形成时相反。北极冰盖消失，大量的水注入海洋，海洋水面将升高，海水重量增加。极地冰盖消失，极地岩石圈将从原来的下降状态升起，地球的内部压力减少。地球将在以上两种力的共同作用下收缩，造成岩石圈皱缩，最终形成地槽。海洋岩石圈比大陆壳薄，这种皱缩形成地槽的作用，主要发生在海洋。图 2. 地槽形成和造陆过程 . A ，岩石壳； B ，早期沉积物； C ，负压腔； D ，后期沉积物； E ，火山堆； F ，类花岗岩岩浆层； G ，类玄武岩岩浆层； H ，玄武岩；示火山喷发 . 具体演变过程如下：地球收缩，对岩石圈产生水平挤压，一旦岩石圈宽度超过其刚性范围，海洋岩石圈将发生形变，要么隆起，要么下降（见图 2 ， a-b ）。若隆起，就成为地背斜（海山）。若下降，就成为海盆（地向斜）（见图 2 ， b ）。由于海洋岩石圈的密度比较大，再加上冰川消融后形成的海水增加，地球内压下降，海洋岩石圈下降的面积将远大于抬升的面积，也就是说，海盆的面积远大于地背斜的面积（见图 2 ， b ）。海盆一旦形成，将有沉积物在海盆里沉积（见图 2 ， b ）。随着冰川不断地消融，岩石圈严重收缩。海盆边缘受到严重挤压，因为海洋岩石圈刚性作用，海盆底部将不断下陷（见图 2 ， b-c ）。同时，海盆里沉积的上 km 的沉积物，也进一步加剧了海盆的下陷（见图 2 ， b-c ）。下降的海盆，将又会有大量的沉积物沉积（见图 2 ， c ）。海盆下降深度越来越深，盆口面积越来越小。海盆下陷到一定程度，就转变为地槽（见图 2 ， c ）。地槽下降越深，槽底洋壳的弯曲度就越大，当弯曲度越过海洋岩石圈的承受力时，槽底断裂产生地震（见图 2 ， d ）。由于负压的作用，将造成大量玄武岩火山喷出（见图 2 ， d-e ）。随着地槽的下陷，地背斜将被抬升。通过地背斜的抬升，来达到地槽和地背斜共同构成的浮力和重力平衡（见图 2 ， b-c ）。随着地背斜的抬生和地槽进一步下陷，将加剧地槽底部岩石圈和地背斜岩石圈的弯曲。当其弯曲程度超过连接它们海洋岩石圈的承受度时，将发生断裂。这就引起地震，引起地槽和地背斜的分离（见图 2 ， g ）。一旦地背斜和地槽分离，地槽因为失去两侧地背斜的牵扯，由于地幔的浮力而上升（见图 2 ， g-h ）；地背斜将因为没有地槽的支撑而下降，冲击下面的岩浆而引起火山喷发（主要为中性或酸性岩浆的喷发）（见图 2 ， g-h ）。同时，地背斜岩石圈较重，地槽岩石圈较轻（地槽里沉积岩的比重小于火成岩性质的海洋岩石圈），地背斜和地槽岩石圈断裂时，地背斜岩石圈将向地槽下插入，这样，更进一步造成地槽抬升，形成中央隆起（见图 2 ， g-h ）。从而形成地背斜和地槽之间的重新组合，产生造山作用，形成山脉，地槽作用完成（见图 2 ， h ）。综上所述（见图 2 ），在冰川消融引起的地槽的形成和演化过程中，会形成大量的火山喷发和地震。这样，大气中由地球去气作用产生的 CO 2 浓度，会因冰川的消融而进一步升高， 13 C 值进一步负漂移。受冰川形成和消融的共同作用，当去气作用造成的 13 C 负漂移作用，大于光合作用的分馏作用造成的正漂移作用时，就造成大气或海洋中 13 C 的负漂移，最终导致 13 C 在冰期呈强负值。随着大气中 CO 2 浓度的不断升高，温室效应越来越强，导致冰川快速消融。冰川的消融，大量的冰碛岩沉积。由于 pH=1/2(pK 1 +pK 2 -logCco 2 (T)/Cco 3 2- (T)) （郭锦宝， 1997 ），当大气中的 CO 2 浓度升至最大值时， pH 最低。低 pH 值造成大量硅酸盐风化，产生大量的钙、镁等金属离子。 CO 2 浓度升高，温室效应增强，温度上升，绿色植物大量繁殖，生长繁茂，光合作用越来越强。硅酸盐风化时，使硅酸盐最终变成二氧化硅沉淀，吸收大量氢离子使海洋 pH 值上升；光合作用吸收大量 CO 2 ，形成大量的矿物有机物，使 pH 值上升。由于 pH = 1/2(pK 1 + pK 2 - logCco 2 (T)/Cco 3 2- (T)) （郭锦宝， 1997 ），随着 pH 值上升， Co 3 2- 浓度上升。由于 Ksp= Ca 2+ ( Mg 2+ )(T) CO 3 2- (T) （郭锦宝， 1997 ），碳酸盐岩的 Ksp 主要由金属离子的浓度和 Co 3 2- 的浓度决定。当海洋中这两种离子的浓度都上升时， Ksp Ca 2+ ( Mg 2+ )(T) CO 3 2- (T) ，将造成碳酸盐岩沉淀。这就是造成紧接冰碛岩上碳酸盐岩大量沉积的原因。以上已经介绍了冰川的形成和消融能造成火山和地震，那么目前为止，到底有哪些相关证据能证明呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 18 火山喷发和地震造成 13 C 变化的证据参考文献：郭锦宝 . 化学海洋学 . 厦门：厦门大学出版社 . 1997 ， 80-398 刘本培，蔡运龙 . 地球科学导论 . 北京：高等教育出版社 . 2000. 8-303 陶世龙 . 地球科学概论 . 北京 : 地质出版社 , 1999, 12-100 赵景员，五淑贤 . 力学 . 北京：人民教育出版社 . 1981. 342-428 Berner R A. Paleozoic atmospheric CO 2 : Importance of solar radiation and plant evolution. Science, 1993, 261: 68-70 Berner R A. The rise of plants and their effect on weathering and atmospheric CO 2 . Science 1997, 276: 544-546 Clark D L, Wang C Y, Orth C J, et al. Conodont survival and low iridium abundance across the Permian-Triassic boundary in South China. Science ， 1986, 233: 984-986 Eldholm O, Thomas E. Environmental impact of volcanic margin formation. Earth Planet. Sci. Lett., 1993, 117: 319-329 Jin Y G, Wang Y, Wang W, et al. Pattern of marine mass extinction near the Permian-Triassic boundary in South China. Science, 2000, 289: 432-436 Kennet J O, Stott L D. Abrupt deep-sea warming, paleoceanographic changes, and benthic extinctions at the end of the Paleocene. Nature, 1991, 353: 225-229 Renne P R, Zhang Z, Richards M A, et al. Synchrony and causal relations between Permian-Triassic boundary crises and Siberian flood volcanism. Science, 1995, 269: 1413-1416 Stacey F D. Physics of the Earth. Third Edition. Brisbane: Brookfiel Press, 1992. Zachos J C, Lohmann K C, Walker J C G, et al. Abrupt climate change and transient climates during the Paleogene: a marine perspective. J. Geol., 1993, 101: 191-213 Zachos J C, Stott L D, Lohmann K C. Evolution of early Cenozoic temperatures. Paleoceanography, 1994, 9: 353-387 Zhou L, Kyte F T. The Permian-Triassic boundary event: A geochemical study of three Chinese sections. Earth Planet Sci. Lett., 1988, 90: 411-421 （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|6017 次阅读|0 个评论

地球科学原理之16 冰期旋回中δ13C规律变化的解释和分析: rock6783 2009-3-24 13:15; 地球科学原理之 16 冰期旋回中 13 C 规律变化的解释和分析广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）上一回我们已分析了冰期旋回中 13 C 和 18 O 的变化规律。在这里，我们先来了解一下当今权威学术界对这一现象的的解释。 1 目前学术界对 13 C 和 18 O 规律变化的解释目前为止，学术界对冰期后直接盖在冰碛岩上的碳酸盐岩帽里的 13 C 从强负值开始强烈正漂，及整个冰期旋回中 13 C 的规律变化，有很多种解释（ Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992; Hoffman, et. al., 1998; Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000; Bains, et. al., 1999; Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994 ）。归纳起来，主要有以下三种：生物量变化说（ Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992 ）；甲烷渗漏说（ Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000 ）；火山脱气说（ Hoffman, et. al., 1998; Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994 ）。坚持第一种观点的学者认为，冰期后形成的碳酸盐岩帽中的 13 C 负异常，是由于冰期形成，温度变低，进行光合作用的植物受温度的影响，生物量下降，光合作用减弱。通过生物分馏 12 C 的能力下降。但生物体的分解并没有太多地减少，或甚至因大量生物的死亡而有所增加。这样，由于 12 C 分馏能力减弱和生物体分解释放 12 C 能力加强的共同作用，将造成 12 C 相对地在大气和海洋里增加，从而造成 13 C 的负漂移（ Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992; 胡修棉， 2001 ）。坚持第 2 种观点的学者认为，由于受某种高温作用（一般均未说明是那一种来源的高温），海底冰冻层的以甲烷为主的天然气水合物大量气化释放，进入海洋或大气。在海洋或大气中，甲烷被氧化为 CO 2 。这些 CO 2 溶于海洋中，进一步和海洋里的钙、镁等离子结合，形成碳酸盐岩帽。因为甲烷的 13 C 强烈负偏，所以，这使海洋或大气中的 CO 2 13 C 也出现强烈负漂移（ Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000; 杨瑞东等， 2003 ）。坚持第 3 种观点的学者，以新元古大冰期为例，认为新元古冰期形成雪球地球，海洋被雪球封闭，没有被雪球封闭的陆地上的火山喷发和地震，产生大量 CO 2 气体。这些 CO 2 等温室气体越积越多，温室效应越来越强，最后造成雪球的解体。大量的 CO 2 进入海洋或大气，使雨水呈酸性，加强了岩石的风化。陆地和海洋里的风化产生的大量金属离子结合，形成了碳酸盐岩帽。这样，由于火山喷发和地震产生气体的相对负 13 C 值（ -7 左右），造成碳酸盐岩帽的 13 C 值负漂移（ Hoffman, et. al., 1998 ）。其它冰川期，也有类似新元古大冰期的现象发生（ Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994 ）。 2 对已提出解释的可行性分析用生物光合作用的强弱变化和生物量的变化来解释 13 C 值从强正值向负漂移，理论根据不足。随着冰川的形成，由于温度的影响，植物的量的确会减少，光合作用也会随之减弱。光合作用减弱，只是光合作用对 CO 2 中的 12 C 的分馏作用减弱。分馏作用减弱，但并没有停止，仍在进行 12 C 的分馏作用。这就是说，若大气和海洋里的 CO 2 的供应和消耗没有太大变化的话。尽管光合作用减弱，随着光合作用（减弱后的）的继续进行，照样会进行 12 C 的分馏，大气和海洋中的 12 C 会继续降低， 13 C 会继续上升。所以，冰川形成后造成的光合作用减弱，并不会导致 13 C 的负漂移，只会使正漂移减弱而已。冰川形成后，随着温度降低，生物量的确会减少；即光合作用减弱，合成的有机物减少，而分解的有机物增多，导致总生物量减少。总生物量减少，也就是大量生物体被分解为水和 CO 2 。导致构成生物体的 12 C 向大气和海洋释放，使大气和海洋中的 12 C 浓度升高， 13 C 浓度相对下降。冰川消融后， CO 2 浓度升高，温室效应增强，光合作用增强，合成的生物量大于分解的生物量。分馏（降低） 12 C 的能力加强，而产生 12 C 的能力减弱，将使 13 C 正漂移。这样看来，总生物量的减少，的确能造成冰川形成过程中 13 C 的负漂移，和冰川消融过程中的正漂移。但是，据测算，现今全球碳库储量见表 1 （ Falkowski, et. al., 2000 ）。表 1 全球碳库碳储量（ Falkowski, et. al., 2000 ）库数量 /Gt 库数量 /Gt 大气 720 陆地生物圈 2000 海洋 38400 活生物量 600~1000 总无机碳 37400 死生物量 1200 表层水 670 水生物圈 1~2 深层水 36730 化石燃料 4130 总有机碳 1000 煤 3510 岩石圈石油 230 沉积碳酸盐 60000000 天然气 140 油母质 15000000 其它（泥炭） 250 从表 1 可见，陆地生物量总和为 2000Gt ，海洋生物量总和为 1~2Gt ，海洋有机碳为 1000 Gt ；大气 CO 2 为 720Gt ，海洋总无机碳（主要为溶解的 CO 2 和碳酸盐）为 37400Gt （ Falkowski, et. al., 2000; 王凯雄， 2001 ）。以研究得较为清楚的新元古大冰期为例来说，因那时还没有陆地生物，只可能有海洋生物。假设那时的海洋生物量和现在相近，大气和海洋中的 CO 2 量也和现在差不太多。那时的总生物量最多也只会有 2Gt ，总有机碳也只有 1000Gt ，这与大气和海洋中的 CO 2 的和相差太多。就算光合作用一点有机物也不合成，所有的 2Gt 生物碳全部转化为 CO 2 ，甚至包括 1000Gt 总有机碳也全部转化为 CO 2 ，这也远不可能使 13 C 值从 +10 负漂移至 -7 （张启锐等， 2002 ）。更何况，并不是所有的生物量都全部分解了，只是部分生物量的减少；而溶解在海洋里的有机碳，也不会因为生物的减少而急剧减少。所以，冰川形成时，由于温度下降造成的光合作用减弱，生物量减少，可能会使 13 C 产生一点点负漂移，但产生的效果极其有限，绝不可能是使大气和海洋中 CO 2 强烈负漂移的主要原因。由于冰川的形成，引起海底火山喷发（见后述），的确有可能使海底冰冻层里天然气水合物，气化成甲烷等气体，进入海洋或大气中。由于甲烷的 13 C 值相当低，大量的甲烷气体的渗入，将使局部海洋或大气中的 13 C 值急剧下降，引起 13 C 的强烈负漂移。但是，从表 1 可见，就现今来说，所有天然气的总量也只有 140 Gt ，而仅大气中的 CO 2 就是 720Gt ，海洋里溶解的 CO 2 和碳酸盐（条件适宜时，会转化为 CO 2 ）则高达 37400Gt ；就算所有的天然气全是天然气水合物，就算所有的天然气水合物全部转气化成了甲烷，也远不可能使 13 C 从 +10 的值负漂移至 -7 。更何况，天然气水合物只占所有天然气的很少一部分；因火山喷发被加热气化成甲烷而渗漏入海洋和大气的，又仅是天然气水合物中很少的一部分。所以，一部分天然气水合物气化成甲烷渗漏入大气和海洋，只可能使局部海洋或大气的 13 C 适当负漂移，绝不可能是冰川形成后所有碳酸盐岩帽里 13 C 强烈负漂移的主要原因。所有碳酸盐岩帽的最强负漂移值也仅 -7 ，这也间接证明，甲烷渗漏使碳酸盐岩帽 13 C 负漂移的作用相当小，仅是一种极弱的补充作用而已。若真是以甲烷渗漏为主造成的，因为甲烷渗漏不是均匀分布的，甲烷的 13 C 值相当低，低于 -60 ，在甲烷强渗漏的局部区域，负漂移值，应远比 -7 更负，至少会出现比 -10 更负的现象。相比较来说，火山脱气说正确的成分更多。综上所述，碳酸盐岩帽里的 13 C 负漂移既不是因为生物体分解补充 12 C 造成的（生物量变化说），也不是因为与生物有关的有机物分解补充 12 C 造成的（甲烷渗漏说）；那么，能给大气和海洋补充 12 C ，使 13 C 负漂移的，就仅只有地球的去气作用了。也即通过火山喷发和地震造成的地球去气作用，给大气和海洋补充了大量含 12 C 的 CO 2 气体，使 13 C 强烈负漂移。 13 C 负漂移的最强负值，也只是 -7 左右，这也间接证明， 13 C 的负漂移，就是因为地球去气气体而造成的。从以上分析可见，造成冰期后碳酸盐岩帽 13 C 强烈负漂，肯定是由冰川形成和消融，造成火山喷发和地震，使地球内部大量 CO 2 气体排出而造成的。那么，这种大规模的火山喷发和地震是如何发生的呢？它和冰川形成和消融关系如何？这是火山脱气说所面临和急需解决的问题。如何利用冰川学说对以上问题进行解释？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 17 冰川对火山喷发和地震的影响参考文献：胡修棉 , 王成善 , 李祥辉 . 大洋缺氧事件的碳稳定同位素响应 . 成都理工学院学报 , 2001, 28(1):1-6 杨瑞东，王世杰，董丽敏，姜立君，张卫华，高慧 . 上扬子区震旦纪南沱冰期后碳酸盐岩帽沉积地球化学特征 . 高校地质学报 ,2003, 9(1): 72-80 王凯雄 . 水化学 . 北京：化学工业出版社 . 2001. 257-323 张启锐，储雪蕾，张同钢，冯连君 . 从全球冰到雪球假说关于新元古代冰川事件的最新研究 . 高校地质学报， 2002 ， 8 （ 4 ）： 474-481 Bains S, Corfield R M, Norris R D. Mechanisms of climate warming at the end of the Paleocene. Science, 1999, 285: 724-727 Derry L A, Kaufman A J, Jacobsen S B. Sedimentary cycling and environmental change in the Late Proterozoic, Evidence from stable and radiogenic isotopes. Geochim. Cosmochim. Acta. ， 1992, 56: 1317-1329 Dickens G R, O Neil J R, Rea D K, et al. Dissociation of oceanic methane hydrate as a cause of the carbon isotope excursion at the end of the Paleocene. Paleoceanography, 1995, 10: 965-971 Eldholm O, Thomas E. Environmental impact of volcanic margin formation. Earth Planet. Sci. Lett., 1993, 117: 319-329 Falkowski P et al. The global carbon cycle: A test of our knowledge of earth as a system. Science. 2000, 290: 291-296 Hoffman P F, Kaufman A J, Halverson G P. et al. Neoproterozoic snowball earth Science, 1998, 281: 1342-1346 Kaufman A J, Hayes J M, Knoll A H, et al. Isotopic compositions of carbonates and organic carbon from upper Proterozoic successions in Namibia ： stratigraphic variation and the effects of diagenesis and metamorphism. Precambrian Research, 1991, 49: 301-327 Kennedy M J, Christie-Blick N, Sohl L E. Are Proterozoic cap carbonates and isotopic excursions a record of gas hydrate destabilization following Earths coldest intervals ？ Geology, 2001, 29: 443 － 446 Kennet J O, Stott L D. Abrupt deep-sea warming, paleoceanographic changes, and benthic extinctions at the end of the Paleocene. Nature, 1991, 353: 225-229 Kennett J P, Cannariato K G, Hendy I L, et al. Carbon isotopic evidence for methane hydrate instability during Quaternary interstadials. Science, 2000, 288: 128-133 Kimura H, Matsumoto R, Kakuwa Y, et al. The Vendian-Cambrian 13 C record. North Iran: evidence for overturning of the ocean before the Cambrian explosion. Earth and Planetary Science Letters, 1997, E1-E7 Zachos J C, Lohmann K C, Walker J C G, et al. Abrupt climate change and transient climates during the Paleogene: a marine perspective. J. Geol., 1993, 101: 191-213 Zachos J C, Stott L D, Lohmann K C. Evolution of early Cenozoic temperatures. Paleoceanography, 1994, 9: 353-387 （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|5590 次阅读|3 个评论

地球科学原理之15 冰期旋回中碳酸盐岩δ13C变化规律: rock6783 2009-3-22 20:37; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）现在开始，我们来谈谈冰川的地质作用的地球化学证据。先来了解一下冰期旋回中碳酸盐岩 13 C 规律变化的基本规律。由于关系到人类的生存和可持续性发展，全球变化，已成为当今最热门的话题和研究领域。将古论今，为了更好地了解和研究当今的全球变化，科学家对古冰川进行了大量的研究。在古冰川的研究中，研究者发现，冰川形成过程中，随着 18 O 正漂移，碳酸盐岩中 13 C 逐渐正漂移，最大值可达 +11 ；当冰川形成到一定程度时， 13 C 强烈负漂移，最负值可达 -7 。紧接着冰碛岩有碳酸盐岩帽形成。随着 18 O 出现强烈的负漂移，碳酸盐岩帽里的 13 C 从强负值出现强烈正漂移。碳酸盐岩中 13 C 的这种规律性漂移，幅度如此之大，是一种十分异常的现象，对此有很多争论（ Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992; Hoffman, et. al., 1998; Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000; Bains, et. al., 1999; Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994 ）。到目前为止，这种冰川旋回中碳酸盐岩 13 C 规律变化，还没有一种能得到学术界公认的详细解释，一直是地学界的不解之谜（杨瑞东等， 2003 ；钱迈平等， 2000 ）。冰川期的旋回，是全球变化的一种重要表征（张兰生等， 2000 ）。同时，冰川期旋回，也基本和造山旋回、成矿旋回、海平面变化旋回、 CO 2 旋回、 Er 旋回相一致（龚一鸣， 1997 ；汪品先， 2002 ；翟裕生， 2001 ）。这个谜底的揭开，将直接面对以上问题的解决。所以，弄清冰期碳酸盐岩 13 C 漂移的原因，是一个既复杂，又重要的问题。我们对现有地质、地球物理学、地球化学、冰川学、气象学等资料进行综合分析后，就这个谜提出了新的理论。 1 13 C 和 18 O 的地质学特征当海洋中的水蒸发时，含 16 O 的水较易蒸发，含 18 O 的水较不易蒸发。这样，就造成 18 O 的分馏。由蒸发的水蒸汽凝聚而成的江河湖里的淡水， 16 O 较高， 18 O 较低。由蒸发的水蒸汽凝聚而成的极地冰川及山地冰川， 16 O 也较高， 18 O 较低。而海洋，则由于 16 O 的蒸发减少而造成 18 O 值升高。江河湖里的水，最终又会流入海洋。库存在江河湖里的淡水量相对较少，且量变化不大。而极地冰川和山地冰川，当冰川形成时，会造成大量淡水的滞留；而冰川消融时，原来滞留在极地和高山的冰川水，又会流入海洋。这样，就造成冰川形成时，海洋 18 O 值正漂移，而冰川消融时， 18 O 负漂移（ Shackbeton, 1973 ）。自然界中的碳，主要由两种稳定同位素组成，即 12 C 和 13 C ，其丰度分别为 98 89% 和 1.ll% （ Hoefs, 1982; Garrels and Lerman, 1984 ；胡修棉等， 2001 ）。绿色植物进行光合作用时，优先吸收 12 C ，造成碳同位素分馏。植物、动物和微生物，都是直接或间接以植物为食的。所以，组成生物的有机碳，相对来说，含 12 C 较多，而含 13 C 较少。而留在大气或海洋中的 CO 2 ，则相对富积 13 C 。由生物衍生而来的矿物有机物及天然气水合物等，也和生物相似，具有强烈的 13 C 负值，如天然气水合物里的甲烷， 13 C 值为 -60~-65 （杨瑞东等， 2003 ； Kvenvolden, 1995 ）。从全球角度未说，碳主要分布在几个主要的碳库中，相应的碳同位素值有所不同。碳酸盐岩中的碳同位素相对富 13 C ， 13 C 值平均为 0 （相对于 PDB 标淮，下同）。沉积有机质中的碳 13 C 值约为 -25 ；大气 13 C 值为 7 ；大洋水的 13 C 值为 0 ；由地球去气作用形成的碳， 13 C 约为 -7 （ Hoefs, 1982; Garrels and Lerman, 1984; 胡修棉等， 2001 ）。 2 冰期旋回中的 13 C 和 18 O 变化规律 2.1 冰期后碳酸盐岩帽中的 13 C 和 18 O 变化规律每一次冰川消融后，紧接着冰碛岩的上面，会形成一层厚厚的碳酸盐岩。这种碳酸盐岩像帽子一样盖在冰碛岩上，俗称碳酸盐岩帽。这种碳酸盐岩帽的厚度，与冰川期冰川的规模有关。冰川期形成的冰川规模越大，这种碳酸盐岩帽的厚度越大（有时达 400m ）；冰川规模越小，这种碳酸盐岩帽的厚度越小。组成这种碳酸盐帽的物质，主要为碳酸钙、碳酸镁组成的白云岩或灰岩；有时，也有碳酸锰等其它碳酸盐参与岩帽的形成（杨瑞东等， 2002 ）。紧接在冰碛岩上的碳酸盐岩的 13 C ，呈现强负值，最负值可达 -7 。而 18 O 呈现强正值。在冰碛岩上面，离冰碛岩越来越远， 18 O 值逐渐负漂移，然后至正常为止。但冰碛岩上的碳酸盐岩帽里的 13 C ，随着离冰碛岩的越来越远， 13 C 呈现强烈的正漂移，直至正常为止（杨瑞东等， 2003 ；张启锐等， 2002 ）。这种现象，每一次冰期都会再现（ Hoffman, et. al., 1998; Kennett, et. al., 2000; 李玉成和周忠泽， 2002 ），但以新元古大冰期最为显著，漂移幅度最大（ Hoffman, et. al., 1998 ）。冰期后碳酸盐岩帽形成和 13 C 、 18 O 的规律性变化，具有全球普遍性和等时性（ Prave, 1999; Walter, et. al., 2000; Knoll, 2000 ）。 2.2 冰期旋回中的 13 C 和 18 O 变化的一般规律 18 O 值的变化，与冰川的形成和消融密切相关，现已作为古冰川形成和消融的一种重要表征（ Shackbeton, 1973 ）。在地球演化的过程中，每一次的冰期的形成和消融，都伴随着 18 O 的周期性变化（杨瑞东等， 2003 ； Shackbeton, 1973; 李玉成和周忠泽， 2002 ）。冰川形成过程中， 18 O 值逐渐升高，冰川最大时， 18 O 值最高。冰川持续期，只要冰川规模不变，总质量不变， 18 O 的值也不会有太大的波动。冰川消融期，随着冰川的逐渐消融， 18 O 值逐渐降低，至冰川完全消融时， 18 O 值降至最低。在间冰期， 18 O 值波动不大。冰期旋回中， 18 O 正漂移的最大值，与冰川的规模密切相关。冰川规模越大（如新元古大冰期）， 18 O 的正漂移越强烈；冰川规模越小（如奥陶纪或比它更小的次一级冰期），则 18 O 正漂移越弱。只要是没有冰川形成的间冰期， 18 O 的值波动不大。 13 C 的值，也和冰川的形成和消融强相关（ Prave, 1999; Veizer, et. al., 1999 ）。在冰川的形成过程中， 13 C 值逐渐正漂移。但至冰川形成到一定规模时（不是冰川的最大期）， 13 C 达最大值（有时可达 +11 以上），开始急剧负漂移。这种负漂移很少一次性到位，至少要经两次或两次以上的阶梯（ Bains, 1999 ）。其中最明显的一次负漂移在冰川形成期，另一次在冰川开始消融时的消融期。整个冰川期， 13 C 都处于这种强负值期；或处于不断负漂移的过程中。冰川消融后， 13 C 值急剧正漂移。整个间冰期， 13 C 虽会有一些微量波动，但总的趋势是处于正漂移过程中。这种正漂移直至下一次冰川形成至一定规模为止（不一定是冰川的最大期）。 13 C 的这种漂移所达正、负漂移的最大绝对值的大小，也与冰川的规模强相关。冰川期形成的冰川规模越大， 13 C 正漂移时所至的最大值也最大；紧接着的负漂移，负漂移至最负值时，最负值的绝对值也最大。冰川期形成的冰川规模越小， 13 C 正漂移时所至的最大值较小，紧接着的下降，下降至最负值时，最负值的绝对值也较小。了解冰期旋回中碳酸盐岩 13 C 规律变化的基本规律后，我们就可以应用这些基本规律来分析目前学术界对 13 C 和 18 O 规律变化的解释的正确与否。那么，目前学术界对冰期旋回中 13 C 和 18 O 规律变化有哪几种解释？哪一种最可能正确呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 16 冰期旋回中 13 C 规律变化的解释和分析参考文献：胡修棉 , 王成善 , 李祥辉 . 大洋缺氧事件的碳稳定同位素响应 . 成都理工学院学报 , 2001, 28(1):1-6 龚一鸣 . 重大地史事件、节律及圈层耦合 . 地学前缘 , 1997, 4(3-4): 75-84 李玉成 , 周忠泽 . 华南二叠纪末缺氧海水中的有毒气体与生物集群绝灭 . 地质地球化学 , 2002, 30(1): 57-63 钱迈平 , 袁训来 , 肖书海，厉建华 , 汪迎平 . 新元古代大冰期及其诱发因素 . 江苏地质 , 2000, 24(3): 135-139 杨瑞东，王世杰，董丽敏，姜立君，张卫华，高慧 . 上扬子区震旦纪南沱冰期后碳酸盐岩帽沉积地球化学特征 . 高校地质学报 ,2003, 9(1): 72-80 杨瑞东 , 欧阳自远 , 朱立军 , 王世杰 , 姜立君 , 张位华 , 高慧 . 早震旦世大塘坡期锰矿成因新认识 . 矿物学报 , 200 汪品先 . 气候演变中的冰和碳 . 地学前缘 , 2002, 9(1): 85-93 2, 22(4): 329-334 张兰生，方修琦，任国玉 . 全球变化 . 北京：高等教育出版社 . 2000. 1-271 张启锐，储雪蕾，张同钢，冯连君 . 从全球冰到雪球假说关于新元古代冰川事件的最新研究 . 高校地质学报， 2002 ， 8 （ 4 ）： 474-481 翟裕生 . 矿床学的百年回顾与发展趋势 . 地球科学进展， 2001 ， 16 （ 5 ）： 719-725 Bains S, Corfield R M, Norris R D. Mechanisms of climate warming at the end of the Paleocene. Science, 1999, 285: 724-727 Derry L A, Kaufman A J, Jacobsen S B. Sedimentary cycling and environmental change in the Late Proterozoic, Evidence from stable and radiogenic isotopes. Geochim. Cosmochim. Acta. ， 1992, 56: 1317-1329 Dickens G R, O Neil J R, Rea D K, et al. Dissociation of oceanic methane hydrate as a cause of the carbon isotope excursion at the end of the Paleocene. Paleoceanography, 1995, 10: 965-971 Eldholm O, Thomas E. Environmental impact of volcanic margin formation. Earth Planet. Sci. Lett., 1993, 117: 319-329 Garrels R M, Lerman A. Coupling of the sedimentary sulfur and carbon cycles-an improved model. American Journal of Science ， 1984, 284: 989-1007 Hoefs J. Isotope geochemistry of carbon. Schmidt H L ， Forstel H ， Heinzinger K. Stable Isotopes. Elsevier Press ， 1982, 103-113 Hoffman P F, Kaufman A J, Halverson G P. et al. Neoproterozoic snowball earth Science, 1998, 281: 1342-1346 Kaufman A J, Hayes J M, Knoll A H, et al. Isotopic compositions of carbonates and organic carbon from upper Proterozoic successions in Namibia ： stratigraphic variation and the effects of diagenesis and metamorphism. Precambrian Research, 1991, 49: 301-327 Kennedy M J, Christie-Blick N, Sohl L E. Are Proterozoic cap carbonates and isotopic excursions a record of gas hydrate destabilization following Earths coldest intervals ？ Geology, 2001, 29: 443 － 446 Kennet J O, Stott L D. Abrupt deep-sea warming, paleoceanographic changes, and benthic extinctions at the end of the Paleocene. Nature, 1991, 353: 225-229 Kennett J P, Cannariato K G, Hendy I L, et al. Carbon isotopic evidence for methane hydrate instability during Quaternary interstadials. Science, 2000, 288: 128-133 Kimura H, Matsumoto R, Kakuwa Y, et al. The Vendian-Cambrian 13 C record. North Iran: evidence for overturning of the ocean before the Cambrian explosion. Earth and Planetary Science Letters, 1997, E1-E7 Knoll A H. Learning to tell Neoproterozoic time. Precambrian Research, 2000, l00: 3-20 Kvenvolden K A. A review of the geochemistry of methane in natural gas hydrate. Org. Geochem., 1995, 23: 997-1008 Prave A R. Two diamictites, two cap carbonates, two 13 C excursions, two rifts: the Neoproterozoic Kingston Peak Formation, Death Valley, California. Geology, 1999, 27(4) ： 339-342 Shackbeton O. Oxygen isotope and paleomagnetic stratigraphy of equatorial pacific core V28-238: Oxygen isotope temperature and ice volumes on a 10 5 and 10 6 years scale. Quaternary Research , 1973, 3: 39-55 Veizer J, Ala D, Azmy K, et al. 87 Sr/ 86 Sr, 13 C and 18 O evolution of Phanerozoic seawater. Chemical Geology, 1999, 161: 58-88 Walter M R. Veevers J J. Calver C R. et al. Dating the 840-544 Ma Neoproterozoic interval by isotopes of strontium, Carbon, and sulfur in seawater and some interpretative modes. Precambrian Research ， 2000, l00: 371-433 Zachos J C, Lohmann K C, Walker J C G, et al. Abrupt climate change and transient climates during the Paleogene: a marine perspective. J. Geol., 1993, 101: 191-213 Zachos J C, Stott L D, Lohmann K C. Evolution of early Cenozoic temperatures. Paleoceanography, 1994, 9: 353-387 （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|7051 次阅读|7 个评论

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|5466 次阅读|0 个评论

地球科学原理之13 冰川消融时的造山运动: rock6783 2009-3-19 21:17; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）上一回我们分析了冰川的地质作用之一，即冰川形成时的造海作用。在这里，我们继续分析冰川的地质作用之二，即冰川消融时的造山作用。以现存类型的冰川消融为例，分析冰川消融时的造山作用。当单极冰川或双极冰川消融时，情况刚好相反。极地冰盖消失，大量的水注入海洋，海洋水面将升高，海水重量增加。极地冰盖消失，极地岩石壳将从原来的下降状态升起，地球的内部压力减少。岩石壳在以上两种力的共同作用下将收缩（见图 5 ， a-c ）。岩石壳面积缩小，引发造山 ( 陆 ) 作用（见图 5 ）。图 5. 冰川消融引起的造山（陆）过程 . A ，南极冰川； B ，老大陆岩石壳； C ，由岩浆喷发形成的新海洋岩石壳； D ，老海洋岩石壳； E ，最新大陆岩石壳； F ，较新大陆岩石壳 . 因为现在的大陆岩石壳和海洋岩石壳相比，相当厚 ( 宋春青和张振春 , 1996) 。大陆岩石壳的刚性远大于海洋岩石壳，海洋岩石壳受到压缩的可能性也远大于大陆岩石壳。所以，造山运动，主要发生在海洋岩石壳（见图 5 ， b ， c ）。洋中脊部分，由于受到两边的挤压，将封闭。若洋中脊两侧海洋岩石壳的比重相等、作用力相等，则洋中脊两侧共同上升，形成洋中脊隆起（这种情况为主）。若洋中脊两则的密度或作用力不相等。重的洋中脊一边海洋壳，有可能插入另一边洋壳的下面。根据地幔浮力面平衡原理，将形成造山运动（这种情况较少）。图 6. 地槽形成和造陆过程 . A ，岩石壳； B ，早期沉积物； C ，负压腔； D ，后期沉积物； E ，火山堆； F ，类花岗岩岩浆层； G ，类玄武岩岩浆层； H ，玄武岩；示火山喷发 . 洋中脊两侧的洋壳部分，在两边大陆岩石壳的挤压下，一旦海洋岩石壳宽度超过海洋岩石壳的刚性范围，海洋岩石壳将发生形变（见图 6 ， a-b ）。要么隆起，要么下降。若隆起，就成为地背斜（海山）。若下降，就成为海盆（地向斜）（见图 6 ， b ）。由于海洋岩石壳的密度比较大，再加上冰川消融后形成的海水增加，地球内压下降，海洋岩石壳下降的面积将远大于抬升的面积，也就是说，海盆的面积远大于地背斜的面积（见图 6 ， b ）。海盆一旦形成，将有沉积物在海盆里沉积（见图 6 ， b ）。随着冰川不断地消融，岩石壳严重收缩。海盆边缘受到严重挤压，因为海洋岩石壳刚性作用，海盆底部将不断下陷（见图 6 ， b-c ）。同时，海盆里沉积的上千米的沉积物，也进一步加剧了海盆的下陷（见图 6 ， b-c ）。下降的海盆，将又会有大量的沉积物沉积（见图 6 ， c ）。海盆下降深度越来越深，盆口面积越来越小。海盆下陷到一定程度，就转变为地槽（见图 6 ， c ）。地槽下降越深，槽底洋壳的弯曲度就越大，当弯曲度越过洋壳的承受力时，槽底断裂（见图 6 ， d ）。由于负压的作用，将造成大量玄武岩岩浆喷出（见图 6 ， d-e ）。随着地槽的下陷，根据地幔浮力面平衡原理，地背斜将被抬升。通过地背斜的抬升，来达到地槽和地背斜共同构成的浮力和重力平衡（见图 6 ， b-c ）。随着地背斜的抬生和地槽进一步不断下陷，将加剧地槽底部岩石壳和地背斜岩石壳的弯曲。当其弯曲程度超过连接它们洋壳的承受度时，将发生断裂。这就引起地震，引起地槽和地背斜的分离（见图 6 ， g ）。一旦地背斜和地槽分离，地槽因为失去两侧地背斜的牵扯，根据地幔浮力面平衡原理，由于地幔的浮力而上升（见图 6 ， g-h ）；地背斜将因为没有地槽的支撑而下降，冲击下面的岩浆而引起火山喷发（主要为中性或酸性岩浆的喷发）（见图 6 ， g-h ）。同时，地背斜岩石壳较重，地槽岩石壳较轻（地槽里沉积岩的比重小于火成岩性质的海洋岩石壳），地背斜和地槽岩石壳断裂时，地背斜岩石壳将向地槽下插入，这样，更进一步造成地槽抬升，形成中央隆起（见图 6 ， g-h ）。从而形成地背斜和地槽之间的重新组合。若这种组合型岩石壳达到一定厚度，根据地幔浮力面平衡原理而抬升出海面从而形成陆地板块（见图 5 ， b ， c ； E ， F ）。这称为造陆运动。造陆过程简化如下：这样，由于部分或全部海洋岩石壳转化为陆地板块，使陆地板块增加，海洋相对缩小（见图 5 ， a-c ）。海洋岩石壳和大陆岩石壳接触处，同样会有或大或小的海盆或地槽形成（见图 7,b-c ）。一旦地槽形成，在不断的、巨大的地球收缩挤压力作用下，由于海洋岩石壳比重比大陆岩石壳大，地槽将插入大陆岩石壳下面（见图 7, d ），地槽被压扁相贴（见图 7, e ），贴合处就是海沟（见图 7 ， D ）。由于海洋岩石壳向大陆岩石壳下弯曲并挤压，就使陆壳下增加了两层新的岩石壳（见图 7 ， e ），根据地幔浮力面平衡原理，被加厚处的大陆岩石壳将抬升（见图 7 ， e-f ）。这样，将使抬生的大陆岩石壳和未抬生处的大陆岩石壳发生断裂（见图 7 ， g ），从而造成火山，形成海沟后火山线（这种火山也为中性或酸性岩浆形成）（见图 7 ， h ）。图 7. 岛弧的形成 . A ，海洋岩石圈； B ，大陆岩石圈； C ，软流层； D ，海沟； E ，负压腔； F ，火山堆；示火山喷发 . 既然冰冰川形成时有造海作用，而冰川消融时具有造陆作用，那么，在地球演化的过程中，冰川的形成和消融又是如何推动地球演化的呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 14 古岩石壳的形成及大陆的演化参考文献：宋春青，张振春 . 地质学基础 . 北京：高等教育出版社 . 1996. 272-348 （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|6628 次阅读|3 个评论

地球科学原理之12 诱发地震及冰川形成时的造海作用: rock6783 2009-3-18 19:43; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）根据前一回的地幔浮力面理论，我们现在来分析冰川形成时的造海作用。为了便于理解冰川作用的机理，我们先来分析一下诱发地震。诱发地震是人类活动引发的地震。主要有水库地震、矿山地震等。水库蓄水时，大量水转入，在水库处形成巨大荷载。根据地幔浮力面平衡原理，水库处将相对地幔浮力面下降，这样就引起水库处地面下陷而形成地震。矿山开采时，大量矿物（如煤炭）转出，在矿山处形成巨大卸载。根据地幔浮力面平衡原理，矿山处将相对地幔浮力面上升，这样就引起矿山处地面上升而形成地震。石油开采形成的地震和矿山地震类似。虽然水库地震和矿山地震的发震机理，目前尚有争议 (Gupta, 1992; Gupta, 2002; 秦四清和张倬元 , 1995) 。但地震界一致公认，印度的 Koyna 水库 6.4 级（ 11-12-1967 ） ( Gupta, 1985; Agrawal, 1972; Murthi, 1968 ) 和中国的新丰江水库 6.1 级（ 19-03-1962 ）地震 ( Chen and Talwani, 1998; Rui 1978 ) ，都是由于水库蓄水后引发的地震；德国东部 Suna 钾碱矿区 5.2 级（ 24-06-1975 ）和波兰 Lublin 铜矿区 4.5 级（ 24-03-1977 ） ( 张少泉等 , 1994) 及中国湖南邵东煤矿 3.2 级（ 04-09-1997 ）地震，都是由于采矿或采煤引起的地震 ( Gibowicz and Guterch, 1982; Gibowicz, et. al., 1981; Cook, 1970; 肖和平 , 1998) 。据统计发现（ 1981 ）： 10m 坝高 90m 的 11000 座大坝，发生水库地震的概率为 0.63% ； 90m 坝高 140m 的大坝，发生水库地震的概率为 10% ；坝高 140m 的大坝，发生水库地震的概率为 21% ( 易立新等 , 2003) 。这说明，水库地震的发生，明显与坝高和库容呈正相关；坝越高，库容越大，发生水库地震的可能性就越大。矿山地震，也与矿井深度和开采量正相关 ( 肖和平 , 1998; 陈德贻等 , 1996) 。 Koyna 水库蓄水 5 年后发最大震（震源深度 27 km ），新丰江水库蓄水 2 年后发最大震（震源深度 5 km ） ( 易立新和车用太 , 2000) 。水库地震，具有明显的滞后性，这说明水体对岩石的作用，是一种缓慢作用过程。水库区域能发生地震，就说明水库水体作用于岩石，已引起了岩石层的断裂。 Koyna 水库，库深 100m ，库容 2.78 10 9 m 3 ，库面积 1.15 10 2 km 2 ，玄武岩底质；新丰江水库，库深 97m ，库容 1.15 10 10 m 3 （约 1.15 10 13 kg ），库面积 3.9 10 2 km 2 ，花岗岩底质 ( 易立新和车用太 , 2000; 杨清源等 , 1996) 。这说明，象 Koyna 和新丰江水库这样的水深和库容（水体质量），能引起玄武岩或花岗岩岩石层断裂，引发 6 级以上的地震 ( 杨清源等 , 1996) 。从以上可以看出，虽然水库蓄水和矿山采矿，致岩石层断裂发生地震的机理，尚有待进一步研究 ( 秦四清和张倬元 , 1995) ，但水库蓄水和矿山采矿能致玄武岩或花岗岩层断裂，已是不争的事实。和诱发地震一样，冰川引起造海作用，也是由于巨大质量的转移造成的 ( Kivioja, 1967) 。因为水库地震的发生，明显与坝高和库容呈正相关；坝越高，库容越大，发生水库地震的可能性就越大。可以想象一下，假设南极不是冰盖而是一个水库，当一个水库贮水高度达到 2450 米，也就是 Koyna 水库或新丰江水库的坝高的 24 倍，你能保证这个超级水库不会引发地震吗？你能保证这个超级水库处不下沉吗？因为 90m 坝高 140m 的大坝，发生水库地震的概率为 10% ；坝高 140m 的大坝，发生水库地震的概率为 21% ( 易立新和车用太 , 2003) ，你估计一下，这个坝高 2450 米的南极巨无霸水库发生地震的概率是多少？所以，当面积 1.4 10 7 km 2 、重约 2.64 10 19 kg 、平均厚 2450m 、最厚处 4645m 的南极冰盖形成时 ( 秦大河和任贾文 , 2001) ，引起南极下陷，及引起地球岩石圈最易破裂处的花岗岩或玄武岩质岩石圈开裂，是很自然的。现以南极冰盖为例，分析冰川形成时的造海作用。南极冰盖未形成时，岩石圈和地幔处于流体静力学平衡状态（见图 3 ， a ）。当南极冰盖形成时， 2.64 10 19 kg 的海洋水转移至南极，引起海退；海洋岩石壳上的重量将减少，南极大陆岩石壳上的重量将大大增加（见图 3 ， b ）。因这种作用是缓慢进行的，地球将表现出明显的塑性 ( 刘本培和蔡运龙 , 2000) （见图 3 ， c-f ）。根据地幔浮力面平衡原理，南极冰盖下的岩壳将大幅度下降（见图 3 ， c-f ）。图 3. 南极冰川形成引起的造海过程 . A ，岩浆从洋中脊涌出； B ，南极冰川； C ，老岩石壳； D ，软流层； E ，由洋中脊处涌出岩浆形成的新海洋岩石壳 . 地球是一个密闭流体球体，岩石圈就是这个密闭流体的容器（见图 2 ）。根据流体力学原理，密闭流体在外力的作用下，流体不会或几乎不会被压缩；根据巴斯噶原理：施加压强于密闭容器内的流体，此压强无变化地传到流体的各部分及容器的器壁 ( 赵景员，五淑贤 , 1981) 。所以，当巨大重量的冰川引起南极岩石壳下陷时，将产生巨大的压强，流体地幔会把这个压强传至地幔的任何地方，并传至垂直于地壳的任何方向，且压强不变，方向向外（见图 3 ， b ）。这样，地球将在这个巨大作用力的作用下，向外膨胀（图 3 ， c-f ）。图 4. 洋中脊形成和海底扩张 . A ，海洋岩石壳外侧； B ，海洋岩石壳内侧； C ，岩浆流动方向； D ，海底扩张方向； E ，老洋底； F ，早期形成的新洋底； G ，较迟形成的新洋底； H ，最后形成的新洋底 . 地球向外膨胀时，地球表面积将增加；也就是说，冰川形成的巨大作用力，将利用类似水库地震或矿山地震形成时，致岩石断裂的机制，在岩石圈的某处（最易破裂处，一般为洋中脊），将其撕裂（图 3 ， c-e ）。为了释放压力，岩浆将会从破裂处流出（图 3 ， c-e ）。这样就形成了洋中脊，从而使海洋得到扩张（见图 4 ）。洋中脊逐渐流出岩浆（见图 4 ， b-e ），直至把冰川施加的压力全部释放完为止。这就是造海运动（见图 4 ， b-e ）。因洋中脊处岩浆的喷出，是由于流体的压力造成的，所以，洋中脊处喷出的岩浆，是比较容易流动的地幔深处类玄武岩岩浆的岩浆（见图 2 ， C ），形成的岩石是玄武岩。其实，大陆岩石壳处也有岩浆上涌，只是大陆岩石壳较厚，岩浆不可能涌出地面，只会浸入陆壳的裂隙而形成浸入岩。但这种岩石大多由地幔浅处较轻的中性或酸岩浆形成（见图 2 ， B ），多为高 SiO 2 岩石类，如花岗岩。冰川是逐渐形成的，洋中脊处的岩浆喷出，也是缓慢进行的，玄武岩岩浆喷出后凝固（图 4 ， b-c ），再喷出再凝固（图 4 ， c-e ）。从而使地壳扩张（图 4 ， b-e ）。南极冰盖对地球的作用，属于单极冰川作用，因北冰洋是海洋，冰川只能从一极挤压地球。若是双极冰川，冰川将从二极挤压地球。冰川一旦形成，冰川就会流动，巨大冰川的流动产生的力量是巨大的。所以，当在一极或二极形成的冰川，它流动时产生的力量一旦大于位于它下面的地壳的抗张力，将造成地壳的破裂。大陆板块一旦破裂，就会产生和海洋洋中脊一样的造海作用。随着新海洋的形成，引起原来大陆板块的解体。受不同岩石壳抗张力大小不同的影响，有的地方容易形成洋中脊式的海洋岩石壳扩张。有的海洋岩石壳或大陆岩石壳，只有当压力足够大时，才可能形成洋中脊扩张。也就是说，并不是所有的海洋的洋中脊都一定是同时或同等强度地喷发岩浆而形成造海运动。有的先，有的后，有的快，有的慢。先形成洋中脊的，洋底先扩张，后形成的，洋底后扩张，不形成洋中脊的不扩张。形成洋中脊强度大的，洋底扩张快，形成洋中脊强度小的，洋底扩张慢。在新解体的板块之间形成的洋中脊，也一样符合以上的变化规律。这样，地球表面海洋的分布和大小，将重新进行调整。有的海洋大小不变，有的海洋增大，有的海洋缩小；在原来没有海洋的地方，也会重新形成海洋。冰川的形成时具有造海作用，那冰川消融时会有什么作用呢？这种作用又是怎么起作用的？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 13 冰川消融时的造山运动参考文献：陈德贻，刘奇武，杨建明 . 湖南娄底煤田矿山诱发地震的分析 . 中国地震， 1996 ， 12 （ 3 ）： 325-330 刘本培，蔡运龙 . 地球科学导论 . 北京：高等教育出版社 . 2000. 8-303 秦大河，任贾文主编 . 南极冰川学 . 北京：科学出版社 .2001. 1-220 秦四清，张倬元 . 水库诱震机制新理论的探索断层带弱化与岩体软化效应诱震理论 . 工程地质学报， 1995 ， 3 （ 1 ）： 35-44 肖和平 . 煤矿诱发地震研究 . 华南地震， 1998 ， 18 （ 4 ）： 83-87 杨清源，胡毓良，陈献程，陈凌岳 . 国内外水库诱发地震目录 . 地震地质， 1996 ， 18 （ 4 ）： 453-461 易立新，车用太 . 水库诱发地震及其水文地质条件和诱震机理 . 中国地质灾害与防治学报， 2000 ， 11 （ 2 ）： 46-50 易立新，车用太，王广才 . 水库诱发地震研究的历史、现状与发展趋势 . 华南地震， 2003 ， 23 （ 1 ）： 28-37 赵景员，五淑贤 . 力学 . 北京：人民教育出版社 . 1981. 342-428 张少泉，关杰，刘力强，滕学军 . 矿山地震研究进展 . 国际地震研究进展， 1994 （ 2 ）： 1-6 Agrawal P. 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地球科学原理之10 冰川造成地球均衡调整: rock6783 2009-3-15 19:43; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）从前几回已知，随着对地球的不断认识，人们就大地构造，曾提出过很多学说。比较著名的有地槽 - 地台学说（ J. D. Dana, 1873 ）、大陆漂移学说（ Wegener, 1912; Wegener, 1915; Wegener, 1929; Wegener, 2001 ）、海底扩张学说（ Hess, 1962; Dietz, 1961 ）和板块构造学说等 ( Morgan, 1968; Isachs et.al., 1968; Mckenzie, 1969) 。板块构造学说得到古地磁学、地震学和古生物学等众多科学依据和测量数据的支持，被称为 20 世纪地质学的伟大成就 ( 傅容珊和黄建华， 2001) 。板块构造学说对 2 亿年龄的海洋和大洋壳的地质问题，进行了很好的解释 (Mckenzie, 1969; 傅容珊和黄建华， 2001) ，但仍留下一些有待解决的问题 ( 傅容珊和黄建华， 2001; Stacey, 1992; 宋春青和张振春 , 1996) 。为了解决大陆地质历史演化过程、地壳生长机制和板块运动驱动力等方面的问题，我们就现有地质学、古生物学、地球物理学、地球化学和古气候学等资料，对大地构造演化的地球动力学问题进行分析。首先，我们来看一看冰川及冰川的形成和消融所造成的地球均衡调整。 1 冰川及其分类冰川，一般可分为高山冰川和极地冰川。高山冰川一般分布相对分散，且面积和体积相对较小。北极冰川集中在格陵兰岛，占全球冰川的 9% 。南极冰盖，集中了全球 90% 的冰川，位于南极洲上 ( 秦大河和任贾文 , 2001) 。极地冰盖，根据它对地质影响的不同，又可以分为三种：两极均是深海洋（海洋的深度大于冰川的入水深度，冰川不能直接和海洋底相接触）时形成的冰川海洋冰川，两极均位于大陆而形成的冰川双极冰川和一极是大陆一极是海洋时形成的冰川单极冰川。当冰川形成时，若是海洋冰川，不管冰川有多大，因其不能直接接触地壳，故它不能直接作用于它下面的地壳。同时，由于冰川的下部直接位于海洋中，由于海洋的对流（包括水平流和垂直流），相对于大陆极冰川来说，容易熔化。一般来说，这样的冰川不会造成明显的地质作用。 2 冰川造成地球均衡调整第四纪时，北欧斯堪的纳维亚地区和北美哈得逊湾地区有北极冰川存在。自 15000 年前冰川消融，哈得逊湾抬升了 300 米。现在，这一地区仍以每年 2cm 的速度抬升。经计算，如果该区域要恢复冰川前的高度，并重建重力均衡，它必须再上升 80 米 ( 陶世龙等 , 1999; Stacey, 1992) 。自 10000 年前冰川消融后，斯堪的纳维亚地区已经抬升 250 米，目前仍以每年 1 cm 的速度抬升 ( 陶世龙等 ,1999; Stacey, 1992) 。甚至有人估计，斯堪的纳维亚可能冰后抬升了近 850 m (Gudmundsson, 1999) 。以上证据证明，地球，这个被岩石圈圈闭流体球，的确有一定的塑性。当冰川形成时，冰川及冰川下岩石圈一道，因巨大的冰川均衡作用而下沉 ( Marquart, 1989; Davis et.al.,1999; Makinen and Saaranen, 1998; Davis and Mitrovica,1996; Boulton et.al., 1982; Clark et.al.,1994 ) 。在冰川消融期，由于巨大的冰川逐渐消失，原冰川区的岩石圈反弹性上升（ Peltier and Jiang,1996; Lambert et. al.,2001; Lambeck et.al., 1998; Gudmundsson,1999 ）。为什么冰川的形成和消融，会造成地球的均衡调整？我们将在下一回用浮力实验进行分析。详细内容，且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 11 地幔浮力面理论参考文献：傅容珊，黄建华 . 地球动力学 . 北京：高等教育出版社 . 2001. 1-320 秦大河，任贾文主编 . 南极冰川学 . 北京：科学出版社 .2001. 1-220 宋春青，张振春 . 地质学基础 . 北京：高等教育出版社 . 1996. 272-348 陶世龙 , 万天丰 , 程捷 . 地球科学概论 . 北京 : 地质出版社 .1999, 89-100 Boulton G. S., Baldwin C. T., Peacock J. D., McCabe A. M., Miller G., Jarvis J., Horsefield B., Worsley P., Eyles N., Chroston P. N., Day T. E., Gibbard P., Hare P. E., von Brunn V. A glacio-isostatic facies model and amino acid stratigraphy for late Quaternary events in Spitsbergen and the Arctic. Nature,1982, 298: 437-441. Clark J. A., Hendriks M., Timmermans T. J., Struck C., Hilverda K. J. Glacial isostatic deformation of the Great Lakes region; with Suppl. Data 9409. Geological Society of America Bulletin, 1994,106: 19-31. Dana J. D. On some results of the earth's contraction from cooling including a discussion of the origin of mountains and the nature of the earth's interior. American Journal of Science, 1873, 5: 423-443 Davis J. L., Mitrovica J. X. Glacial isostatic adjustment and the anomalous tide gauge record of eastern North America. Nature, 1996,379: 331-333. Davis J. L., Mitrovica J. X., Scherneck H. G., Fan H. 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Braunschweig, Germant: F Vieweg ung Sohns. 1915 Wegener, A. Die Entestehung der kontinente und Ozeane.(The origin of continents and oceans) ed. 4. Brunswick: Vieeweg. 1929 Wegener, A. The origins of the continents . Journal of Geodynamics, 2001, 32: 31-63 （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|2823 次阅读|2 个评论

地球科学原理之八对”理想”假说的定性模拟: rock6783 2009-3-12 07:37; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）纵观种种研究地球的理论，我们可以看出每种有影响的理论都得到相当丰富的野外观察资料和实验成果的支持，并应用当时科学成果，做出了合乎逻辑的推论。当人类取得新的观察资料和科研成果时，又会有新的假说产生。但如果新产生的假说用这些新成果去否定、抹杀原有事实的话，应是错误的。应该认为，新假说所利用的新资料是对老资料的补充和完善，所以，新假说的提出，是使人类认识问题更趋于完善、深刻，而不是对原有事实的否定。若以上学说都能很好地解决其动力学机制问题的话，以上学说在一定程度上，都应是正确的。由于以上学说在一定程度上，都得到一定的事实证据的支持，所以，一个真正正确的有关地球演化的学说，就应该是包括以上所有学说正确性的学说，同时还是应很好地解决其动力学机制问题的学说。基于以上学说都具有一定的真实性这点考虑，我们先不考虑其动力学机制的问题，而尽可能地考虑每一个学说所提供的真实事实，那么，似乎一个真正正确的学说就应是：在地球演化的某个时期或相，因某种原因地球膨胀，这样地壳表面积必然增大。因地壳岩石的弹性有限，当地球膨胀至一定体积时，在地球的某处，必然造成地壳的破裂。在膨胀力的作用下，地壳破裂或不破裂，主要由该点的膨胀力和该点地壳的抗张力大小来共同决定。由于构成地壳的岩石主要是类花岗岩和类玄武岩，它们的抗张力相差不大，所以，地壳的抗张力大小，主要由某点的膨胀力和地壳的厚度决定。因海洋壳较薄，抗张能力较小，所以，地球膨胀一旦造成破裂，应主要发生于海洋壳处。但由于大陆壳和海洋壳的复杂组合形式，这种破裂并不是同时发生于所有的海洋壳。发生破裂处，应是膨胀力最大，而所有大陆壳和海洋壳的几何构造所造成抗张合力最小的地方。一般这样的合力最小的地方，应位于大洋中心处。一旦合力最小的大洋底壳破裂，就形成洋中脊。洋中脊不断涌出岩浆，直至将造成地球膨胀的力量释放完为止。这样，地球就通过洋中脊喷发岩浆，不断形成新的海洋壳，来达到地球体积的膨胀。由于洋中脊不断形成新的海洋壳，有洋中脊的海洋自然就扩张。位于扩张海洋两侧的大陆，自然就漂移分离。洋中脊处上涌的岩浆，自然也就相当于地球深处上涌的软流圈物质，也就形成持续缓慢喷发的一种火山。洋中脊处的洋壳，在膨胀力的作用下破裂，当然会引发地震。所以，有洋中脊形成的地方，也就有地震发生。链状的洋中脊，形成链状的火山、地震带。在地球演化的另一个时期（也可能和地球膨胀同一时期）或相，因某种原因地球收缩，这样地壳表面积必然缩小。这样，地壳将发生皱缩，直至将造成地球收缩的力量释放完为止。因大陆壳远比海洋壳厚，刚性强，不易变形，而海洋壳薄，相对大陆壳来说，刚性较弱，容易变形，所以，一旦地壳发生皱缩，应主要发生于海洋壳。一旦海洋壳发生皱缩，要么向上形成褶皱 - 地背斜，要么向下形成褶皱 - 地向斜。地背斜不断扩大，就形成海岭。地向斜不断扩大，就形成海盆。若海盆两侧刚好又是大陆壳，由于大陆壳的风化作用远比海洋壳强，大量的风化产物进入海盆。在持续的地球收缩的切向压力和海盆里大量沉积物的重力共同作用下，海盆就有可能形成地槽。在地槽形成的早期或早中期，地槽里的沉积物越来越多，地槽下沉得越来越深。当地槽底部的弯曲度超过海洋壳的承受度时，地槽底断裂。由于地槽底深插入地球深处，就好像将一个空水桶口朝上压入水里一样。压入水里的水桶一旦底破裂或出现眼洞，水将在浮力的作用下，涌进水桶。一旦地槽底破裂，地槽底部下的地球深处的高温高压物质，由于降压作用而形成岩浆。和压入水里的水桶一样，岩浆将通过破裂处涌入地槽，也有可能涌出地壳而形成溢流玄武岩式火山喷发，直至将地槽下沉造成的压力释放完为止。在地槽的两侧，由于切向挤压力的存在，在形成地槽的同时，在其两侧肯定会形成地背斜，通过地槽的下沉和地背斜的上升来共同维持重力平衡。在地槽形成的中期或中晚期，由于地槽的不断下沉，地背斜将不断上升。地背斜下面的压力下降，形成负压腔。负压腔周围的高温高压物质，由于降压的作用，将形成液态的岩浆。当变形超过连接地槽和地背斜的地壳的承受力时，连接地壳将断裂。地槽两侧的地背斜地壳将塌陷，冲击其下的岩浆。岩浆在塌陷地壳的冲击力和本身的压力共同作用下，将沿断裂裂隙上升，形成火山喷发。和两侧地背斜分离后的地槽，失去两侧地背斜的牵制。由于地槽里沉积了大量沉积岩，而沉积岩的比重，远小于海洋壳的比重，所以，总体来说，由海洋壳和大量（可达几万米）沉积岩共同构成的地槽，比重小于两侧的海洋壳。在重力均衡作用下，地槽将相对两侧的海洋壳上升，这就形成了地槽的中央隆起。经地槽过程褶皱的海洋壳，厚度大大增加，当其高出海平面时，就变为大陆壳。这样，海洋壳（没有褶皱和变质）经地槽作用，转变成了褶皱和高温、高压变质的大陆壳。随着地球的不断收缩，水平切向压力的不断增加，地背斜形成的海岭，也会进一步加剧褶皱而隆升。当其隆升时，地壳下的压力下降，地壳下的高温、高压物质，由于降压作用而形成岩浆。由于地球不断收缩，海岭顶部的地壳不断弯曲，当弯曲度超地壳的岩石承受度时，海岭顶部有可能发生断裂。一旦断裂发生，地壳下的高压的岩浆将沿断裂裂隙上升，形成火山喷发。在海洋壳和大陆壳的交接处，由于有大陆不断提供风化后的沉积物，也有可能形成地槽，这种地槽，也会引发相应的火山喷发和地震。而在海洋壳和大陆壳交接处与洋中脊间的大洋中心，由于沉积物缺乏，只可能形成较深的宽大海盆，其进一步转化为地槽的可能性较小。这样，就地震来说，它主要分布于洋中脊处、地槽形成处（如大陆与大陆之间的地槽处，及海洋壳与大陆壳之间的地槽，也即海洋与陆地的边界处），在海岭处若形成火山喷发，也有可能形成地震。由于海洋壳经地槽作用形成了褶皱，厚度增加，但宽度肯定减少。位于地槽两侧的大陆肯定漂移合拢。所以，当大陆与大陆之间形成洋中脊时，大陆因漂移而分离，当大陆与大陆之间形成地槽时，大陆因漂移而合拢，最后愈合。在地槽形成过程中，会形成火山喷发。而地槽主要分布于大陆与大陆间形成地槽处、海洋壳与大陆壳交界处。火山喷发，会带出大量的地内热量及热物质，所以，热涌流及相当于热涌流的地幔柱，主要分布于洋中脊线、裂谷线、有地槽形成的大陆块与大陆块缝合线、能形成地槽的海洋壳与大陆壳交界线、能产生褶皱断裂的海岭线等处。由洋壳褶皱加厚形成的大陆壳，由于其在地球膨胀或收缩过程中都相对稳定，所以，其不容易发生变化，自然可以称为稳定板块。由洋中脊形成的海洋板块，若其在地球收缩过程中还没有形成大陆与大陆间的地槽或大陆与海洋间的地槽的话，它也相对稳定，也可以被称为相对稳定的板块。这样，洋中脊、能形成地槽的陆 - 海交界线，就成为主要的板块界线，板块应主要沿这些界线区分才对。自然，大部分火山和地震，也就主要沿这些界线分布。这样，就可以把历史上主要的有重要影响的地球演化方面的学说统一起来。当然，根据目前的证据来看，地球收缩和膨胀，还有两种可能，一种是膨胀和收缩交替进行，一种是收缩和膨胀同时进行。若地球由于月球的潮汐作用自转速度逐渐减慢之外，在其演化过程中，没有明显的振荡，没有明显的自转加快和减慢的时期，也即地球没有明显的收缩和膨胀的周期性变化（地球的膨胀和收缩，肯定会影响到地球的自转周期变化）的话，那么，地球的收缩和膨胀就应是同时进行的，也即洋中脊不断形成海洋壳，而地槽不断将海洋壳转化为大陆壳。除非有一种十分特殊的作用力，要不然的话，这种在洋中脊处扩张，而在大陆壳与大陆之间及大陆壳与海洋壳之间又挤压同时存在，似乎不太可能。从直觉上看，这种可能性存在的几率应该不大。若地球存在着明显的自转周期性变化，那就说明地球存在着明显的膨胀期和收缩期之分。当然，可以先膨胀后收缩，也可以先收缩后膨胀；再有就是收缩和膨胀相间进行。而相间进行收缩和膨胀，又可以细分为大于几亿年为单位的收缩和膨胀相间，和小于几万年甚至几年的收缩和膨胀相间。这应可以通过检测地球演化过程中自转周期变化来验证。从直觉上看，这种可能性较大。只要能找出一种同期性的作用力，它在 A 时期使地球收缩，而在 B 时期又能使地球膨胀就行。虽然已有了一个理想的假说，但是，是什么能量造成了地球演化和构造运动？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之九地球演化和构造运动的能量来源（ http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=217072 ）（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|3698 次阅读|5 个评论

地球科学原理之七对现有假说的分析: rock6783 2009-3-11 13:10; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）从地球膨胀说所依据的事实证据，和以上我们列举的 60 个大家公认的事实看，在地球演化的某个时期，大洋的确在破裂形成洋中脊，洋中脊岩浆上涌造成海底扩张；地球上，也的确有裂谷出现；板块之间，也的确有漂离现象出现。这些基本事实，是不容否定的。所以，地球在其演化的过程中的某个阶段、或某个时期、或某个相位，的确存在着体积的膨胀。通过地球体积的膨胀，造成了以上现象的出现。所以，在一定程度上说，地球膨胀说是正确的。当然，地球膨胀说所得出的地球膨胀的体积达 1/10 以上的说法，及他们所提出的地球膨胀的动力机制，由于得不到有力的正面证据支持，而同时受到很多的反面证据的否定，所以，肯定是错误的。从地球收缩说所依据的事实证据，和以上我们列举的 60 个大家公认的事实看，在地球演化的某个时期，也的确有地槽出现；由于大家公认大陆壳是由于海洋形成的。而大陆壳是高度褶皱和变质的岩石构成的。没有褶皱的大洋壳，要变成高度褶皱的大陆壳，地球肯定出现过水平侧向挤压力；近圆形的海盆要变成线形的地槽，也必须要有水平侧向挤压力的存在；地球也的确存在板块漂合的现象。既然在地球的演化过程中的某个阶段、某个区域、或某个相位，没有褶皱的海洋壳要变成高度褶皱的大陆壳；近圆形的洋盆要挤压形成线状的地槽；板块要漂合进行拼接。地球在演化过程的中某个阶段、某个时期、某个区域或某个相位，肯定存在着地球体积的收缩，通过地球收缩产生的侧向挤压力，造成以上现象的出现或形成。所以，在一定程度上，我们可以说，地球收缩说也是正确的。当然，地球收缩说所得出的地球收缩的体积达 1/10 以上的说法，及他们所提出的地球收缩的动力机制，由于得不到有力的正面证据支持，而同时受到很多的反面证据的否定，所以，肯定也是错误的。由于公认的事实支持地球在其演化过程中的某个时期、或某个阶段、某个区域、或某个相位的确存在着地球的膨胀，在同一个时期、阶段、区域、相位，或另一个时期、阶段、区域、相位，地球又存在着收缩，所以，我们可以说，地球脉动说，在一定程度上也是正确的。同样，地球脉动说所提出的动力机制，也得不到目前所证实的证据的支持，反而受到一定证据的否定，所以，也肯定是错误的。涌流学说提出的软流圈岩浆上涌形成火山和地震，形成地球现有的热点，形成洋中脊，这也得到一定证据的支持。她所解释的地球收缩造成涌流上涌，从上面的地球收缩说的分析看，似乎也有可能，但她也没有很好地解决地球为什么会周期性收缩的最终地球动力学问题。热点 - 地幔柱说所提出的热流从地球深处上涌，形成火山喷发和地震，也得到很多证据的支持，这也是事实。说明地球的确有热流在某些区域上涌，引发了火山和地震。但是，地幔柱为什么主要形成于海岭、裂谷处？为什么其它区域却很少有？地幔柱到底来源于软流圈还是地幔深处或甚至地核处？也还是剧烈争论的问题。所以，总的来说，地球在其演化过程中，的确有地幔柱的存在，但地幔柱到底是由于什么原因形成的，也即地幔柱的动力学问题，也还是没有解决的问题。地槽在地球演化过程中的某个时期、阶段，在某些区域肯定出现过，这是不容否定的事实 ( Dana J. D., 1873 ) 。海洋壳通过地槽的形成，完成了褶皱过程，形成大陆壳。地槽的形成过程，也伴随着大量的火山喷发和地壳的断裂，这些断裂，应该会引起地震。所以，地球演化过程中在某些时期的某些区域会形成地槽是肯定的。所以，地槽学说在一定程度上肯定是正确的。但是，是什么力量造成地槽形成的早期下沉，又是什么力量造成地槽形成晚期的中央区域上升成为山脉？也即地槽形成的动力学问题，也一直是困扰地槽学说的最大问题，这也是主流地学界慢慢淡忘它的主要原因。大陆肯定存在漂移，到目前为止，这已是大家公认的事实，不容否认。在大陆漂移学说形成的初期，也就是因为其不能很好地解释其漂移的动力学机制问题，在上世纪 20 年代末，受到了当时地学主流学派的否定。虽然自海底扩张学说提出后，大家承认了其的正确性，但是，大陆漂移的动力学机制，直到目前为止，争论仍很大。所以，可以说，大陆漂移学说是得到很多事实支持的，但其形成机制，即动力学问题，仍没有得到很好地解决。由于古地磁学的成就，海底扩张现在也已是大家公认的事实。由于现在的地学主流学派否认了地球膨胀学和地球收缩说，所以，海底为什么会扩张？也即洋中脊形成的机制问题，也还是地学界争论的问题。源于大陆漂移说和海底扩张说的板块构造学说提出的洋中脊在不断形成海洋壳，而海洋壳在某些海洋壳与大陆壳交接处不断消亡；火山和地震主要存在于某些海洋壳和大陆壳的交界处及洋中脊处，这些都是不容否定的事实。这也是板块构造学说能成为当今地学主流学派的主要根据。板块，是地球演化过程中在一定阶段相对稳定的地块。但到底怎么样划分现阶段地球的板块最为准确？地学界仍存在很大的分歧。所以，从板块学说形成以来，地球的板块越来越多，越来越小。这本身就说明，在地球演化过程中，板块的稳定是相对的，是随着时间的变化而变化的。不同的板块，现阶段的稳定性是不一样的。我们现在的板块，只能代表现阶段这些地块的相对稳定性。因为板块学说源于大陆漂移学说和海底扩张学说，而大陆漂移学说和海底扩张学说本身就没有解决其动力学问题，所以，板块构造学说，也不可能解决其动力学问题。涌流学说、地幔柱学说、地幔对流学说都试图解决板块构造学说的动力学问题，但仅就现阶段来说，它们都受到了很多不容否定的反对证据的否定。综上所述，我们发现，以上提出的所有的曾对地学有重要影响的学说，它们本身都具有一定的真实性。但都仍存在着这样或那样的问题。其中一个最主要的问题，或者它们最终被地学主流学派否定（就目前来说，板块构造学说除外）的主要原因是它们都没有很好地解决其动力学机制问题。当然，板块构造学说也不例外，它虽然目前仍得到地学主流学派的支持，但也没有很好地解决其动力学机制问题。那么，到底一个什么样的假说才可能真正正确？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之八对理想假说的定性模拟参考文献： Dana J. D. On some results of the earth's contraction from cooling including a discussion of the origin of mountains and the nature of the earth's interior. American Journal of Science, 1873, 5: 423-443 （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|3855 次阅读|1 个评论

地球科学原理之六 60个地质事实: 热度 1 rock6783 2009-3-9 14:17; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）就目前来说，虽然地学方面的很多问题尚有争议，但有些事实，得到地学界一致认可。就地球来说，大家公认的基本事实有很多，现举一些与地球演化假说相关的事实： 1 、海洋地壳薄，一般不足 10 km ，大多仅 5 -7km ，大陆地壳厚，一般 30 -35 km ； 2 、海洋地壳一般没有褶皱，一般也没有变质，大陆地壳毫无例外，都是由褶皱的且大多高度变质的岩石构成； 3 、古老的大陆壳，一般包括两层，底层的高度变质和褶皱的结晶底，及覆盖在其上面的没有变质且没有褶皱的沉积盖层，且这两层的形成年代相差很大，褶皱、变质的结晶底形成早，没有褶皱、变质的沉积盖层形成晚； 4 、现有的海洋壳的面积远大于陆地面积； 5 、在地球演化的早期，只有海洋壳，没有大陆壳，大陆壳是在地球演化过程中逐渐形成的，且大陆壳的面积在不断增加； 6 、大陆壳大多由类花岗岩构成，含二氧化硅较多，一般我们称之为酸性岩石，且越古老的大陆壳，岩石的酸性越强，越新的大陆壳，岩石基性越强，海洋壳由类玄武岩构成，含二氧化硅较少，一般我们称之为基性岩石； 7 、古老的大陆壳，一般没有山脉或没有较大的山脉，地势较为平坦，在其平坦的结晶基底上，大多覆盖有不整合、后形成的沉积盖层，而后形成的大陆壳往往有山脉或巨大山脉，上面一般没有沉积盖层； 8 、现有的海洋壳，都是中生代以来形成的，海底没有发现中生代以前的海洋壳； 9 、山脉下，一般都有和山的高度相对应的山根 ( 但山根深度的绝对长度比山的高度大 ) ； 10 、在地球演化的过程中，洋中脊破裂，有洋浆上涌，上涌的类玄武岩岩浆冷却后形成洋壳； 11 、越接近洋中脊的洋壳形成时间越新，越远离洋中脊的洋壳形成时间越老； 12 、大洋（如太平洋）留存的洋壳较老（如太平洋尚有侏罗纪形成的洋壳），较小的洋（如大西洋等）则留存的洋壳较新； 13 、板块之间的确存在漂移，板块之间形成洋中脊，则板块漂离，板块之间没有洋中脊而只有洋壳，则漂合；板块之间是新形成的陆壳，而没有洋中脊，也会适当漂合；若板块之间是稳定的大陆壳区域，一般漂移不明显； 14 、在洋中脊、部分海岭、裂谷及洋壳和陆壳的边界处，会有热流或岩浆上涌； 15 、在陆壳上，有时也会有裂谷形成； 16 、离洋中脊越近，形成的岩浆越呈基性，离古老大陆壳越近，岩浆越呈酸性； 17 、地震主要发生在地壳水平运动或垂直运动剧烈处；火山一般发生在陆壳和洋壳交接处或海岭处或裂谷形成处； 18 、在地球演化过程中，地球的自转总体上是逐渐减慢，但在逐渐减慢的过程中，曾发生过多次振荡，有时快，有时慢，存在交替变化； 19 、地球有磁场，且磁场有变化，并有反转； 20 、地球上曾形成多次冰川，地球演化过程中，冰川期和间冰期交替出现； 21 、硅岩主要形成于前寒武纪； 22 、碳酸盐岩主要形成于太古代之后； 23 、硅岩和碳酸盐岩是火山岩和碎屑沉积岩之外数量最大的两种岩石种类，也是数量最大的两种自生沉积岩； 24 、地球形成的早期没有氧气，除少量氧气是由水的光解产生的之外，绝大部分氧气是由生物的光合作用形成的； 25 、地球上的二氧化碳总体上是逐渐减少的，但出现过多次浓度的波动，一般来说，冰川期二氧化碳浓度较低，而间冰期二氧化碳浓度较高； 26 、地球去气气体含有大量的酸性气体，所以，去气气体冷却或溶于水后形成的液体是强酸性液体； 27 、太阳光的能量是逐渐增强的； 28 、地球的整体温度是逐渐降低的； 29 、从表至里，地球的温度逐渐增高； 30 、从表至里，地球的压力逐渐增大； 31 、地球应具有铁、镍等重金属核心； 32 、地球表面的地壳，具有各向异性，这种特性陆壳比海洋壳更强烈或明显； 33 、构成地球的物质，表面的地壳比重最小，由表及里比重逐渐增大，直至最中心的铁、镍核心； 34 、地球具有均衡调整能力； 35 、二氧化碳、甲烷等气体的确有温室效应； 36 、地球去气气体相对于现今大气来说，具有强烈的还原性； 37 、地球的大气，是由于去气作用和生物的光合作用共同形成的； 38 、地球上的生物经过多次大灭绝和复苏； 39 、地球演化过程中，曾经有过多次海进和海退； 40 、曾经有陨石撞击地球和月球及其它太阳系的星体；太阳及太阳系的其它星体上有大量的氢等还原性气体； 42 、地球是仅有的大气里有大量氧气的太阳系星球； 43 、地球是太阳系仅有的有大量液态水的星球； 44 、地球是太阳系仅有的有强烈构造运动的星球； 45 、地球是太阳系仅有的有大量生物生存的星球； 46 、地球是太阳系里仅有的大气里有大量氮气存在的星球； 47 、地球具有固体潮，在月球的作用下能产生潮汐现象； 48 、地球上的岩石能被风化作用风化； 49 、地球是太阳系里仅有的有臭氧层的星球； 50 、地球上的主要能量有太阳能、放射能、重力势能、动能（如碰撞能、自转能）； 51 、地球的大地水准面的确存在着重力异常和大地水准面异常； 52 、月球只有一面对着地球； 53 、地球的两极的确存在漂移； 54 、大地震主要发生在大潮期； 55 、火山发生时，会伴随着发生地震； 56 、现阶段的地球，的确存在着北半球收缩南半球扩张； 57 、就南、北极大地水准面来看，目前的地球的确呈梨形； 58 、厄尔尼诺形成时，东太平洋表面海温会升高，会引起气候异常，而这时往往地球自转减慢； 59 、北美及北欧地区在第四纪曾经有冰川形成，而现在的确存在反弹性上升； 60 、代表氧气增加的红层，只出现于元古代之后以上事实到底是不是事实？各位大侠若有高见，欢迎拍砖。若以上列出的确是不容否定的地质事实的话，那么，利用以上地质事实，对地球科学的假说进行检验性分析，哪些假说是正确的？哪些假说又是错误的？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之七对现有假说的分析（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|4170 次阅读|3 个评论

地球科学原理之九地球演化和构造运动的能量来源: rock6783 2009-2-25 16:24; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）从现有证据来看，能作用于地球的能量，主要应是重力势能、放射能、动能、太阳光能等四种。细分的话，重力势能可以分为两类：一是地球在吸积形成过程的早期造成的体积塌陷产生的重力势能；二是地球形成过程中由于熔融而造成的比重大的物质（如铁、镍等）向地心运动，而比重较小的物质（如硅酸盐岩及轻硅酸盐岩，如类花岗岩）向地表运动而产生分异的重力势能。放射能也可以分两类：一是氢等轻原子量物质的聚合而造成质量减少所释放出的原子能；二是铀、钚等物质裂变成低原子量的物质，如铅等，由于质量减少而释放出的原子能。动能，也可以分为两类，一主要是在地球吸积形成早期，大量地外物质撞入地球，地外物质的动能以碰撞能的形式作用于地球的能量；二是地球的自转速度变慢，释放出动能。现有的证据和公认的事实告诉我们，重力势能、动能，主要作用于地球形成的早期，自从地球形成之后，即地球体积接近于现在的体积之后，它们对地球的影响都相当小。若地球真正存在能引起构造运动的收缩和膨胀的话，也应主要存在于地球体积形成之后，所以，重力势能和动能不足于造成地球大规模的收缩，也不可能造成地球大规模地膨胀，更不可能造成地球周期性地收缩和膨胀。放射能虽然在逐渐减弱，但放射能具有累加性，所以，放射能有可能成为造成地球收缩或膨胀的能量。但是，地球的放射能是如此之弱，假设所有的地球构造运动都是由于地球收缩和膨胀造成，而所有的收缩和膨胀又都是由于放射能造成的，也即所有的地球构造运动都是放射能造成的话，地球自其存在以来所产生的放射能，应和地球演化过程中造成构造变化的总能量及地球逐渐向外热辐射的总能量相等。通过计算发现，地球的放射能小于地球向外热辐射的能量（陈永生和李自安， 1998 ），甚至不能维持地球的温度，以至于地球的温度不断降低，地球的放射能根本没有多余的能量用于地球的构造演化。所以，仅从能量大小上来说，放射能也不足以成为造成地球所有构造运动的能量。同时，就算放射能能量级别达到了地球构造运动所需的能量级别，放射能也很难造成地球周期性的收缩和膨胀。因为到目前为止，尚没有发现放射能强弱呈周期性变化的任何证据。综上所述，能造成地球构造运动的能量，仅只有相对来说取之不尽用之不竭，且在不断加强的太阳能。那么，太阳能为什么能成为造成地球构造运动的能量呢？太阳能又是如何造成地球的收缩和膨胀的？太阳能是如何造成地球的构造运动的呢？太阳能是全太阳系都能享受的能量，为什么仅在地球上能形成构造运动呢？这我们在后面的章节里将详细地逐步分析和讨论。在这里，我们先简单分析一下太阳能造成地球构造运动的可能性。若真是太阳能造成了地球的构造运动的话，由于它远大于放射能，它还在不断加强，仅从能量级别上看，它造成地球收缩和膨胀，最后造成地球的构造运动，是根本没有问题的。但太阳系里的 9 大行星，及众多的卫星，都能得到太阳能，为什么仅有地球能产生收缩和膨胀而最终产生构造运动呢？相对其它大多数行星或卫星来说，地球离太阳的距离近，就算是原因，也不应是主要原因，因为，离太阳比地球近的还有水星和金星。地球除离太阳较近，能得到相对较强的太阳光能外，她和其它太阳系星体不一样的，主要是其上有大量的液态水。还有，太阳系里，目前也只在它上面发现生命，也只有地球上有大量的氧气。地球上的生命，是因为地球上有水后，逐渐演化来的；而氧气，是由于地球上有生命，并演化出了能进行光合作用的植物，使地球上的氧气不断增多。所以，就算地球上的生命和氧气是造成地球区别于太阳系其它星体、造成地球收缩和膨胀，最终造成地球的构造运动的原因，也应不是最初的原始原因。所以，若真是太阳能造成了地球收缩和膨胀的周期性变化，最终导致了地球的构造运动的话，主要应是地球上有大量液态水的存在。最有可能的推测是：地球上的元素构成、地球离太阳的适当距离、地球适当的体积和质量、地球适当的自转周期和公转轨道等天文和地质因素的共同作用，使地球上有了液态的水；而这液态的水，造就了地球上的生命；地球上有了生命，也就使地球上有了氧气。在液态水、生命、高含量氧气这些地球仅有的而其它星体没有或没有同时具有的因素的共同作用下，地球利用太阳能，形成了地球仅有的周期性的收缩和膨胀，最终造成了地球仅有的构造运动。最有可能造成地球周期性收缩和膨胀的三大原因 - 液态水、生命存在及大量氧气中，生命的存在和氧气的存在，很难单独造成地球的周期性收缩和膨胀。所以，地球上生命的存在和大量氧气的存在，不可能直接造成地球的周期性收缩和膨胀。最有可能造成地球周期性收缩和膨胀的因素，就只剩下大量的液态水了。根据目前一致公认的事实和证据可知，目前的地球有一个固态的内核，一个液态的外核，一个固态的地幔，地幔外围，有一层准液态的软流圈，软液圈外是固态岩石圈（由地壳和部分上地幔构成），岩石圈外，是地球特有的大量液态水构成的水圈，水圈外是地球特有的含大量氧气等气体的大气圈。我们说地球的体积收缩和膨胀，在很大程度上，我们是以岩石圈（或固体地球）为标准的。也就是说，我们说地球的收缩，是指地球岩石圈的收缩；我们说地球的膨胀，也指的是地球岩石圈的膨胀。若真是地球上独有的大量液态水造成了地球的收缩和膨胀，唯一可能的是，岩石圈外的液态水，以某种形式或某种方式进入地球的岩石圈内部，使岩石圈的体积得以增大。当其从岩石圈内部释放出来时，使岩石圈体积得以缩小。虽然构成岩石圈的花岗岩和玄武岩对水有一定的通透性，但要有能造成地球构造变化规模的水进出岩石圈，并能造成岩石圈体积在一定规模上膨胀和收缩，仅靠少量水的渗透是不可能完成这个任务的。综合考虑现有的事实和证据及地球的演化历史，水圈的液态水，唯一进入岩石圈，造成岩石圈膨胀和收缩的可能，是水在两极形成冰川（当然也可能在高山上形成冰川，但其规模远小于极地地区），通过冰川的形成和消融而造成地球的岩石圈体积膨胀和收缩。当厚达几千米（如现在的南极冰川平均厚度为 2450m ，最厚处 4645m ）的极地冰川形成时，造成极地区域重力正异常，大地水准面负异常。在地球均衡调整作用下，极地冰川和冰川下的岩石圈一道下沉，直至重力正异常消失为止。这样，地球所特有的大量液态水，以冰川的形式，进入了地球岩石圈的内部，使地球岩石圈的体积膨胀。当冰川消融，大量的冰川质量转移至海洋，原冰川区重力负异常，大地水准面正异常。在地球均衡调整作用下，原冰川区反弹性上升，造成岩石圈收缩。那么，液态水、生命和氧气这些地球特有的因素，又是怎么通过太阳能造成地球周期性地收缩和膨胀的呢？我们将在后面的章节里详细讨论。下一部分（近 10 回的篇幅），我们将分析冰川的地质作用及其证据。冰川可分为哪些种类？冰川能造成什么样的均衡调整？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 10 冰川造成地球均衡调整参考文献：陈永生，李自安 . 地球形成与演化的一种新说法 . 北京：石油工业出版社 . 1998 ： 13-79 （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|4929 次阅读|6 个评论

“雪球地球”假说: songshuhui 2008-9-2 15:33; topaz 发表于2008-06-5 星期四 23:38 分类: 其他 | | 通过对于地质沉积物以及其他地质证据的研究，科学家告诉我们地球上曾经出现了两次最著名的冰期，一次是发生在大约100万年前的更新世，当时人类刚刚开始进化，因为地球围绕太阳的公转轨道出现变化，整个北大西洋沿岸的大陆边缘都铺上了厚厚的冰层；另一次则是大概21000年前，北美和欧洲的大部分地区被厚达2公里的冰层覆盖，并且导致海平面下降了120米之多，这次5亿年以来最残酷的冰期至少影响了地球表面30%的地区。但是这两次冰期，都没有发生在8亿~5.5亿年之间的全球性冰期事件来的更戏剧和更残酷。在1964年，剑桥大学的B.W. Harland最早对全球范围内新元古代（大概8亿~5.5亿年前）的冰期沉积物做了研究，他提出在全世界各个大洲都有8亿~5.5亿年前的冰期沉积物。同时，他通过简单的地磁学分析指出，当时这些大洲其实并没有像现在那样被海洋分开，而是在赤道附近汇聚成一整块巨大的大陆。而在当时，板块漂移学说也才慢慢被接受。但是由于分析手段缺乏，加上数据有限，所以B.W. Harland的说法并没有明确的得到广泛地证实，更没有人能解释，冰期沉积怎么到了赤道附近？在B.W. Harland提出这个想法的同时，列宁格勒地球物理天文台的Mikhail Budyko提出了一条能够使赤道地区结冰的可能。那就是地球是通过吸收太阳光能来保持温度的，而如果地球上有很多的冰雪覆盖，把大部分太阳光反射出去（这个叫做反照率），地球表面没法吸收那么多的太阳能，就会导致温度接着下降，然后就会有冰雪继续增加，这属于反照率的一个正反馈。现代地球的冰雪仅仅在极地附近，加上温室气体的保护，所以反照率的影响并不大。可是如果条件极端一点，冰雪覆盖到南北纬30左右的时候，这个反馈就会失去控制，冰雪会继续覆盖到赤道附近。这样的反照率引起的大灾难在其他星球曾经发生过，它被认为是不可逆转的，那么如果发生在地球，雪球是如何解冻的呢？在随后的二三十年里面，通过科学家在海洋生物学、地球化学等领域的进一步努力，获得了不少新的进展。 1987年，加州理工学院的J.L. Kirschvink等研究了澳大利亚的一块新元古代的粉沙岩之后，证实了它是属于当时沉积在赤道附近的浅海环境，确凿地说明了冰川曾经到达了赤道附近，而且这个研究成果也被后来的研究反复检测所证实。其中就包括随着古地磁学的发展，D.A.D. Evans等人在2000年研究了这个时期（8亿~5.5亿年前）各个大陆的冰川沉积地层学、地质年代学、古地磁学后指出，许多冰期沉积的杂砾岩出现在南北纬10以内，甚至没有超过60的。 1992年，J.L. Kirschvink首先提出在新元古代（8亿~5.5亿年前）曾经出现过几次（注意，不是一次，而是多次）雪球地球事件。可以想象，赤道附近都结冰了，那么整个地球还不冻的严严实实，成为一个雪球？J.L. Kirschvink认为，当时在中高纬度的反照率是很高的，形成大量冰川，然后海平面下降，导致了陆地面积增加，陆地增加进一步增加了地球的反照率；同时，热带地区大陆增加有利于硅酸岩风化，有利于大气中的CO2埋藏，加强了冰室效应。这两个因素的不断影响，导致了地球不断变冷，从而形成一个雪球。在形成雪球之后，因为地球的火山作用，不断释放出CO2等温室气体，经过长期积累，这些气体终于足够强大，产生了巨大的温室效应，地球温度升高，所以又融化了。在J.L. Kirschvink工作的基础上，哈佛大学的P.F. Hoffman等人，进一步发展了雪球地球假说。首先注意，8亿年前地球上的大陆并不是分离的，而是在赤道附近连在一起在，我们称为Rodinia超大陆；Rodinia超大陆因为一次著名的超级地幔柱的火山活动分裂了，形成几个小的陆地，这个就使得陆地的海岸线增加了很多；海岸线的增加带来两个后果:一个是生物在岸边的活动增加，光合作用的加强导致大量CO2被吸收，二个是同样增加了大陆的硅酸岩风化，而吸收了不少CO2，这两个结果导致大气的CO2迅速减少，温室变冰室，产生巨大的冰雪覆盖，进而产生了失控的反照率事件，而最终形成了雪球。经过计算，当时冰盖有1公里厚，推进到赤道附近，地球温度下降到零下50C左右。因为被冰雪埋藏，光合作用和大陆的硅酸岩风化作用都被终止，但是地球的火山活动还在继续，向外释放了大量的CO2。经过长达1000万年的积累，这些CO2终于足够强大，形成温室效应，从而迅速融化了雪球地球，在融化的时候整个海洋温度能够达到50C以上。以上便是雪球地球假说的由来，至今这个假说依然有争议，科学家还在完善着它。最后提一句，在雪球地球之所以这么重要，是因为证据表明雪球地球事件之后，地球的氧气有一个大的增加，地球生命演化实现了一次大的飞跃，即从真核生活实现了到后生生物的转变，第一次出现了多细胞的动物。这也是科学家一直在坚持研究的问题。 http://www.snowballearth.org/ 标签：冰期 , 地球 , 地球演化 , 雪球地球; 个人分类: 其他|1597 次阅读|0 个评论

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