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地球深部的物质成分分层-地球及各圈层的物质组成

时间:2010-10-03 15:49 来源:未知 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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  3 地球深部的物质成分分层

  3.1 地幔的分层结构和物质成分

  莫霍面(距地表平均33km,青藏高原达到70km)是公认的地壳与地幔分界面,如将莫霍面以上的壳层岩石剥去,就可见到地幔的顶面。地幔的底面大约接近地表以下2900km深处,地幔的总厚度略小于2900km。和地壳、地核相比,地幔的物质密度介于前两者之间,但由于地幔的体积约占地球总体积的82.26%(图4-8),地幔的总质量在三者中是最大的,约占地球总质量的67.0%。

  地幔的最上部也由坚硬的硅酸盐岩石组成,它们和地壳一起构成了地球的岩石圈。人类虽生活在地球表层——地壳上部,但人类的生存环境不仅与水圈、大气圈和生物圈相关,也与地幔的组成、结构和状态有关。人类从地壳中获得的资源从根本上说直接或间接源自地幔,地幔中的地质作用——岩浆、构造活动可以造福人类,也可能给人类带来灾难。目前人类还不能取回深度超过13km的任何物质样品。除了幔源岩浆及其所携带的少量地幔岩石样品,可给地球科学家提供最深达约200km深处的物质样品外,人类直接研究地幔(及其以下部分)的愿望并未实现。现今对地幔(及地核)物质组成的认识主要依赖地球物理探测和高温超高压实验,80年代中期美籍华人毛和光领导的实验室在大于300万个大气压下获得了重要进展(近年可做到600万大气压)。

    (1)地幔的物质组成

  岩石圈地幔中的最重要的矿物是镁硅酸盐和铝硅酸盐两大类,局部可能有氧化物或硫化物矿物聚集,正常地幔中基本无含水矿物。其中,镁硅酸盐矿物的结构变化能反映地幔不同部位的压力条件。

 

  用第三章表3-1、表3-2介绍的地球物理资料和高温超高压实验结果拟合,岩石圈地幔(B1)的镁硅酸盐矿物应为橄榄石,大洋地壳之下已观测到橄榄岩的存在。在上地幔的温压条件下,橄榄石、斜方辉石和单斜辉石是稳定的,因而,认为上地幔顶部可以看成是橄榄石和辉石的集合体。

     

 

    岩石圈地幔底界变化于60~220km深处,其下有一个地震波减速的低速层(B2),无疑是高热梯度区。在高温条件下压力效应将被忽略,导致波速随深度增加而减小。较多学者用部分熔融或断层卸载来解释低速带的成因,认为它可能是大部分拉斑玄武岩浆的源区,对于上覆岩石圈构造演化有重要影响。著名的含金刚石金伯利岩是一种含云母橄榄岩,其岩浆来源于100~150km的深部,也提供了佐证。

    220~400km深度的上地幔下部(B3),物质又变得致密、刚性,温度也回归正常增长范围。是固相超铁镁质和铁镁质岩石,也是大量碱性玄武岩岩浆的形成区。
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