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地球的起源和早期演化  

2017-09-30 18:49:28|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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/杜乐天

    地球最初由三类陨石(铁陨石、铁石陨石及石陨石)相互极速吸积而成。由于巨大撞击速度会产生巨量的热能,可能只要很短时间(有的学者估计只要几万年)就会形成原始的Fe-Ni地核和硅酸盐岩地幔。当时不存在地壳。有文献认为地壳是地球熔化最外层的凝固壳不符合实际。详细的地质发展史研究可以确认,地壳的形成是地球吸积成形后相当长时间物理、化学演化的产物。地球最初的10亿年是地壳生长、发育的主期,自此以后地壳生长越来越慢,规模越来越收缩。陆核开始总是彼此孤立产生,而后逐渐长大、漂移、拼合成泛大陆(当然还会再分裂,再各自长大,再碰撞拼合更大的大陆)。分久必合,合久必分,分后又合……一直到今天。总体说地壳越来越厚,从地球初期的不存在,现在已生长到厚度几十公里。不同地区有不同厚度。大洋底地壳只有几公里,喜马拉雅区厚>70公里。

    太古宙之前的所谓冥古宙现在只是时间概念,至于实物早已消失,被多次强烈的熔融、火山爆发、强酸性大气和海水侵蚀反复改造,原始状态已荡然无存。很多原始大气逃逸太空,陨石原材料相当部分已转换成岩浆岩(科马提岩、玄武岩类)。

    地球一旦成形为太阳系中独立星球,也就马上开始地壳产生的过程。冥太古的地质事件是幔汁上涌大显功能时代的开始。它的活动程度、广度、频度比现在大得不可比拟。幔汁在冥古宙的10亿年左右的伟大地球动力学功能可概括如下:

    1、把所有不相容元素(其中最重要的是NaKSiAl四个化学元素)大规模向地球表层外排,逐步形成Si-Al壳(地壳就是硅铝壳)。这种由地球内部外排的形式是氢化迁移(详见本期《氢的地球化学幔汁氢化迁移律》和《作为地球内动因的幔汁》二文)。经过亿年级的幔汁辐射和溃变运动(也就是地球史中的历次大地构造旋回),原来的陨石中的硅酸盐已经改造为地幔岩(橄榄岩类)。

    2、地球一旦成形,由于大规模排气就形成原始大气圈(以H2CO为主)和原始海洋水圈(强酸性,溶有浓HClHFHNO3等),会把陨石全部溶解、破坏。

    3、地球初期没有花岗岩类,只有高镁玄武岩类(陨石物质一旦熔化就彻底结束其天文史的使命,开始地球史新生)。

    4、只有经过几亿年的演化出现较厚的沉积岩等所谓的“灰色片麻岩”之后,才会经过熔融变成花岗岩类的岩浆。不过这样的花岗岩偏中基性,为“云英闪长岩类”“紫苏花岗岩类”。到了近代花岗岩(例如燕山期),酸性成分空前增多(SiO2高过75%)。古花岗岩类SiO268%;二价的FeMg含量高。随演化进程二价元素逐渐减少,一价和高于二价元素逐渐增多,这就是硅酸盐岩石价歧化趋势。此价歧化趋势是整个地球演化的主旋律。幔汁(HACONS超临界态化合物体系)是地球内部最伟大的价歧剂和地壳的发生剂。

    5、地球的演化,参见本期《作为地球内动因的幔汁》中的第四和第五原理。

以上是本人的粗浅理解,和中外有关文献论述不大相同。其中的突出要点是幔汁作为地球内动因功能所起的主导作用。我相信这种新的理解可以大致粗略地解开冥古宙地球演化的一些内在活动机制。当然这是一个世界性之谜,本文只是勉强加以探讨。Ω

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    ①此表是对哥姆斯帖德球粒陨石的热释气研究,它采用了三个温度段(100℃、低烧红、完全烧红进行加热)逐步分段加热的方法。对于一个样品逐步加温到设定温度,观察陨石稳定释放的气体成分。地质学上通常使用陨石代表行星吸积阶段的物质组成。可以明显看出地球的原始组成物(陨石)带来了大量的HCONS,这正是后来幔汁包含的挥发分气体组成,也就是说,在高温下(地幔)陨石的气体主要是以H2为代表,而低温下(大气圈、上地壳)气体主要以CO2为代表。

 

 

 

 

 

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