| 地球科學(xué)原理之十四古巖石殼的形成及大陸的演化 |
| 作者：廖永巖 編輯：探礦者
前面幾回我們分析了冰川的地質(zhì)作用，下面我們就利用冰川的地質(zhì)作用原理，來具體分析古巖石殼的形成及大陸的演化。 地球形成于46億年前。原始地球形成后，因重力不斷收縮和放射性元素蛻變而增加溫度。當原始地球內(nèi)部物質(zhì)增溫達到熔融狀態(tài)時，比重大的物質(zhì)向地心下沉，成為鐵鎳地核，比重小的物質(zhì)上浮組成地幔(劉本培和蔡運龍, 2000; Ringwood, 1979)。那時地球太熱，表面呈巖漿狀態(tài)，還沒有形成地殼；也沒有海洋，H2O都是以水蒸氣的形式存在于原始大氣中。 約40~38億年前，地球由于不斷的熱輻射，溫度逐漸降低。當表面溫度低于巖漿的凝固點時，最原始的巖石殼（古巖石殼）形成開始，至25億年前，古巖石殼形成完成(張均, 1998; 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所, 2000)。 巖石殼沒有形成之前，熔漿物質(zhì)的排列，呈越接近地心，密度越大，越接近地表，密度越?。ㄒ妶D2）。首先固化的是相對較輕的、含高SiO2的花崗巖類。所以，古巖石殼，完全由高SiO2巖石（如花崗巖）構(gòu)成，就是所謂的花崗巖類巖石殼。
圖2. 地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu). A，巖石圈；B，軟流圈；C，部分上地幔；D，下地幔；E，地核；F，地幔浮力面 總體來說，先形成的巖石殼，密度較小，相對較輕，如花崗巖。由于密度較輕的物質(zhì)已先固化，留下的是密度較大的巖漿，所以，后形成的巖石密度較大，較重，如玄武巖類。 所以，先形成的巖石層（或巖石殼）和后形成的巖石層（或巖石殼）相互作用時，總是先形成的巖石殼由于密度較小，較輕而位于上方，而后形成的巖石殼由于密度較大，較重而位于下方。 同樣，先形成的大陸，較輕；而后形成的大陸，較重。不同時代形成的大陸板塊，密度不一樣。越古老的板塊越輕，越新的板塊越重。由不同時代的巖石共同形成的板塊，密度由各個時期形成的板塊所占的比例來決定這個板塊的比重。 所以，巖石或板塊的比重，是由巖石或板塊在地史上形成的先后決定的。 地殼一旦形成，因為巖石殼是熱的不良導(dǎo)體，地球內(nèi)部的熱量不容易傳出來。而地球表面由于不斷向外輻射熱量，溫度不斷降低，當溫度降至100℃時，大量的水蒸氣凝聚成液態(tài)的水，就形成了原始的海洋。原始的海洋約形成于38億年前(張均, 1998) 沒有冰川形成以前的地球演化早期，不可能有造海運動和造山運動。所以，原始地球表面差不多完全由海洋占據(jù)，大地水準面大體很平整，遠沒有現(xiàn)在這么凹凸不平（圖8，a, A）。僅有象月球的環(huán)形山一樣，由于外星體撞擊而成的小塊突起。我們將這時的海洋巖石殼，稱為古巖石殼（或古巖石圈）。 自地球上第一次形成極地大冰蓋(Kaufman et. Al., 1997; Donnadieu et. al., 2004)，地球的演化開始。 冰川形成時，根據(jù)造海作用原理，古巖石殼有的地方被撕裂，形成洋中脊，由洋中脊演化出次生海洋巖石殼（簡稱海洋巖石殼）。由海洋巖石殼形成的海洋，簡稱次生海洋（見圖8，b）；由古巖石殼形成的海洋簡稱為古海洋（見圖8，a）。雖然海洋巖石殼比重稍比古巖石殼重，但相差不大。所以，海洋巖殼和古巖石殼的厚度相差不大，次生海洋和古海洋的深度也相差不太大。古海洋和次生海洋連為一體（見圖8，b）。
圖8. 古巖石圈的形成和大陸的演化. A，古巖石圈；B次大陸巖石殼；C，陸核；D，較新形成的大陸巖石殼；E，最新大陸巖石殼；F；海洋巖石殼. 古巖石殼和海洋巖石殼的厚薄相差不大。所以，冰川消融，地球收縮時，在造陸作用的作用下，它們形成陸地的方式也差不多（見圖8）。 古殼和洋殼均比較薄，在冰川的造陸作用下，形成的海盆（地向斜）不會太大（見圖9），海盆和海山（地背斜）具有多而小的特點。大量地向斜和地背斜相間排列（見圖9，c）。當冰川進一步消融，地球進一步收縮時，地向斜演化成地槽（見圖9，d）。地槽再進一步演變成中央隆起。由于地球的不斷收縮，最后，大小不等的許多中央隆起和相間其間的拗陷的地背斜一起，共同拼貼成陸核（見圖9，e-f）。這樣，就出現(xiàn)了由古殼形成的陸核，或由洋殼形成的陸核，或由古殼和洋共同形成的陸核（見圖9）。這些陸核分布于古海洋或次生海洋中，就成為地球上最早的陸核。這些陸核的特點是：數(shù)目較多，但規(guī)模都較小（見圖8, b）。
圖9. 陸核形成過程. a，示沒有陸核的地球； b，示a圖框內(nèi)陸殼的一部分放大；c，示地殼出現(xiàn)地向斜和地背斜（褶皺）；d，示褶皺擠壓；e，褶皺擠壓拼接；f，示已出現(xiàn)陸核的地球。A，海盆（或地向斜或地槽）；B，地背斜；C，海洋巖石圈；D，陸核. 在下一次冰川引起的造海過程中，又會形成更多的洋殼。而在造陸過程中，這些大小不等的陸核經(jīng)過進一步的拼貼，就形成了較大的陸核（見圖8，c）。整個太古宙、元古宙，經(jīng)過了2次以上大的冰川形成與消融(Kaufman et. Al., 1997; Donnadieu et. al., 2004; 張同鋼等, 2002)。經(jīng)過新元古的多次冰川作用，陸核不斷擴大，最終形成了西北利亞地臺、加拿大地臺、非洲地臺等古地臺(宋春青和張振春, 1996)（見圖8，b- c）。這些古地臺，主要是由古殼的高SiO2花崗巖類構(gòu)成，所含的低SiO2的玄武巖等類的后成巖石較小。 在以后奧陶紀、石炭二疊紀和第四紀冰川期，這些古地臺又經(jīng)過不斷地拼貼或分裂，再加上不斷地有，由洋殼演化來的陸殼的補充，逐漸演化為現(xiàn)在的地質(zhì)板塊（見圖8，e）。 開始形成的古地臺都不太厚，不足以支撐太深太大的地槽形成，所以，不會有高大的山脈形成。后來，當海盆兩側(cè)有足夠厚的地臺支撐時，就形成了足夠大的地槽，也就形成了象當今世界很多大山脈一樣足夠大的山脈。 冰川是逐漸形成的，并且，在形成的過程中，還會有次一級的短暫消融過程。所以，冰川形成期主要由洋中脊進行洋殼的擴張，但其間也會有海盆的形成和地槽的發(fā)育等造山運動。 同理，冰川消融期，也是逐漸進行的，在消融的過程中，還會有次一級的洋中脊短暫形成過程。所以，冰川消融期主要進行海盆形成和地槽演化等造山運動，但其間也會有洋中脊形成洋殼的造海運動，不斷給造山運動補充材料。 已形成的地臺，或大陸板塊，一般來說，是相當穩(wěn)定的。但在造山作用下，當其兩側(cè)受到強有力的抬升時，中部就會斷裂而相對下陷形成地塹。若這種情況正好處于冰川形成期或冰川消融期的次一級冰川形成期，就有可能發(fā)育成新的洋中脊。這樣，大陸塊就可能分裂，一塊大陸分裂成兩塊或多塊新的大陸。 地球上開始形成的幾次冰川，主要形成東西走向或近東西走向的洋中脊，如形成阿爾卑斯山脈、天山山脈和喜馬拉雅山脈等。而后期，才主要形成南北走向或近南北走向的山脈，如安第斯山脈和落基山脈等。所以，洋中脊作用形成大陸板塊的漂移，早期主要是南北漂移，后期才是東西漂移。南北漂移，會改變板塊的緯度。所以，地磁磁極的位置，也就相對發(fā)生了移動。可能磁極本身是不動或基本不動的?，F(xiàn)有的各大地質(zhì)板塊，在地質(zhì)史上在不停地發(fā)生著變化，也就是不停地進行分、合及擴張和縮小。所以，只要測定各個可知的地質(zhì)板塊的地磁極變化規(guī)律，就有可能知各個地質(zhì)板塊相對于地極而進行的“漂移”及分離和合并；從而推斷出各個地史時期地球各板塊的分布及大小。 冰川的地質(zhì)作用的分析到此告一段落。那么目前有沒有冰川的地質(zhì)作用的證據(jù)呢？若有，又是哪些呢？下面幾回，我們將的介紹冰川地質(zhì)作用的地質(zhì)化學(xué)和地球物理兩方面的證據(jù)。到底有哪方面的地質(zhì)化學(xué)方面的證據(jù)？且聽下回分解。 未完，待續(xù)。 下回預(yù)告：地球科學(xué)原理之15 冰期旋回中碳酸鹽巖δ13C變化規(guī)律 參考文獻： 劉本培，蔡運龍. 地球科學(xué)導(dǎo)論. 北京：高等教育出版社. 2000. 8-303 宋春青，張振春. 地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社. 1996. 272-348 張均. 生物進化. 北京：北京大學(xué)出版社. 1998. 41-99 張同鋼，儲雪蕾，陳孟莪，張啟銳，馮連君. 新元古代全球冰川事件對早期生物演化的影響，地學(xué)前緣，2002，9（3）：49-56 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所. 高等地球化學(xué). 北京：科學(xué)出版社. 2000. 1-110 Donnadieu Y, Goddéris Y, Ramstein G, Nédélec 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“地球科學(xué)原理”系列，是根據(jù)廖永巖著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科學(xué)原理》一書改編而來，轉(zhuǎn)載者請署明出處，請不要用于商業(yè)用途）  |
