地球構(gòu)造觀第5題

1、1,地球構(gòu)造觀,50317+50311小組主講：湯廉超成員：李東東、高旭和、張鵬、童仁劍、湯廉超,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,2,巖石圈為什么會發(fā)生變形？變形的主要表現(xiàn)形式是什么?通過哪些現(xiàn)象可以認(rèn)識巖石圈的垂直變位?巖石圈的水平變位是怎樣被認(rèn)識的?為什么板塊構(gòu)造學(xué)說在20世紀(jì)中葉出現(xiàn)？它依靠的基礎(chǔ)是什么?有哪些因素在影響巖石圈板塊的運(yùn)動？解釋這些運(yùn)動遇到了什么難題？簡明扼要地總結(jié)中國區(qū)域大地構(gòu)造時空演化規(guī)律。,地球構(gòu)造觀,,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)

2、展,3,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,,影響因素,,板塊驅(qū)動力來源=力學(xué)機(jī)制,板塊運(yùn)動的驅(qū)動力，迄今仍是一個尚未解決的問題。板塊構(gòu)造基本上是運(yùn)動學(xué)理論，主要描述了地球表面水平運(yùn)動的特征，沒有明確確定驅(qū)動或承載板塊運(yùn)動的力源。故至今還未有一種理論能夠準(zhǔn)確地解釋板塊運(yùn)動的動力來源。,4,,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,板塊運(yùn)動,,外生力源,內(nèi)生力源,銀河系對太陽系的向心力,固體潮,隕擊誘發(fā),,力學(xué)機(jī)制,,地幔對流模式,地幔柱模式,浮動模式,,重力機(jī)制,5,地質(zhì)學(xué)新

3、進(jìn)展,外生力源—銀河系對太陽系的向心力,,地球作為天體中的一員，遵循萬有引力定律，無時無刻不在受到宇宙中其它天體的作用力。板塊作為地球上最大的結(jié)構(gòu)單元，其運(yùn)動規(guī)律應(yīng)該受到天體運(yùn)行規(guī)律的影響。地球是一個開放性體系，因此我們不能忽視地球作為宇宙中的一員與宇宙空間進(jìn)行的能量交換。,6,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,銀河系對太陽系的向心力,,論據(jù),,1、 蔡東升根據(jù)地球上存在的突變事件以及地球在演化過程中其巖漿活動、 變質(zhì)作用以及造山運(yùn)動周期與銀河系對太陽系的

4、向心力的周期改變有關(guān)。2、現(xiàn)代天體物理模式的觀察和計(jì)算表明 140Ma 和 360Ma 時太陽系受到銀河系的向心力為極大值，而這基本正好對應(yīng)著侏羅紀(jì)和泥盆紀(jì)兩次大的板塊聚合一離散轉(zhuǎn)換期，前侏羅紀(jì)的聯(lián)合古陸，侏羅紀(jì)開始解體。,7,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,外生力源—固體潮,,在日、月引潮力的作用下，固體地球產(chǎn)生的周期形變的現(xiàn)象。隨著作用點(diǎn)的位置不同和日、 月相對于地球的位置變化，引潮力的大小、方向也發(fā)生改變。受固體潮的影響， 地面不停的變形。,8,

5、地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,固體潮,,論據(jù),,1、赤道附近的質(zhì)點(diǎn)受到的固體潮力的大小在時刻變化。但在兩極和兩極附近的很大面積的地區(qū)受到的固體潮力的方向大致是不變的，而板塊的運(yùn)動也具有穩(wěn)定的持續(xù)性和同向性，李成認(rèn)為固體潮力可能就是使板塊運(yùn)動的力源之一。2、現(xiàn)代天體物理模式的觀察和計(jì)算表明 140Ma 和 360Ma 時太陽系受到銀河系的向心力為極大值，而這基本正好對應(yīng)著侏羅紀(jì)和泥盆紀(jì)兩次大的板塊聚合一離散轉(zhuǎn)換期，前侏羅紀(jì)的聯(lián)合古陸，侏羅紀(jì)開始解體。,

6、9,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,外生力源—隕擊誘發(fā),,地球是宇宙大體系的一分子，尤其是太陽系內(nèi)部小行星對于地球的撞擊作用對于固體地球表層的影響是不可忽視的。 這是一種立足于太陽大系統(tǒng)，或者說是宇宙大系統(tǒng)的動力學(xué)工作假說。,10,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,隕擊誘發(fā),,論據(jù),,巖石圈，作為很薄的地球表層，發(fā)生板塊運(yùn)動，產(chǎn)生顯著的差異應(yīng)力，造成較強(qiáng)的構(gòu)造變形，很可能是地球內(nèi)部演化和隕石撞擊共同作用的結(jié)果，至于熱點(diǎn)，很可能是隕石撞擊作用誘發(fā)而形成的，隕石撞擊誘發(fā)假說與地

7、幔對流共同作用。,11,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,★ 地幔對流,起源于深部的熱擾動使地幔底層物質(zhì)粘度降低，流動性增強(qiáng)，在熱梯度的驅(qū)動下，受熱的高溫低粘度物質(zhì)向熱邊界層最低處匯集，然后隨著溫度升高而形成地幔上升流。,,地幔內(nèi)大規(guī)模各向異性的存在,12,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,,1、對流只發(fā)生于軟流圈，對流的方式可能是整體對流(地震學(xué)、地球動力學(xué)研究)，也可能是兩層或多層對流(地球化學(xué)研究)。,？地幔對流不同的看法,規(guī)模、深度、方式,新的地震層析成像技術(shù)和巖石地

8、球化學(xué)等許多成果所證實(shí),,13,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,,2、對流應(yīng)涉及整個地幔，熱源來自地核供給。,,軟流圈薄而黏度大，不能帶動巖石圈的板塊運(yùn)動。,,地幔與地核之間熱的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)移，尚不清楚。,14,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,全地幔對流,如果660 km界面是化學(xué)成分差別，從而造成密度差別達(dá)2%以上，則俯沖板片不能穿透該界面，對流將是分層的；但如果是相變界面，最終俯沖板片可以穿透該界面，對流將囊括下地幔。實(shí)驗(yàn)室高溫高壓研究表明了660 km界面的相變性質(zhì)。,

9、,論據(jù),軟流圈與下地幔間的過渡層,15,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,分層地幔對流,大洋中脊、火山島弧、大洋海島玄武巖和大陸溢流玄武巖它們可能位于不同板塊內(nèi)但同類熔巖的同位素特征具有顯著的相似性，不同類巖石則顯著不同。這一顯著的規(guī)律性最簡單直接的解釋，就是地幔存在起碼兩個以上化學(xué)成分不同的源區(qū):虧損了的地幔和未虧損的地幔。,,論據(jù),16,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,,1、地幔物質(zhì)黏度太大，難以發(fā)生對流，近代估算結(jié)果表明，地幔黏度為10的21次方Pa·s，且

10、相當(dāng)均勻2、地幔還存在分層的不同認(rèn)識,X 反對地幔對流模式,,17,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,地幔對流,1、地震層析成像資料中體波或面波層析圖上都看到高波速的大陸根存在。反映波速擾動大于2%的高速體位于各大陸下方，深達(dá)40 km以上。大陸具有深達(dá)400 km的“殼根”，表明地球缺乏完整的軟流圈，使大地構(gòu)造運(yùn)動難以納入地幔對流模型。,,論據(jù),,18,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,2、夏威夷火山鏈的火山巖年齡，呈現(xiàn)為從西北向東南逐漸變新，代表地幔熱活動中心的熱點(diǎn)則是

11、其參照系，基本不動，火山鏈就是巖石圈相對于熱點(diǎn)運(yùn)動的軌跡。根據(jù)這些熱點(diǎn)的資料，必然的結(jié)論是地幔運(yùn)動速度很小，幾乎靜止，巖石圈板塊運(yùn)動則可以比地?？斓枚啵蔬\(yùn)動速度很小的地幔如何能帶動速度較快的板塊移動？,地幔對流,,論據(jù),,19,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,3、絕大多數(shù)地幔熱活動的中心都不與板塊擴(kuò)張的中心相對應(yīng)，板塊擴(kuò)張中心的深部沒有地幔物質(zhì)上涌的現(xiàn)象，地對流環(huán)就難以形成。,地幔對流,,論據(jù),,20,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,★ 地幔柱模式,地幔柱是從核幔邊界升

12、起的柱狀熱流體，直徑可達(dá)幾百千米，地貌上為相對高點(diǎn)，被火山覆蓋，屬于高熱流地區(qū)，他可能有液態(tài)外核傳遞的能量引發(fā)的。 當(dāng)熱柱垂直升騰到達(dá)巖石圈之下的軟流圈時，垂向運(yùn)動轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動，沿不同方向放射狀擴(kuò)散，這回帶動其上的巖石圈分離移動。熱柱在地表的反映是熱點(diǎn)。,,★ 熱點(diǎn),21,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,★ 地幔柱模式,,★ 熱點(diǎn),,,1、夏威夷火山島鏈2、東非裂谷的兩次強(qiáng)烈活動3、大西洋及印度洋中央裂谷的形成,支持,又稱作,22,地質(zhì)學(xué)

13、新進(jìn)展,,當(dāng)板塊停留在熱柱之上時，將可能被熱的上升地幔巖漿熔透而在地面上形成有老到新順序排列的火山鏈。,夏威夷火山島鏈,東非裂谷,非洲板塊早期和晚期靜止在熱柱之上，當(dāng)快速從熱柱上通過時，因來不及被熔透而形成火山。,23,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,★ 浮動模式,假定軟流圈足夠軟，板塊運(yùn)動可在下述方式下引起：在大洋中脊處被推離、離開洋隆后在重力滑動和前緣板塊拖拽作用中下沉。前者又稱為脊推作用，后者稱為板拖作用。 在大洋中脊，由于巖漿沿軸部的擠

14、入形成新巖石圈，兩側(cè)板塊發(fā)生背離運(yùn)動。,24,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,,重力也可使熔融軟流圈上的巖石圈失穩(wěn)發(fā)生滑動。,,當(dāng)軟流圈表坡度達(dá)到1/3000，便能產(chǎn)生4cm/a的滑動速率。,,脊椎、板拖和重力滑動共同造成板塊運(yùn)動,,同時,同時,25,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,★ 重力機(jī)制,研究板塊運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制，重力因素是一個不可忽視的因素。地球各個部分的密度不均等是重力能夠驅(qū)動板塊運(yùn)動的原因。 板塊運(yùn)動緯向重力模式就是其中的一種比較合理模型，地幔緯向密度異常區(qū)就

15、會引起水平方向的緯向重力，緯向重力總把地幔物質(zhì)從地幔密度異常高的地區(qū)推向地幔緯向異常低的地區(qū)。 在緯向重力的驅(qū)動下，地幔物質(zhì)沿水平方向發(fā)生遷移和調(diào)整，最終達(dá)到地幔緯向的正常的分布狀態(tài)。,26,地質(zhì)學(xué)新進(jìn)展,討論,針對大陸漂移及板塊運(yùn)動的動力學(xué)問題，還有很多不解和未知到目前為止還沒有一個完美的理論模型能很好的回答板塊運(yùn)動理論出現(xiàn)的問題， 每種理論只顧及到觀測數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的一個或幾個方面，但又與其他的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象相矛盾。板塊運(yùn)動的動力學(xué)機(jī)制現(xiàn)在