地球的结构是什么(地球结构模型的剖面示意图)

地球的地壳是一层极薄的岩石,它构成了地球最外层的固体外壳。相对而言,它的厚度就像苹果的皮。它的质量不到地球总质量的0.5%,但在地球的大多数自然循环中发挥着至关重要的作用。

地球的分层结构

地球的结构可以通过化学和力学两种方式确定。力学或流变学意味着对液态的研究,可以进一步分为岩石圈、软流圈、中间层、地幔和核心。但是,从化学上讲,地球可以分为地壳、地幔(可分为上区和下区)和地核(也可分为外核和内核)。

地球的岩层外壳——地壳

地壳的厚度在一些地方可以超过80公里,而在另一些地方则不到一公里。它的下面是地幔,一层大约2900公里厚的硅酸盐岩石,地幔占地球的大部分。

地壳

地球的最上面一层是地壳,它是地球上最轻,最有浮力的岩层,漂浮在软流层之上,是地球坚硬的部分。地壳是一层坚硬的冷岩层,厚度从5千米到80千米不等。软流层的上部和地壳一起组成了岩石圈,它向下延伸到大约100公里的深度。

地壳由许多不同类型的岩石组成,可分为三大类: 火成岩、变质岩和沉积岩。然而,这些岩石大多起源于花岗岩或玄武岩。下面的地幔由橄榄岩组成。

地壳最薄的部分位于洋底,形成海洋地壳,这种类型的地壳很年轻——不超过1.7亿年——只有大约8公里厚。。地壳最厚的部分位于我们的大陆下面,形成大陆地壳,大陆地壳覆盖了地球表面的41%,但其中四分之一是在海洋之下。大陆地壳厚20 ~ 80公里。最接近地幔的地壳温度约为500℃,而地壳表面温度接近外部温度。它的岩石保存了40亿年的地球历史。

我们如何知道地球有地壳

直到20世纪初,我们才知道地球有地壳。在那之前,我们所知道的只是我们的行星与天空的关系,就好像它有一个大而密的内核一样——至少天文观测是这样告诉我们的。然后是地震学,它给我们带来了一种新的证据: 地震速度。

地球的岩层外壳——地壳

地震波的记录使地震学家能够定位和测量这类事件的规模,并绘制出地球内部结构的地图。

地震波传播速度是指地震波通过地表以下不同材料(如岩石)传播的速度。除了一些重要的例外,地球内部的地震速度往往随着深度的增加而增加。

1909年,地震学家安德里贾·莫霍洛维奇(Andrija Mohorovicic)在一篇论文中指出,地震速度发生了突然变化——某种不连续——在地球深处大约50公里处。地震波穿过它时反射并弯曲(折射),就像光在水和空气之间不连续处的表现一样。被称为莫霍面或“莫霍面”的不连续面是公认的地壳和地幔之间的边界。

地壳与板块

地壳和构造板块并不相同。板块比地壳厚,由地壳加上下面的浅层地幔组成。这种硬而脆的两层结构被称为岩石圈。岩石圈板块位于一层更软、更具可塑性的地幔岩石之上,称为软流圈。软流层允许板块在其上缓慢移动,就像在厚泥中漂流的木筏。

我们知道地球的外层由两大类岩石组成: 玄武岩和花岗岩。海底下是玄武岩,大陆是由花岗岩组成的。我们知道,在实验室中测量到的这些岩石的地震速度,与在地壳中直到莫霍面所看到的速度一致。因此我们确信莫霍面标志着岩石化学的真正改变。莫霍面并不是一个完美的边界,因为一些地壳岩石和地幔岩石可以伪装成另一个。然而,幸运的是,所有谈论地壳的人,无论是地震学还是岩石学,都是指同一件事。

一般说来,有两种地壳: 海洋地壳(玄武质)和大陆地壳(花岗岩质)。

海洋地壳

地球的岩层外壳——地壳

海洋地壳的图解

海洋地壳覆盖了地球表面的60%。海洋地壳又薄又年轻——厚度不超过20公里,年龄不超过1.8亿年。更古老的东西都被俯冲作用拉到大陆下面。海洋地壳诞生于大洋中脊,在那里板块被撕裂。当这种情况发生时,下层地幔上的压力就会释放,那里的橄榄岩就会开始融化。熔化的部分变成玄武岩熔岩,上升并喷发,而剩余的橄榄岩则变得枯竭。

洋中脊在地球上移动,在移动的过程中从地幔的橄榄岩中提取玄武岩成分。这就像一个化学精炼过程。玄武岩比遗留下来的橄榄岩含有更多的硅和铝,橄榄岩含有更多的铁和镁。玄武岩的密度也较低。在矿物方面,玄武岩比橄榄岩含有更多的长石和角闪石,较少的橄榄石和辉石。用地质学家的话说,海洋地壳是基性的,而海洋地幔是超基性的。

海洋地壳非常薄,只占地球的很小一部分——大约0.1%——但它的生命周期将上地幔的成分分离成重的残留物和一组较轻的玄武岩。它还提取了所谓的不相容元素,这些元素不适合地幔矿物,并进入液体熔体。随着板块构造运动的进行,这些元素依次进入大陆地壳。与此同时,海洋地壳与海水发生反应,并将一部分海水带入地幔。

大陆地壳

大陆地壳又厚又老——平均约50公里厚,大约20亿年的历史——它覆盖了地球的40%。几乎所有的海洋地壳都在水下,而大部分大陆地壳则暴露在空气中。

随着海洋地壳和海底沉积物被俯冲拉到它们下面,大陆在地质时期慢慢成长。下沉的玄武岩中有水和不相容的元素被挤压出来,这些物质上升,引发了更多的融化。

大陆地壳由花岗质岩石组成,比玄武岩海洋地壳含有更多的硅和铝。多亏了大气,它们也有更多的氧气。花岗岩的密度甚至比玄武岩还低。在矿物方面,花岗岩比玄武岩有更多的长石和较少的角闪石,几乎没有辉石和橄榄石。它还含有丰富的石英。用地质学家的简略说法,大陆地壳是长英质的。

大陆地壳只占地球的不到0.4%,但它代表了双重提炼过程的产物,第一次是在洋中脊,第二次是在俯冲带。大陆地壳总量正在缓慢增长。

最终进入大陆的不相容元素很重要,因为它们包括主要的放射性元素铀、钍和钾。这些物质会产生热量,使得大陆地壳就像地幔上的电热毯。高温也软化了地壳中的厚层,比如青藏高原,并使它们向侧面扩散。

大陆地壳浮力太大,无法回到地幔。这就是为什么它的平均寿命很长。当大陆碰撞时,地壳可能会增厚至近100公里,但这是暂时的,因为它很快就会再次扩张。石灰石和其他沉积岩相对较薄的表层往往留在大陆或海洋中,而不是回到地幔中。即使是被冲到海里的沙子和粘土,也会通过海洋地壳的传送带回到大陆。大陆是地球表面真正永久的、自我维持的特征。

地壳意味着什么

地壳是一个很薄但很重要的区域,来自地球深处的干热岩石与地表的水和氧发生反应,形成了新的矿物和岩石。这也是板块构造活动混合和搅动这些新岩石并注入化学活性流体的地方。最后,地壳是生命的家园,它对岩石化学产生强烈的影响,并有自己的矿物循环系统。地质学中所有有趣而有价值的种类,从金属矿石到厚厚的粘土和石头层,都在地壳中找到了它的家,而在其它任何地方都没有。

值得注意的是,地球并不是唯一一个有地壳的行星。金星、水星、火星和地球的月球也有。

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