地球的地壳

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October 18, 2021

地壳是固体地球的最外层,主要由花岗闪长岩、辉长岩和玄武岩等岩石组成。地壳构成岩石圈的上部,所有位于地表的岩石和沉积物都属于地壳。地壳的上边界称为地球表面,地壳与地幔的边界称为莫霍罗维奇奇不连续面(或简称莫霍面)。但是,无法通过钻孔来确定这一点,因为无法钻到这个深度。为此,进行了地震学测量,其中确定了地震波穿过岩石的速度。另一个地震不连续性,康拉德不连续性,有时会在地壳的不同深度处发现。地壳有时被分为位于该不连续面上方的上地壳和下方的下地壳。虽然这种转变与莫霍面不同,在化学成分上没有明显的差异,但一般可以说下地壳比上地壳的水化岩石少,镁铁质岩石多。

地壳的特性

化合物

地壳与地幔不同,因为它的密度通常较低。通常以元素氧化物的重量百分比表示组成。与地幔相比,地壳富含亲石元素,主要是碱金属和碱土金属以及铝和硅。与地球的其他部分相比,地壳含有更多的稀土。这确保了通过放射性衰变在地壳中产生相对大量的热量。

大洋地壳和大陆地壳

粗略地说,可以识别两种类型的地壳。海洋之下的地壳类型称为大洋地壳。它主要由镁铁质火成岩、地表玄武岩、地壳深处闪长岩和辉长岩组成。通常这些火成岩被一层深海沉积物覆盖。大洋地壳的密度通常约为 3100 kg/m3,厚度约为 8-10 km。在大陆和大陆平台之下是大陆地壳。这种类型的地壳由长英质和中性火成岩、变质岩和沉积岩组成。平均而言,大陆地壳具有安山岩的成分。它的密度约为 2800 kg/m3(明显小于大洋地壳),厚度范围通常为 30-40 公里,在山脉中可达 80 公里。虽然大部分地壳由两种末端类型中的一种组成,但也有中间地壳,其成分处于中间。

岩石

构成地壳的岩石主要有三种类型:沉积岩(由侵蚀和风化产物的积累形成)、火成岩(由液态岩浆形成)和变质岩(由其他岩石的化学反应和变形形成) )。沉积岩(连同沉积物)构成地壳的顶层。有时该层的深度可能超过 5 公里,但在大多数地方,它在 0 到几公里之间变化。火成岩构成了大洋地壳的大部分。大陆地壳也是由几代火成岩组成的。在大于 2-4 公里的深度,几乎所有的岩石都明显有轻微变质作用。变质程度在更高的深度增加。最终变态可以变得如此之高,原来的沉积或火山结构看不到任何东西。地壳由大约 95% 的火成岩和 5% 的沉积岩组成

流程

地壳的运动是由构造学领域研究的。运动是由机械应力引起的,而机械应力又是由热或重力异常引起的。构造区分不同的应力情况(也称为应力状态)和发生在地壳中的相应变形形式。

等稳态

岩石圈位于其顶部的软流圈发生塑性变形,因此可被视为岩石圈漂浮在其上的液体。这意味着地壳的高度是一个等压平衡。在山脉之下,地壳深入地幔(所谓的山根),而在地壳较薄的地方,莫霍面较不深。大洋地壳和大陆地壳之间的密度差异也意味着大洋地壳比大陆地壳在地幔中“漂浮”得更深。这解释了海洋的深度。当发生剥蚀时,地壳将作为均衡补偿向上移动。

板块构造

地壳中的运动主要是由软流圈中的对流引起的。在热地幔物质向上移动的地方,地壳会分开,首先地壳变薄,以便软流圈可以进一步上升。最后,在软流圈中,由于压力降低,发生部分熔融,由超基性地幔物质形成玄武质岩浆,上升到地表并在那里凝固为新的洋壳。这整个过程称为海洋扩张。正在移动的地壳碎片称为构造板块。尽管新增生的地壳(几乎)在成分上总是海洋性的,但大陆地壳可能存在于同一板块中。新地壳是由海洋扩张形成的。因为地球的体积或表面没有增加,其他地方的地壳也必须被摧毁。这是通过俯冲完成的,这是一个地壳沿着俯冲带在其下方滑动的过程。通常是(较重的)洋壳俯冲。但是,如果一块大陆地壳附着在俯冲的洋壳上(属于同一板块),由于密度低,它不会俯冲,导致两块大陆发生碰撞。这导致了山脉的形成,这是一个地壳增厚的过程。但是,如果一块大陆地壳附着在俯冲的洋壳上(属于同一板块),由于密度低,它不会俯冲,导致两块大陆发生碰撞。这导致了山脉的形成,这是一个地壳增厚的过程。但是,如果一块大陆地壳附着在俯冲的洋壳上(属于同一板块),由于密度低,它不会俯冲,导致两块大陆发生碰撞。这导致了山脉的形成,这是一个地壳增厚的过程。

泰克托尼克

板块构造导致构造板块边缘(板块边界)地壳发生强烈变形。然而,地壳也可以在构造板块内变形。这可能是板块边缘运动或下伏地幔中岩浆运动引起的应力的结果。由于应力情况的不同,会出现不同的应力状态,每种状态都有其自己类型的地质现象。在伸展状态下,发生地壳伸展(水平变形)。这导致地壳变薄(垂直变形)。由于与地幔的等压平衡,地壳将在伸展状态的位置下沉。这是形成沟壑和盆地的地方。特征结构是剪刀。在压缩状态下,发生地壳增厚或加倍。由于地壳与地幔的等压平衡,地壳会上升,形成山脉。特征结构是推力和褶皱。

火山活动

大规模的火山活动只发生在岩石圈。在地球更深处,压力太高,无法产生大量液态岩石。然而,如果热地幔物质上升,它将部分熔化。这会产生镁铁质岩浆。长英质岩浆是在大陆地壳受到巨大压力和温度(所谓的麻粒岩相)的作用下形成的。例如,这发生在山根中。因此,可以在许多山脉中发现花岗岩侵入体,这些山脉从地壳的较深部分升起。当这些岩浆到达地表时,就会发生火山作用,液态岩石流过地表。这些熔岩流凝固并可能被沉积物或新熔岩覆盖。

地壳中的“洞”

地球几乎在每一点都被地壳覆盖,但也有地幔到达地表的例外。其中一个估计有数千平方公里的区域位于大西洋,那里的地壳非常薄或缺失,因此地幔形成了那里的海床。该地区被称为十五至二十断裂带,位于加勒比海和佛得角之间的大西洋中脊。英国研究船 RRS James Cook 于 2007 年 3 月 5 日至 4 月 17 日期间检查了该地区的地幔。地幔浮出的其他地区例如在西班牙南部的隆达附近和阿曼北部。