生石器

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October 18, 2021

岩石圈或岩石壳是固体地球的最外层,大约有 80 公里厚(取决于它是海洋岩石圈还是大陆岩石圈)。岩石圈与下面的软流圈的不同之处在于岩石更冷、更坚固、更坚硬。除了地壳,岩石圈还包括地幔的坚硬上部。

化合物

岩石圈由地壳和地幔上部组成。地壳由平均成分为玄武岩(大洋地壳)或安山岩(大陆地壳)的岩石组成。地幔由地幔岩组成,其成分为橄榄岩。在地壳和地幔之间,化学成分发生了突然的转变,称为 Mohorovičić 不连续性(简称 Moho)。与软流圈的边界通常由温度定义,其中两层之间的转变可视为等温线。由于高温高压,与岩石圈相比,软流圈仅以塑性方式变形。因此,在软流圈中,热流也通过对流发生,岩石圈只能通过传导失去热量。

板块构造

岩石圈不会停滞不前。由于板块构造现象,地球的面貌在不断变化。例如,数百万年前,所有大陆都是一体的;超大陆盘古大陆。新的岩石圈形成于大洋中脊或裂谷。在那里,两个构造板块分开,来自地幔的岩浆与凉爽的表面接触。然后这些岩浆凝固成岩石圈。随着板块远离大洋中脊,它会随着时间的推移继续增长。沉积层将缓慢但肯定地形成在板的顶部。一块板块下沉到俯冲带,在那里板块可以生长到 100 公里的厚度。在这样的俯冲带中,岩石圈消失在地幔中。俯冲通常不会发生在大陆岩石圈。大陆岩石圈与板块一起移动,但在与另一个板块碰撞时不会下沉。在与大洋岩石圈碰撞时,大洋板块会下沉(例如,安第斯山脉就是这种情况)。当与另一个大陆岩石圈相撞时,板块最终会以如此巨大的力量相互挤压,从而形成山脉。

流动行为和变形

当岩石中出现机械应力时,它会导致变形。此处可以区分延展变形,其中材料发生塑性变形而不断裂,而脆性变形,其中材料在弹性变形后发生断裂。对构成岩石圈的岩石流动行为的描述也称为岩石圈流变学。

大陆岩石圈强度模型

在 1970 年代后期,Brace 和 Goetze 等人为大陆岩石圈制定了一个简单的流变模型。这个简单的模型假设地壳具有石英的特性,而下层地幔假设由橄榄石组成。此外,假设“正常”地温梯度,其中温度几乎随深度线性增加。在这个流变模型中,可以计算岩石圈的理论强度剖面,如相邻图表所示。左图显示了作为深度函数的理论强度曲线。岩石的脆性强度主要取决于上覆岩石产生的总压力。随着环境压力的增加,因此随着深度的增加,脆性强度线性增加,如图中的黑线所示。另一方面,延性强度取决于许多其他物理参数,例如材料特性、温度和应变率。随着温度升高,即在该模型中深度增加,岩石的粘度增加,韧性强度将呈指数下降,如图表中石英和橄榄石的蓝色和绿色强度曲线分别所示。每种材料最左边的曲线代表低变形率下的强度,右边曲线代表更快的变形。可以根据左图中的强度曲线绘制强度分布图,如右图所示。给定深度的强度由发生脆性或延性变形时的最小应力给出。中图显示了缓慢变形时的理论强度分布,右图显示了较高变形速度下的理论强度曲线。这个极其简单的大陆岩石圈模型预测了强度剖面中的两个最大值。第一个最大值是由脆性和韧性变形行为之间的过渡层形成的,位于地壳的一半。在该区域之上,称为脆性韧性过渡区,模型中仅发生脆性变形;在该区域下塑性变形。 Brace-Goetze 剖面还预测了直接在莫霍面下方,在上地幔层中的第二个强度最大值。该层不仅表现出延展性,但在更高的变形率下,脆性行为也可能发生,这可以解释上地幔层的地震。尽管该模型在许多点上与观察到的现象非常吻合,但该模型不能被视为真实情况的真实表示。对该模型的计算仅给出定性指示;然而,该模型过于简单,无法计算与实际岩石圈中更加不稳定的条件相关的实用、定量结果。该模型不能被视为真实情况的忠实代表。对该模型的计算仅给出定性指示;然而,该模型过于简单,无法计算与实际岩石圈中更加不稳定的条件相关的实用、定量结果。该模型不能被视为真实情况的忠实代表。对该模型的计算仅给出定性指示;然而,该模型过于简单,无法计算与实际岩石圈中更加不稳定的条件相关的实用、定量结果。

大洋岩石圈强度模型

与大陆岩石圈相比,大洋岩石圈几乎不含石英,因此成分明显不同。模型中的洋壳仅由橄榄石组成。因此,海洋岩石圈的强度剖面不包含两个,而只有一个强度最大值。除了成分外,大洋岩石圈的温度过程也明显不同于大陆岩石圈。在洋中脊附近,平均气温最高,梯度陡峭。因此,此处的最大强度将位于较浅的深度处。海洋扩张导致大洋中岩石圈在数百万年内向大陆移动,并缓慢冷却。这通过更明显和更深的强度最大值反映在强度分布中。

文学

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参考