大陸深俯沖作用

　　此講座為自然科學(xué)前沿問題系列講座之一，從老師是地質(zhì)研究方面的國際權(quán)威，是北大的校 友，回憶北大的生活時(shí)從老師還是津津樂道，下面是從老師講的主要內(nèi)容，由淺入深。

　　一、我們的地球

　　我們的地球已經(jīng)有了46億年的存在時(shí)間，而人類起源距今才幾百萬年，自從產(chǎn)生之始，人類 就企圖認(rèn)識(shí)地球，尋求對(duì)地球的解釋，人對(duì)地球的了解究竟多深呢?

　　眾所周知，地球是太陽系的一個(gè)行星，是星際物質(zhì)相互吸引積極而成的，地球從混沌到有序 ，是重力分離，經(jīng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而地球分層，分為地殼和地幔，地球深達(dá)六千多公里， 地球分層是通過地球物理來研究的，這也是我們?nèi)祟惸壳澳軌蛞勒盏闹饕�方法，另外就是�?過研究石頭來研究，火山巖漿帶來的石頭，最深能夠達(dá)到的也只有一二百公里，巖漿在噴發(fā) 過程中將把底東西帶上來，這是我們研究能夠看到摸到的，但這也只是停留在地球表層，現(xiàn) 在還有通過大洋深鉆計(jì)劃來研究地球，選擇合適的海底，只要深鉆不到10公里，便可打入地 幔層。人對(duì)地球的認(rèn)識(shí)不是相當(dāng)膚淺的。

　　除地球物理的方法外，我們研究深入地球的另一方法是實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬地球物理的方法可以測(cè)出不 同深度地球的密度，能后可以模擬想象這種物質(zhì)是什么物質(zhì)。用實(shí)現(xiàn)的方法來研究每一層的 反應(yīng)，變化，通過濃度的突然變化來為地球劃層，還可用隕石來研究地核，這一點(diǎn)爭論不是 很大；
地球外核是液態(tài)的，于是人們又通過實(shí)驗(yàn)方法來研究是元素及物質(zhì)構(gòu)成。地核的密度 高達(dá)135×10千克/米3。地核的外層是地幔，在上地�？梢灾苯幽玫綐悠�，大約在380公里上 可以找到，有一種石頭叫橄欖巖，由10種礦物組成，橄欖石灰石等，組成橄欖巖的成分上地 �；�本上都有，但分布不均勻。再注上就是地殼、地殼分為大洋地殼和大陸地殼。大洋地殼 平均8公里深，主要是玄武巖，當(dāng)然里面也有一些橄欖巖和其他巖石，最上面是其他一些大 洋沉積物；
大陸地殼平均30公里，有的地方更岸，如喜馬拉雅山，有的說70，有的說60，有 的說50，是造山運(yùn)動(dòng)特別發(fā)達(dá)的地方，有人說是兩大板塊疊起的結(jié)果，大陸地殼從深到淺， 淺部主要是沉積巖。大致地球就是這個(gè)樣子，且前人們對(duì)地殼和上地幔石頭研究有相當(dāng)深度 ，再注下就只能靠實(shí)驗(yàn)和地球物理的方法來推測(cè)。

　　巖石圈是巴雷不于1994年根據(jù)板塊理論提出的地球圈層概念，包括地殼和上地幔的上部(低 速層之上)。是地球的剛性外殼層；
是由一些能夠相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的高數(shù)型板塊構(gòu)成的概石言 之，板塊這種組合就成為巖石圈，大陸深度約150-200公里，大洋約80-100公里，現(xiàn)在人們 主要研究巖石圈。

　　二、關(guān)于地球的學(xué)說

　　1915年魏格納提出大陸漂移說，在2億年以前地球上大陸是一個(gè)整體，后飄移而現(xiàn)今模樣， 其根據(jù)是，在地圖上如果將各洲拼起來是完全吻合的，而且在南美洲找到了一種只能存在于 亞洲的恐龍，這更為大陸漂移說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。戰(zhàn)后，許多國家將目標(biāo)定在海洋上， 一來是為了開群海上基地，再者是為了開發(fā)海洋資源，于是有了大規(guī)模的海洋物理研究。發(fā) 現(xiàn)大洋中脊柱兩側(cè)時(shí)代越來越重要。海斯在1962基于這一前提提出了海底擴(kuò)張說，不是大陸 在飄移，而是海底在擴(kuò)張，而且海底打鉆也證明了這一點(diǎn)，而且已經(jīng)算出了擴(kuò)張速率，從大 陸飄移說到海底擴(kuò)張說一方面是人類科技發(fā)展的結(jié)果，另一方面也反映了人類科學(xué)的深入與 科研條件的改善。

　　1967，美國三個(gè)物理學(xué)家提出了板塊構(gòu)造學(xué)說，在大陸飄移說和海底擴(kuò)張說的基礎(chǔ)上，根據(jù) 地球物理和地質(zhì)資料提出一種解釋全球構(gòu)造的模式，即板塊構(gòu)造模式。這一模式的提出開創(chuàng) 了地球科學(xué)的新紀(jì)元，地球科學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。大洋中脊巖石圈擴(kuò)張，地桿到大陸 底下去這便是板塊構(gòu)造的典型概念，全球分為七大板塊。從1967年提出到現(xiàn)在，使經(jīng)典的地 球?qū)W發(fā)生了翻天覆地的變化。

　　三、板塊構(gòu)造的發(fā)展

　　板塊構(gòu)造理論可以用來解釋很多很多的地球、地理現(xiàn)象，可以解釋各地巖石類型和礦作用， 而且是全球解釋。

　　同時(shí)有人提出了地幔柱構(gòu)造(plume Tectioncs)，這也是在板塊構(gòu)造基礎(chǔ)上提出的，地幔柱 控制了板塊飄移的速度。

　　1984年發(fā)現(xiàn)了一種巖石，是由沉積巖變的，在這種巖石里發(fā)現(xiàn)了一種礦物叫桿石英。石英的 密度大概是2.6克/米3，在高壓下相變成可石英，桿石英的密度在概是2.9甚至為3。1984年 以前，柯石英是靠合成或者在的石坑核爆炸坑里發(fā)現(xiàn)，1984年法國科學(xué)家肖邦在沉積巖中發(fā) 現(xiàn)了石英。在地表找到柯石英震動(dòng)了固體地球科學(xué)界。按照壓力的定義，這種物質(zhì)只能在80 公里深才能找到，才能相變出柯石英。于是提出了一種假設(shè)：大陸巖石圈也是可以俯沖下去 的。按照板塊學(xué)說，大洋巖石圈(主要由玄武巖組成密度2.9-3.0)注大陸俯沖，但是柯石英 這一發(fā)現(xiàn)讓人們開始追究大陸巖石圈的俯沖，只有大陸巖石圈俯沖到地幔，在壓力作用下石 英相變成柯石英，然后再回到地殼，這種解釋才能說明這一現(xiàn)象。

　　在提出這一假設(shè)基礎(chǔ)之上，人們以超高壓變質(zhì)作用作為大陸深俯沖的證據(jù)，這些證據(jù)有，柯 石英：600-700℃ 24.28kbar 深度＞80、120km

　　石英：700-800℃ 40kbar 深度＞120km

　　還有，變質(zhì)沉積巖中超高壓變質(zhì)礦物的發(fā)現(xiàn)，高質(zhì)鎂鐵，超鎂鐵質(zhì)巖中超高壓條件固溶體出 溶等。

　　但是俯沖耕地底以后，柯石英是被如何回到地表的呢?人們通過研究發(fā)現(xiàn)地表水可進(jìn)入地幔 ，而不是單向的，只是地底水到地表，是一個(gè)完善的循環(huán)過程。很多超高壓礦物都是含水的 ，在俯沖過程中地表水也就進(jìn)入了地幔。

　　在此基礎(chǔ)上，作了三點(diǎn)科學(xué)的引申：1?大陸可以被俯沖到200-300km深，2?地表水可被帶 入地幔深部，3?大規(guī)模的殼幔和層圈相互作用(物質(zhì)交換)

　　大陸深俯沖作用可以解釋造出運(yùn)動(dòng)，中國有很多造山帶，如大別山-蘇魯?shù)貐^(qū)，這些是板塊 構(gòu)難于解釋，超高壓變質(zhì)巖還有一個(gè)折返機(jī)制，超高壓變質(zhì)巖不僅要返回，而且要快，才符 合大陸深俯沖，這一過程大得需要5個(gè)百萬年。

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