岩石圈的化學演化

岩石圈的化學演化 - 地球形成以來的地質歷史時期中地殼和上地幔化學成分的變化。

基本信息

地球形成以來的地質歷史時期中地殼和上地幔化學成分的變化。

原始地殼和地幔的成因原始地殼和地幔的成因與地球的核幔分異有關。地球在距今約46億年由圍繞太陽的金屬、隕硫鐵以及矽酸鹽的塵雲快速吸積而成。在最初的500萬年,太陽系所有大的星體都遭受了隕石劇烈的撞擊，由於重力塌陷，短壽命放射性同位素的加熱，以及巨大的隕石轟擊能量積聚，使原地球物質遭受普遍的熔融，在外層形成岩漿海，其厚度可能達到1000公里。重的熔融態的鐵鎳、隕硫鐵以及少量輕元素（氧、硫、矽、氫等）混在一起形成密度很大的液態金屬聚積體，並在重力作用下朝向地球的中心集中，形成地核；而較輕的矽酸鹽熔體被向外推移，形成矽酸鹽地幔。地幔的結晶作用伴隨著輕的長石質礦物的上浮，重的鐵鎂質礦物的下沉。其中非揮發性痕量元素（鈾、釷、鋇、鍶、鉭、鋯、鉿和稀土元素），由於半徑大小和離子電荷與地幔的主要礦物不相協調，因此與矽酸鹽熔體一起上移，在上地幔和最早的地殼中相對集中。原始地球可能只有很少大氣或完全沒有大氣，後來在熔融灼熱狀態的核幔分異過程中釋放出氣體，上升到地球表面，形成原始氣圈。從地球內部逸出的氣體與周圍賦存介質處於化學平衡狀態，因此原始大氣圈的氣體成分和狀態受地球物質體系的控制，隨地球的化學演化而變化。一般並不認為大氣成分是從外星球或宇宙空間捕獲的。

太古宙時期的地殼與上地幔已知最古老的岩石形成於距今約38億年。世界各地發現的這類古老的岩石都形成於海底水下環境，岩性包括海底沉積岩、海底玄武岩以及矽鐵建造。這證明至少在距今約38億年以前，地球已經有了發育很好的海洋和地殼。太古宙的沉積岩和基底火成岩與現代同類岩石相比，鉀和稀土元素含量低（見圖）。

上地幔的不均一性岩石圈是一個開放體系，上地幔長期以來存在著區域不均一性和層狀不均一性。主要證據如下：①大洋中脊玄武岩與島鏈玄武岩雖然主要成分相似，但微量元素和同位素組成有很大差異。富含微量元素的島弧玄武岩來自未發生大離子親石元素虧損的正常地幔源區，而大洋中脊玄武岩來自微量元素貧乏的虧損地幔，鈾/鉛，鍶-87/鍶-86，氬-40/氬-36等都顯示出明顯的差異。②正常大洋地幔放射性元素比大陸地幔的高一倍左右，而大洋軟流圈是虧損鈾、釷、鉀的，甚至比大陸地幔上更為虧損。證明大陸與大洋地幔水平方向上的不均一性。③在一些大洋中脊與熱點靠近的地方，火山岩中的同位素組成和微量元素含量常表現出有規律的變化，從熱點的高值漸漸下降到大洋中脊的虧損值。這說明可能發生深地幔源岩漿和淺地幔源岩漿的不同程度的二元混合體系，如冰島和加拉帕戈斯群島等。④地幔等時線現象是區域地幔長期處於不均一狀態的有力證據。

在行星吸積形成過程中存在原始的地球組成上的不均一性，以及地球形成早期的殼幔分異作用，都能導致大陸地幔與海洋地幔的區域性和層狀不均一性。而對上地幔，由於板塊俯衝將地殼物質帶入地幔和來自深地幔的鈾、釷等元素通過地幔交代作用帶入上地幔也促使了其化學成分的不均一性。

參考書目

塗光熾等編著：《地球化學》，上海科學技術出版社，上海，1984。

A.E.Ringwood, Composition and Petrology of the Earth's Mantle,McGraw-HillBookCo., NewYork,1975.