固体地球演化动力机制

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1、固体地球演化动力机制中国地质大学地球科学学院刘本培教授2008.5地球成因与原始不均一性内核差异旋转与古生物钟板块构造的机遇与挑战地球整体构造与行星比较地质学泛大陆周期的地球动力学解释宇宙诞生10-44秒之后便急速展开,10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀了10100倍,称为暴胀(inflation）。所谓10-34秒/厘米，就是“1秒/厘米的一兆分之一的一兆分之一的一百亿分之一”极其短暂/微小的时间/空间。而10100倍，就是1的后面加100个0（厘米）。实际上提出了一个“从无到有”的宇宙起源模式，对于传统的“无始无终”宇宙观是一个冲击！超微宇宙的瞬间暴胀宇

2、宙暴胀首获直接证据新证据通过对宇宙微波背景辐射——弥漫于宇宙的一种弱光的观察而获得。NASA(2001)发射的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)，新的分析观察了较小面积（数十亿光年尺度）天空的亮度变化，发现差别很大。如果没有发生暴胀，小面积天空的光度变化应与在更大范围内观察到的变化大致相同。暗能量占全宇宙能量的70%。宇宙之外有宇宙（天外有天）从大爆炸到太阳系形成星云说与超密说星云说强调初始宇宙空间充满密度极低的星际气体和尘埃物质，在自引力下逐渐聚集成许多大型星系云，再在其中诞生大量恒星而形成星系。反映了宇宙间弥漫星云物质收缩凝聚的“合二而一”过程。超密说强调可见宇宙大爆炸过程中抛

3、射出许多超高密度的物质块,每个块形成一个星系。超密块爆发从核心再向四周演化，星系核心为残留的超密块，因此爆发作用尚未停止。体现了宇宙间物质状态的“一分为二”方向。很可能两条途径都与星系形成有关，但究竟以何种方式为主，不同方式出现的条件等，尚待研究。恒星的演化幼年期:原始星云收缩----原恒星出现(氢闪)青壮年期:内部热核反应启动,恒星形成。星系内90%恒星集中分布于主星序。晚年期:红巨星衰亡期:超新星爆发—白矮星、中子星—黑洞恒星演化与元素起源元素合成理论（B2FH理论）：由E.M.Burbidge夫妇，W.A.Fowler和F.Hoyle于1957年提出。宇宙中各种元素并非在一次大爆炸时

4、全部产生，而是在恒星演化的热核聚变过程中逐步合成的。红巨星中心温度达到108K,3个氦聚变为1个碳核；6×108K,2个碳核聚变为1个氧核；109K,氧核聚变为硅核；3×109K～4×109K,硅核聚变为铁核。由于铁核及其外围8个电子结构十分稳固，更重的元素无法在恒星的正常核聚变过程中形成。“昙花一现”的超新星爆发成为重元素诞生的唯一途径。地球起源与圈层分异46亿年前太阳星云中分化形成原始地球，温度较低，轻重元素浑然一体，尚无圈层分异。原始地球一旦形成，有利于吸集更多星子使体积和重量迅速增加，同时因重力分异、放射性元素蜕变和星体撞击而增温。原始地球内部达到熔融状态时，亲铁元素比重大而下沉形

5、成铁镍地核，亲石元素上浮组成地幔和原始地壳。更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始大气圈、水圈。地球初始圈层分异的时间约在42亿年前。地球的初始不均一性原始地球的熔融与分异4.46Ga形成的原始地球(占前由巨型M群星子和L群星子堆积现今地球70-90%质量)。原始地球的广泛或全熔形成地核和下地幔分异，大量亲铁元素、可能所有贵金属都进入地核。过渡层（400-670km）相当原始地球的熔融分异壳。原始地球上地幔与地壳的形成4.40-4.45Ga前，由晚期较小（d1000km,平均400km)的C群星子也有L群星子堆积成镶饰的上地幔。地球的上地幔从未全部熔融过，地壳仅是上地幔的分

6、异产物。上地幔的贵金属都由陨石带来，占1%即可满足丰度要求。上地幔原始不均一性幔源火山岩的同位素和微量元素比值揭示了上地幔无论在全球或区域性规模上，都存在明显的化学不均一性。印度洋洋脊玄武岩(MORB)的Pb-Sr-Nd同位素特征与太平洋、大西洋不同。大西洋玄武岩的La/Ta值，N22-25为18、N36-63为9。下地幔的不均一性则低得多。南半球Dupal异常Hart(1984)提出：南半球Pb、Sr同位素高异常域（Dupal异常）。Weiss(1991)解释：代表一个源于地球深部并长期存在的地幔域。欧阳自远等（1994）：与地球早期大个体星子撞击有关，其规模可与地幔源区相当。星

7、子间化学上的差异必然在地幔成分上有所反映，并导致固体地球内部物质成分的初始不均一性。为什麽南半球大陆分布大量富铁矿？中国的富铁矿（含Fe>60％）仅见于海南岛石碌地区？海南岛和澳大利亚关系密切海南岛南部崖县寒武系大茅群剖面和澳大利亚相似（沉积相、含磷层时代和木耙虫三叶虫化石）。再造的寒武纪古大陆图中海南岛应与澳大利亚关系密切。华北扬子澳大利亚内核差异旋转与古生物钟地球内部地震波结构地震波通过不同密度介质时的波速不同，在越