地球科学
地幔的形成及运动
投稿人:锦绣前程 投稿时间:2025-02-07 13:47 访问量:

我们知道,地球具有地壳,地幔和地核三种结构,现在有观点认为在地球形成初期就具有了这三种结构。对此,笔者不敢认同。笔者以为,在地球形成初期,只有地壳和地核两种结构,而地幔是在地球漫长的演化史中逐渐形成的。

在地球形成初期,地壳板块紧贴在地核上,地核做惯性自转运动,而地壳板块没有初始自转,因此,地壳和地核之间产生了剧烈的碰撞摩擦,这种碰撞摩擦有五个作用。

第一,地壳通过和地核的碰撞摩擦,被地核带动,随着地核一起自转。因地壳是被地核带着转动,所以地壳的自转速度低于地核。后因地幔层形成,地壳和地核不再直接接触,双方运动互不干扰,而地壳受陨石撞击,日月等星球引力牵扯,地表海洋潮汐摩擦等原因影响,地壳自转轴逐渐偏离原方向,地壳地核的自转方向有了偏差。

第二,地核地壳间的碰撞摩擦,在地壳板块中产生了大量的应力,在长期作用下,原来大的板块在应力聚集处破裂,形成了现在的七大板块。

第三,在地壳的底面,原本也有如地表一样的高山高原,地核就像碎石机,把地壳底部的高山高原撞碎,使地壳地核之间产生了大量的岩石碎屑,这些岩石碎屑是地幔层诞生的物质基础。

第四,两者间的碰撞摩擦,使地球内部产生了一个空间,这个空间便是以后地幔的存在场所。

第五,两者间剧烈的碰撞摩擦,产生了大量的热量,而宽厚的地壳板块是热的不良导体,大量的热量在地球内部聚集,使地球内部温度不断升高,当温度达到当时压力下岩石熔点时,岩石碎屑开始熔化,形成原始的地幔层,这是地幔的诞生期。

地核地壳早期的直接接触,碰撞摩擦,释放了大量的能量,产生了早期的超级大地震,地表造山运动此起彼伏,地形地貌一夜之间面目全非,此时的地球环境非常恶劣。

地幔层的形成,隔开了地核和地壳,使两者不再直接接触,早期的超级大地震逐渐消失,地球环境逐渐稳定下来,为地球上生命的诞生创造了条件,所以说,地幔层是史前大地震的终结者,也是现代地震的策源地,地幔层的形成,是地球演化史上具有划时代意义的里程碑事件。

地幔形成初期,还很稀薄,地核地壳之间还经常相互碰撞摩擦,此时地表上大地震还时有发生,但频度和烈较早期有所下降。大量的热量还在源源不断的生成,地球内部温度进一步升高。

地幔一经形成,地幔层中的高温岩浆就对地壳底部有两种相反的作用,岩浆对地壳底部的侵蚀消融作用和岩浆附着在地壳底部逐渐凝固的附着凝固作用。这两种作用速率的大小取决于地球内部的温度,温度越高,侵蚀消融速率越快,温度越低,附着凝固的效率越高。

由于地球内部热量持续产生,温度不断升高,地幔中的高温岩浆对地壳底部不断侵蚀消融,地幔层深度增加,地壳越来越薄,这是地幔层的成长期。

地壳经过地幔中高温岩浆亿万年的不断侵蚀,越来越薄,散热能力也越来越强,同时,地幔内部因岩浆层流间的摩擦,放射性元素衰变等作用产生的热量相较早期的碰撞摩擦减少了很多,散失的热量多于产生的热量,地球内部温度逐渐降低。

而温度对散热有重要影响,温度越高,物体散热越快,地球内部温度的下降也导致通过地壳板块散失的热量减少。当地幔层中产生的热量和通过地壳板块散失的热量相当时,地球内部温度稳定下来,岩浆对地壳底部的侵蚀消融作用和附着凝固作用也达到平衡,地壳不再变薄,地幔层不再长大,此时,地幔层达到成熟期,现代地球形成。

压力对物质的熔点有重要影响,压力越低,物质熔点越低。当地壳板块出现孔洞时,孔洞下的塑性上地幔上的压力骤降,导致此处地幔物质的熔点也随之降低,而温度不会因之下降很多。所以,孔洞处原来呈固态的地幔物质很快熔化成液态,并在周围巨大压力作用下,从孔洞中喷涌而出,形成火山爆发。当然,板块上的孔洞要有足够尺寸,否则,溅粘在洞壁上的岩浆凝固,很快就把孔洞封堵住。

地幔中岩浆随着深度的不同,散热条件也不同,因此,地幔中的温度随深度整体呈梯度变化。但因地幔中不同部位熔入的放射性元素不同,地幔岩浆层流运动摩擦情况不同,产生的热量也不尽相同。因此,地幔中存在温度异常处。

因地球存在一个过热又降温的过程,不同物质熔点也不同。在地幔中,因温度下降而压力不减,有的物质仍呈液态,有的物质凝固成固体,使地幔由过热时的液态变成了现在的固液共存状态,并因温度随深度的减少而降低,固态比例也增加。在地核附近,液态比例大,流动性好,在地壳附近,固态比例大,粘性更大。

地幔是地球体积最大,质量最大的液态海洋,地表的海洋都有各种洋流。而地幔中莫霍面和古登堡面处都有动力源,地壳和地核在一刻不停的自动,这注定了地幔中的物质不是死水一潭,而是有着复杂的运动。

因地幔物质具有一定的流动性又有粘滞度,所以自转的地壳地核都会带动附近的地幔物质沿赤道面一起旋转。因地壳附近固态比例高,物质更粘稠,因此这里随着地壳运动的岩浆流厚重,运动速度较慢。地核附近液态比例高,流动性较好,因此这里岩浆流比较细长,运动速度较快。

地幔中的这两道大型岩浆流最终会在上地幔相遇碰撞,崩解。当岩浆跟随地壳地核运动时,地幔中岩浆呈比较有序的层流状态,漂浮在岩浆上的地壳板块也跟着有序运动。此时,地壳板块间碰撞摩擦较少,地表上产生的地震也较少,地震烈度也不高。

当岩浆流崩解时,地幔中的岩浆运动就由有序的层流状态变成了混乱的紊流状态,漂浮在岩浆上的地壳板块也跟着乱动,板块间的碰撞摩擦加剧,地表上的地震也频繁起来,地震强度也比层流时大,但即使是此时,地震的数量和强度相较于地球形成之初,也大为下降。

紊流状态中的岩浆,在耗尽动能后会逐渐停下来,然后又随着地壳地核一起运动,再次形成岩浆层流,直到再次崩解,就这样周而复始,不停的重复这个过程,但不同周期内的岩浆流规模,速度,方向,周期时间等不尽相同。所以,每一次过程,既是旧的过程,也是新的过程,每一个过程,既有重复,又有差异。

地核是以磁性材料铁镍为主构成,因此,地核是天然的永磁体。地幔中熔有大量的金属元素,同时高温也会产生大量的自由电子和阳离子,当金属元素和各种电荷随岩浆流运动形成环流时,在环流中就会因切割地核磁感线而产生感应电动势和感应电流,环形流动的电流又会产生电磁场,此电磁场也会成为地球磁场的重要组成部分。所以,地球磁场应该是地核永磁场和地幔电磁场复合叠加的复合场。地核永磁场是地球磁场的稳定源,地幔电磁场是地磁场的变化源。当岩浆运动不断变化时,地幔电磁场也随之变化,从而使得地球磁场也相应变化。

地幔是地球的重要组成结构,地幔中岩浆的运动,决定着地壳板块的运动。因此,地幔中的各种变化也深深影响着人类的生活。我们要想准确的预测地震,就必须对地震之源的地幔岩浆运动深入研究,了解清楚其运行规律。要想消除地震,除非人类能干预岩浆的运动。

以上是笔者的一些粗鄙见解,由于笔者的水平所限,文中难免存在不足和错误之处,敬请各位专家学者批评指正,不吝赐教,笔者对此感激不尽。