地球构造演化的现状.ppt

第五章 地球构造演化的现状,第一节 地球的形状及其变化,第一节 地球的形状及其变化,1 人类对地球形状的认识过程 2 地球的内部结构及固体地球的塑性 3 固体地球的形变及其证据 4 新生代冰川的分布及其变化 5 固体地球的形变及其原因分析 6 北极冰川消失和南极冰川扩大的原因 7 南极冰川形成或加厚对大地水准面的影响 8 地球形状今后的变化趋势,1 人类对地球形状的认识过程,中国的天方地圆 亚里士多德的球形地球 牛顿的地球旋转椭球体 人造卫生测量的梨形地球,图1 地球（大地水准面）的形状（King-Hele, 1969）,2 地球的内部结构及固体地球的塑性,地球表面是固体的岩石圈，里被包被的是准液态的软流圈，且还有液态的外核。所以地球可以看成一个固体包围的液体球。,3 固体地球的形变及其证据,3.1 地球南北半球非对称变化的热力学证据 3.2 地球南北半球非对称变化的板块运动证据 3.3 地球南北半球非对称变化的空间大地测量证据 3.4 地球南北半球非对称变化的速率变小证据 结论:,3.1 地球南北半球非对称变化的热力学证据,经热力学论据证明，南半球是热半球，北半球是冷半球；北半球是挤压半球，南半球是膨胀半球。,图2 由板块绝对运动模型HS2-NUVEL1计算的地球纬圈长度年变化率（L）（Gripp and Gordon, 1990）,3.2 地球南北半球非对称变化的板块运动证据,板块运动的证据证实了3Ma以来，南半球中纬度地区在扩张，北半球中纬度地区在收缩。,3.3 地球南北半球非对称变化的空间大地测量证据,空间大地测量证据证明南半球中纬度地区在扩张，北半球中纬度地区在收缩；南半球纬线变化率均为正值，即南半球纬线在拉长，说明南半球纬线圈处于拉伸状态。,3.4 地球南北半球变化速率变小(南半球在减速膨胀)的证据,至少近20多年来，南半球的扩张在减速，而北半球的扩张在加速。或者说，3Ma来，整体上南半球在扩张，北半球在收缩，但近代（至少是20多年来），南半球的扩张在减速，而北半球的收缩也在减速。南半球在收缩，北半球在扩张。但近代南半球扩张的速度在减慢，北半球的收缩也在减慢。南半球和北半球在发生相关变化。,图3 ITRF2000 全球水平矢量图（马宗晋等，2003）,图4 全球板块边缘相对运动速率变化（金双根和朱文耀, 2003）,图5 牛顿球形粘滞体在不同方向力作用下的形变。a，一个力从y轴方向相反的方向作用于牛顿粘滞体所产生的形变；b，a图由于力的作用已产生形变后，去掉力的作用，牛顿粘滞体在恢复过程中所产生的形变；A，球形牛顿粘滞体；B，由于力的作用后所产生的形变体；x，表示x 轴及其方向；y表示y 轴及其方向；“”表示力的作用方向。,4 新生代冰川的分布及其变化,现今,北极冰川主要集中在格陵兰岛，总体积为2.95106km3，占全球冰川的9.1%。南极冰盖体积为29106km3，集中了全球90%的冰川，位于南极洲上。其它冰川与冰帽的总体积为0.180.04106km3，不足全球冰川总量的1%。 按顺序来说，首先在南极形成南极冰川，然后，在北极形成北极冰川，最后，北极冰川消失，只剩下南极冰川,40 M a 以来全球深海底栖有孔虫氧同位素曲线(Zachos J. C., 2001),6 北极冰川消失和南极冰川扩大的原因,北极为海洋，南极为大陆，是北极冰川逐渐缩小，而南极冰川逐渐增大的主要原因。,7 南极冰川形成或加厚对大地水准面的影响,现今地球的梨形地球，就是南极冰川对地球作用的结果。 8 地球形状今后的变化趋势,第二节 厄尔尼诺形成及其证据,1 厄尔尼诺和拉尼娜形成的原因 2 洋中脊岩浆上涌引起厄尔尼诺的证据,2 洋中脊岩浆上涌引起厄尔尼诺的证据,2.1 热力学证据 2.2 洋中脊证据 2.3 冰川学证据 2.4 地球扁率和自转证据 2.5 气候学证据,2.1 热力学证据,较早从高温的地球内部涌出的物质，冷却时间长，热流值低；较迟涌出的物质，冷却时间短，热流值高。在一定程度上，热流值的高低，代表地内热物质从高温的地球内部涌出的先后。所以，洋中脊处，是最后从高温的地内涌出的物质凝聚成的岩石圈层。而东及东南太平洋区域洋中脊，是最最后从地内涌出的物质凝聚的岩石圈层。或者说，东太平洋区域的洋中脊，可能是现今仍在涌出地内物质的区域。同时也说明，因为纬度和目前地球特有岩石圈构造的原因，东太平洋及东南太平洋洋中脊处的岩石圈，是目前最容易破裂的岩石圈。,全球热流分布（Bott, 1982）,2.2 洋中脊证据,整个东及东南太平洋海域，不仅是地球上洋中脊分布最为密集的海域，且这里的洋中脊，现代扩张速度较快；而东太平洋的洋中脊，是地球现今扩张最快的洋中脊。 在最近15年（1979-1996），南极中纬地区的洋中脊，每年都可能有岩浆上涌，造成每年12-14mma以上的海底扩张。,全球大洋洋底年龄（徐茂泉和陈友飞，1999）,全球板块构造及洋脊扩张率（Chemicoff and Venkatalrishnan, 1995）,2.3 冰川学证据,在每个El Nino年，都有大量的地内岩浆物质涌出，喷发出的大量H2S及SO2气体，进入海洋或大气，进一步氧化成H2SO4，并随着冰雪进入南极沉积下来，造成了南极冰芯的高MSA和SO42-。从以上洋中脊的活动情况分析可知，现今活动性最强的洋中脊，是东及东南太平洋海域的洋中脊。换句话说就是，历史时期东及东南太平洋洋中脊岩浆涌出与El Nino具有很好的相关性。,图7 南极地区的MSA和nssSO4-2历史时期峰值与El Nino具有很好的相关性（Legrand and Feniet-Saigne, 1991）,2.4 地球扁率和自转证据,在厄尔尼诺年，地球的确出现了膨胀，在非厄尔尼诺年，地球的确出现了收缩；在拉尼娜年，地球收缩程度最大。 这从一个侧面证明，厄尔尼诺现象的形成，的确是因为地球膨胀，造成洋中脊扩张致使岩浆上涌，使东太平洋海水异常升温而造成的。,1982-2001年的J21011变化情况(Dickey et. al., 2002),东太平洋海温变化（SST）与日长年际变化的关系（上海天文台，1995）,火山的形成及种类,1、地槽形成原理 2、海洋地背斜顶部火山的形成 3、岛弧形成及其火山活动 4、地堑形成及其火山活动,型,地槽形成和造陆过程. A，岩石壳；B，早期沉积物；C，负压腔；D，后期沉积物；E，火山堆；F，易形成花岗岩岩浆的浅地幔；G，易形成玄武岩岩浆的深地幔；H，玄武岩；“”示火山喷发.,地背斜火山形成示意图。a-i，示火山形成过程。A，岩石圈；B，软流层；C，负压腔及里形成的岩浆；D，火山堆；“”示火山喷发。,岛弧后火山和山脉的形成过程. A, 大陆岩石圈; B, 流体地幔; C, 海洋岩石圈; D,海沟; E,负压腔; F,火山气体和岩浆从负压腔喷出; G,最先形成的火山堆; H-I,第