2025年大学《行星科学》专业题库- 行星年轻纹地球壳结构

2025年大学《行星科学》专业题库——行星年轻纹地球壳结构考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题4分，共20分）1.行星年轻纹2.克拉通3.洋中脊4.俯冲带5.熔融圈二、简答题（每题6分，共30分）1.简述早期天体撞击对行星（以地球为例）壳形成的主要影响。2.解释什么是板块构造，并简述其基本驱动力。3.列举至少三种可以用来识别地球早期壳形成证据的地质或地球化学指标。4.简述大陆裂谷和洋中脊在构造特征和形成机制上的主要区别。5.说明火山活动在行星年轻期和现代地球壳演化中的不同作用。三、论述题（每题10分，共40分）1.结合具体地质证据，论述板块构造理论如何解释造山带的形成过程及其与俯冲作用的关系。2.对比分析月球和地球在壳结构和演化历史上的主要差异，并探讨造成这些差异的可能原因。3.探讨放射性元素衰变加热在行星早期熔融壳形成和后续地质活动中的重要作用。4.从行星科学的角度，阐述理解地球壳结构演化的意义，并说明其对我们认识其他行星内部过程的价值。试卷答案一、名词解释1.行星年轻纹：指行星（尤其是类地行星）在形成早期（如晚重轰炸期之后）因频繁的强烈撞击、剧烈的放射性元素衰变加热等因素，导致其表面和内部经历特殊而剧烈的地质构造活动、物质分异和圈层形成过程的地质记录和特征表现。**解析思路：*定义需抓住“早期”、“高能活动”、“地质记录”这几个核心要素。早期阶段撞击频繁，内部温度高，构造活跃，与行星成熟期的地质环境显著不同。年轻纹是这些早期过程留下的印记。2.克拉通：指地球上相对稳定、古老且厚度较大的大陆壳块，通常位于大陆内部，经历了长期地质作用的改造而具有高刚度。**解析思路：*定义需包含“大陆壳”、“稳定”、“古老”、“高刚度”等关键特征。克拉通是大陆地壳的重要组成部分，代表了地壳演化中相对稳定、经历了长期保存的阶段。3.洋中脊：指分布在海洋底部的全球性线性山脉，是洋壳形成的地方，位于板块分离的边界，以海底扩张和大规模中脊喷发为特征。**解析思路：*定义需明确“海底”、“线性山脉”、“洋壳形成”、“板块分离边界”、“中脊喷发”等关键信息。洋中脊是板块构造的基本单元之一，是地球内部热物质上涌并形成新洋壳的场所。4.俯冲带：指一个构造板块（通常是海洋板块）俯冲到另一个板块（可以是海洋板块或大陆板块）之下，并沿界面向下插入地球内部的构造边界。**解析思路：*定义需包含“板块”、“俯冲”、“插入”、“构造边界”等要素。俯冲带是板块构造的另一基本单元，是地壳物质回到地幔的重要途径，常伴随地震、火山活动等。5.熔融圈：指行星内部因放射性元素衰变、撞击加热、潮汐加热等原因形成的局部高温熔融或半熔融状态的地体。**解析思路：*定义需点明“内部”、“高温”、“熔融/半熔融”、“地体”等特征。熔融圈是行星形成和演化的关键环节，是物质分异、岩浆形成和壳幔形成的基础。二、简答题1.早期天体撞击对行星壳形成的主要影响包括：提供巨大能量导致行星表面乃至近表面区域熔融，形成全球性或区域性熔融圈；强烈的撞击作用重塑地表，形成大型撞击盆地；通过溅射作用将熔融物质抛洒到轨道上，参与形成大气圈和早期卫星；冲击波和热量导致岩石圈局部破坏或改造；混合不同来源的物质，影响壳的初始组成。**解析思路：*回答需围绕撞击的“加热熔融”、“地貌重塑”（盆地）、“物质混合与抛洒”（大气、卫星）、“岩石圈破坏”等几个主要方面展开。强调撞击是行星早期形成和改造的关键驱动力。2.板块构造是指地球岩石圈并非整体一块，而是分裂成若干个巨大的、rigidplates（刚性地块），这些板块漂浮在相对塑性的软流圈之上，并相互之间发生移动（分离、汇聚、转换），其运动控制着地震、火山、造山、海沟等主要地质现象的分布和发生。其基本驱动力主要来自地球内部的热驱动（如放射性元素衰变导致的热对流）和地球自转产生的离心力与科里奥利力。**解析思路：*首先要定义什么是板块构造（板块划分、运动、与地质现象的关系）。然后要说明其驱动力，主要归结为内部热力（软流圈对流）和外部/旋转力（离心力、科里奥利力）。需要区分构造本身和驱动机制。3.可以用来识别地球早期壳形成证据的地质或地球化学指标包括：残留的古老变质岩（如麻粒岩、片麻岩）及其形成的压力-温度条件；极古老的（>30亿年）火山岩套，特别是绿岩带，反映了早期地壳的成分和构造环境；特殊同位素比值异常（如¹⁰Be/⁹Be、³He/⁴He等），这些轻核素容易丢失，其现代分布可反推早期过程；地壳锆石中的继承锆石，其U-Pb年龄谱系可以揭示地壳形成和增生的历史；地球化学成分显示地壳形成于不同的熔体源区（如MORB型、OIB型）的证据。**解析思路：*需要列举并能简要说明至少三种不同类型的证据。可以是岩石类型、构造特征、同位素示踪、矿物年龄学和地球化学特征。强调这些证据如何指向“早期”和“壳形成”。4.大陆裂谷和洋中脊的主要区别在于：构造位置不同（大陆裂谷位于大陆内部，洋中脊位于大洋底部）；形成机制不同（大陆裂谷是大陆板块受拉张作用开始分裂，洋中脊是洋板块受拉张作用中心部分上涌）；岩石圈厚度不同（大陆裂谷区岩石圈减薄但通常仍较厚，洋中脊处岩石圈最薄）；喷发岩类型和成分不同（大陆裂谷多为碱性玄武岩，洋中脊为洋脊玄武岩，均属镁铁质）；伴随的地质现象不同（大陆裂谷可能发展成新的海洋，常伴有大规模沉降和裂谷盆地；洋中脊始终是洋壳生成带）。**解析思路：*采用对比表格的形式，从位置、机制、岩石圈厚度、岩浆成分、地质意义等几个维度进行对比。抓住它们在板块运动背景下的根本区别：一个是分裂边界，一个是增生边界。5.行星年轻期火山活动主要作用是：参与形成行星早期大气圈和海洋（如地球）；将大量熔融物质（岩浆）释放到地表，形成早期火山岩地貌；对行星表面进行快速冷却和改造；可能引发或加剧早期地壳的不稳定性；将内部放射性元素带到地表，影响早期热演化速率。现代地球壳演化中的火山活动主要作用是：参与板块边界（洋中脊、俯冲带）的岩石圈增生和改造；提供地壳物质的部分再生途径；是岩浆活动的重要产物，形成火山地貌和岩浆岩；对局部乃至全球气候和环境产生影响。**解析思路：*分为两个阶段对比回答。早期火山活动与行星的“诞生”、“冷却”、“大气海洋形成”等初始状态密切相关。现代火山活动则更多地与成熟的板块构造系统、地壳物质循环和地球表层系统的动态平衡相关。三、论述题1.板块构造理论通过解释造山带的形成过程及其与俯冲作用的关系，统一了地球上的造山、地震、火山等地质现象。造山带通常形成于板块汇聚边界，特别是俯冲带。当denseroceanicplate俯冲到另一plate（可以是oceanic或continental）之下时，俯冲板片在深部高温高压条件下发生部分熔融，形成富硅酸盐的岩浆。这些岩浆向上运移，一方面导致地表火山活动，另一方面侵入地壳，形成大规模的褶皱和逆冲断层，导致地壳缩短、增厚，最终形成巨大的造山带（如喜马拉雅山脉）。同时，俯冲作用还导致地壳下方应力集中，引发强烈的地震活动。因此，板块构造理论将俯冲带的部分熔融、岩浆活动与造山带的构造变形和地震活动紧密联系起来，解释了造山带的形成机制。**解析思路：*论述需从“板块汇聚边界”、“俯冲作用”入手。详细解释俯冲带如何导致“部分熔融”、“岩浆形成与运移”，以及这些岩浆活动如何“导致地壳增厚变形”（褶皱逆冲），并伴随“火山活动和地震”。强调板块构造是核心理论，俯冲是关键过程，熔融和构造变形是主要机制。2.月球和地球在壳结构和演化历史上的主要差异十分显著。月球几乎没有现代构造活动，其壳主要是早期形成的全球熔融壳冷却固结的产物，普遍较薄且相对均一，缺乏明显的板块构造特征和大型造山带。月球表面布满了巨大的撞击坑，记录了频繁的早期撞击事件。地球则拥有活跃的板块构造系统，地壳被分割成不同大小和类型的板块，不断发生增生（洋中脊）和消亡（俯冲带）。地球地壳具有明显的圈层结构（大陆壳厚、大洋壳薄），成分复杂，记录了漫长的地质演化历史，包括多次造山运动和大陆裂合事件。地球拥有活跃的火山和地震活动，内部物质循环剧烈。造成这些差异的主要可能原因包括：地球比月球质量大得多，自转快得多，能维持更活跃的内部热状态和更强的引力捕获能力，从而形成了更厚、更复杂、更活跃的地壳和地质活动；地球经历了更强烈和持久的早期熔融和分异过程；地球可能接收了更多不同类型的物质，导致成分差异。**解析思路：*采用对比方式，从“壳厚度与结构”、“板块活动”、“地质活动类型”、“表面地貌”、“形成与演化历史”等方面详细列举差异。然后分析造成这些差异的根本原因，重点放在地球的质量、自转、内部热状态和物质来源等方面。3.放射性元素衰变加热在行星早期熔融壳形成和后续地质活动中起到了至关重要的作用。在行星形成初期，大量的放射性元素（如铀U、钍Th、钾K）被捕获并富集在行星的内部（地幔和早期地壳中）。这些元素的放射性衰变会持续释放大量阿尔法粒子、贝塔粒子和伽马射线，产生巨大的热量。这种内部加热是早期行星克服巨大引力势能、维持全球性或区域性熔融状态的关键能源。例如，地球早期形成的熔融圈被认为是放射性元素衰变加热和早期猛烈撞击加热共同作用的结果。这种熔融状态为后续的硅酸盐分异（地壳和地幔的形成）、元素分异（重金属下沉形成地核）奠定了基础。在行星演化的后期，虽然放射性元素丰度有所下降，但其在地幔中的持续衰变仍然是地幔对流、板块构造、火山活动以及维持行星内部热梯度的重要能量来源。**解析思路：*首先定义放射性元素衰变加热及其机制。然后重点论述其在“早期熔融壳形成”中的作用（提供关键热量，克服引力）。接着论述其在“后续地质活动”中的作用（驱动地幔对流、维持热梯度、影响板块构造和火山活动）。强调其贯穿行星演化的重要性。4.从行星科学的角度，理解地球壳结构演化的意义在于：地球地壳是太阳系中唯一被详细探测和研究过的、具有活跃板块构造系统的行星圈层。研究地球壳的组成、结构、变形和演化历史，可以为我们提供理解其他类地行星（如火星、金星、月球）壳层形成和演化的直接参照和线索。通过比较地球与其他行星的壳特征差异（如火星的壳缺失或极薄、金星的壳稳定但活动方式不同、月球的壳静态），可以推断它们不同的内部热状态、地质活动历史和形成过程。此外，地球壳的研究也揭示