地球的构造发展及中国区域大地构造划分

地球的构造包括地球的内部圈层构造与地壳的构造,是地球长期发展而成的必然结果.地球内部的圈层构造,当前只能依靠地球物理方法测得的信息加以合理的解释.例如,利用地震波在地球内传播上的变化,了解到地球内部有几个不连续面,其中最大的两个:莫霍面与古藤堡面,把地球内部分为地壳,地幔与地核. 但是,根据地震波速的变化,判断地球内部的物质成分的结论,是值得商榷的,因为地球内部高温高压下物质的物理性质,与地表情况下物质的物理性质,显然有很大的不同.从当代微观到客观自然科学的研究,地球内部的变化,可能不是物质的变化,而是物态的变化.     

地球内部物质的运动与动力

地球物理学研究的主体内涵是地球内部物理学,而地球内部物理学研究的核心则是地球内部结构、物质的运动和力源及其响应.在研究和探索地球内部物质与能量交换的深层过程与力源机制的基础上提出:(1)地球内部各圈层结构和物质组成是研究物质运动、介质属性、结构和深层过程的基础;(2)大陆漂移、海底扩张和板块运动是地球内部岩石圈物质飘曳在软流圈上运动极为重要的地球科学事件,大陆溢流玄武岩的喷发和地幔热柱的上升体现了水平力系与垂直力系并存和其耦合响应;(3)强烈地震的发生、火山喷发、青藏高原的整体抬升、第二深度空间金属矿产资源、油气能源形成与聚集是地球内部物质与能量交换的产物;(4)地球内部物质运动的驱动力源是其物质力学属性研究与探索的核心问题之一,但有关一系列的假说却难以解释发生在地球上的诸多事件,唯地幔对流说取得了较多的共识,由于尚缺乏可靠的精确实测论据,故乃为一假说;(5)地球内部放射性元素蜕变和核-幔热动力边界层及其产生的热能可能是驱动地球内部物质运动最可能的能源.地球内部是否可能还存在像天体运动研究中最近提出的"暗物质"和"暗能量"呢?为此尚必须深化认识地球本体.     

在"地狱"的入口处

在凡尔纳的<地心游记>中,地质学家为探索地心的秘密,从斯奈菲尔火山口进入地球内部,最后又意外地被从意大利南部的斯特龙博利火山口甩了出来.现代科学告诉我们,地球内部的温度高达数千摄氏度,人不可能通过火山口进入地心.不过,的确有科学家通过研究火山,藉以探究地球内部的秘密.     

中国东部考古磁学强度结果揭示全新世地磁场极端事件

正地磁场起源于地球外核流体运动,携带了地球内部的重要信息,是认识地球深部过程的窗口.同时地磁场又是地球最重要的物理场之一,保护地球免受过多宇宙射线的干扰,地磁场的变化可能与宇宙射线通量、气候变化等存在某种相关性.研究地磁场的演化历史对探索地球内部动力机制、认识地球生存环境具有重要的指导意义.考古磁学主要对遗址出土的高温烘烤过的遗存进行磁学研究,从而获得全新世以来地磁场方向和强度百年或千年尺度的精细变化信息,在完善地磁场模型、探索地球动力学过程、考古遗址定年和探讨人类活动与地球环境变化相关性等     

地热——来自地下的绿色能源

地球由地壳、地幔和地核组成,它是一个巨大的地热库,越往下温度越高.地热是指地球内部蕴藏的能量.     

大陆科学钻探与中国科学深钻工程

人类在赖以生存的地球上已经历了无数个春秋.长期以来,人们就试图通过各种方法对地球进行探测,但是,由于坚硬地壳岩石的阻隔,迄今为止,人类对地球内部仍然所知甚少.随着航天技术的发展人类开辟了通往宇宙星际的大门,一个与之相呼应的"入地"计划应运而生,这就是直接观测地球陆壳的"大陆科学钻探".作为"深入地球内部的望远镜",大陆科学深钻是当代地球科学具有划时代意义的大型科学工程,也是解决当前人类面临的资源、灾害、环境三大问题的重要途径之一.     

深入地球深处的望远镜--中国第一钻

今年8月4日,中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县毛北镇开钻.这次钻探工程被誉为"深入地球内部的望远镜",将向地球深处钻进5000米,形成我国第一口科学钻井.     

地球内部流体的动力学过程与机制

<正> 1 现代地球科学 地球内部流体行为研究涉及到5个方面的问题:即流体在地球内部不同层位的(1)存在形式;(2)分布;(3)来源;(4)迁移过程以及(5)迁移过程中与所附存的岩石间所发生的化学的和物理的作用。这5个方面代表了地球内部流体研究的最关键性问题。地球内部流体的动力过程(dynamic processes)则主要是指第(4)和第(5)个问题。由于进行地球内部流体研究所涉及问题的广泛性和特殊性,以及进行地球内部流体研究时必须以整个现代     

照亮地球深部的“明灯”——高温高压实验

地球是人类赖以生存和发展的家园,相对于其表层系统(大气圈、水圈、生物圈),人类对地球深部的认识仍然非常有限。地质学/地球化学方法通过研究地表出露的来自地球深部的岩石矿物和来自外太空宇宙的陨石等样品,来推测地球内部物质的性质。地球物理方法则利用地震波来探测地球内部的结构。半个多世纪以来兴起的高温高压技术,使得科学家能够在实验室中模拟地球内部的极端压力和温度环境,同时结合各种现代化分析测试手段,对岩石和矿物在极端高温高压条件下的性质状态进行原位研究,极大地促进了我们对地球内部的物质组成和结构的认识。因此,高温高压实验技术已经成为人类探索地球深部结构和物质组成的“明灯”。     

中国东部裂谷系地幔脱气的氦同位素证据

大气中发现的放射性成因(~40)Ar和(~4)He被认为是地球内部放射性元素(如铀、钍等)自然衰变的产物经地球脱气进入大气圈的.稀有气体同位素组成及其相对比值是地球脱气理论和地幔地球化学演化很重要的地球化学指标,据此提出了地球脱气的连续性模式和突变性模式.地球脱气在时间上有突变性,在地理位置或大地构造位置上具不均匀性.大陆裂谷、大洋中脊、火山岛孤是地球脱气通量最大的地带.地球裂谷带不仅有大量挥发分从地球深部向外逃逸,而且有大量地球深部岩浆和热向上逸出.本文根据三十多个氦同位素数据和其他地球化学、地质学资料来讨论中国东部大陆裂谷地幔的脱气.     

第三届地球与行星深部国际研讨会在北京召开

地球和行星深部研究是地球与行星科学的重大前沿领域.地磁场与行星磁场起源于行星外核富铁流体对流运动,它的产生和变化蕴藏着行星内部演化的重要信息.近年来,随着观测和计算模拟水平的不断提高,地球与行星深部研究取得了一系列重要进展.继2007和2010年成功举办第     

地壳下有山谷

美国加利福尼亚技术学院、哈佛大学与麻省理工学院的地球物理学家运用地震层析X射影技术,绘制出了地球内部的地图,从而发现在地下3200公里的深处分布着广袤的高山与峡谷.这些山谷由熔岩构成,分布在地球液态地心与半熔融态地幔之间的边界处,与这两层犬牙交错,忽高忽低.已经测得到一条山脉高10公里,长达近万公里,还有一条峡谷的深度与长度与此相近. 先前地球物理学家一直认为地心是一个表面光滑的液态球体.新的发现有助于解释为什么地球的     

地球系统演化自组织理论与热动力模式

地球演化遵循特殊的非平衡、非线性物理学原理.地球之所以摆脱了行星共有的归宿——非平衡定态,跃迁到一个充满希望的非线性世界,是由于地球体系曾发生过一次来自内部的、随机的巨涨落。这次决定地球命运的巨涨落就是原始CO_2大气自发液化事件(干冰事件).建立在非平衡热力学理论和干冰假说基础上的地球系统演化理论与模式,使许多地球问题和复杂现象获得解释,同时也成功地建立了完整的地球演化重要事件的时间序列.     

硅酸盐熔体的物理化学性质研究进展及其应用

硅酸盐熔体具有高度的物理和化学活性, 是地球乃至其他类地行星内部物质和能量迁移的重要载体. 它们在地球内部层圈形成和演化的岩石学和动力学过程中发挥了关键作用. 充分了解高温高压条件下各种成分硅酸盐熔体的物理化学性质, 是正确认识与壳幔部分熔融相关的各种地质现象(如深部岩浆作用和火山喷发)的先决条件. 硅酸盐熔体自身的物理化学性质分为热力学性质(包括热力学状态函数和均相反应平衡常数)与动力学性质(包括迁移性质和均相反应速率常数). 针对硅酸盐熔体性质的研究, 近年来在高温高压实验和分析技术、计算方法(特别是第一原理分子动力学模拟)、理论模型以及熔体宏观性质与微观结构之间联系等方面都取得了很大进展. 通过与地球物理和地球化学观测的结合, 熔体性质领域的研究进展显著改进了我们对地球内部状态和地质过程的理解. 本文综述了硅酸盐熔体物理化学性质研究的成果和现状, 阐释了一些具有重要意义的应用实例, 并展望了该领域未来的研究趋势.     

封面说明

<正>深部碳循环对于探索地球内部演化、全球气候变化和资源战略勘探等都具有重大意义.由于地壳再循环作用可以将大量地球表层碳带到地球深部,所以地壳再循环在地球深部碳循环中起着非常重要的作用.起源于上地幔或者更深处的碱性玄武岩可以记录地球深部地质演化的重要信息.橄榄石斑晶所捕获的熔体包裹体可以有效地记录原始岩浆的物理化学信息.对山东杨庄碱性玄武岩中橄榄石斑晶内的     

地球内部的气态圈层

人类对宇宙空间的探索,无论从深度和广度上讲都很深远.空间研究的距离可以延伸到几十亿光年.但对半径只有六千三百多公里的地球来说,通过钻探直接研究的深度还不超过10公里,而且只是研究了为数很少的一些钻孔而已.通过间接手段研究地球内部结构,最主要最有效的方法莫过于借助穿过地球内部的地震波了.根据地震波速的研究,传统的理论认为地球内部分为三个圈层:地壳、地幔和地核.     

无处不在的地热能

<正>地热是来自地球内部的高温热能。与其他行星相比，地球是一颗名副其实的“热星”。一种看法认为，地球刚形成的时候，温度非常高，俨然一颗“火球”。随着时间的推移，地表逐渐冷却，但它内部仍然保留着大量的热能。与此同时，地球内部存在着很多放射性同位素，它们无时无刻不在产生热量，不断地加热着地球。地球是外温而内热的。它的内部可以分为三层：地壳、地幔和地核。从地表往下到地壳、     

地磁倒转的原因是什么?

地磁倒转是地球演化史上的全球性重大事件.由于对地球内部物质和运动的认识不足,目前我们尚不清楚地磁倒转的确切原因.不过,相关研究也取得了明显的进展,现在已经知道地磁场是由地球外核的磁流体发电机过程所产生,数值模拟和实验已能再现一个与地磁场时空特征相似的磁场,并从中发现了磁场的自发倒转现象.由于数值模拟和实验的近似程度远未达到地球的真实情况,地磁倒转的自发性目前还不能予以确认.近年来的研究发现,虽然地磁场起源于地球外核,但其他圈层的物性参数分布和运动,如下地幔和地核的电导率分布、地幔对流、板块运动、内核生长等因素都影响或控制着地磁倒转的过程和频率,这些外部因素是否是引起地磁倒转的原因需要进一步的研究.本文简要介绍了地磁场的时空特征和形成机制,评述了地磁倒转的研究进展,并指出在深入探知地球内部信息的基础上,将地球各圈层的相互作用等因素进行统一考虑,构建综合性模型,是未来地磁场及其倒转机制研究的方向.     

地球中微子:来自地球深部的信使

中微子是构成物质世界最基本的单元之一,在自然界广泛存在.正在建设的江门中微子实验站(JUNO)是我国第二个大型国际领先的中微子实验站.地球中微子(geo-neutrino)是地球内部天然放射性元素(主要是~(238)U,~(232)Th和~(40)K三种同位素)衰变产生的反电子中微子.它们在衰变过程中也同时释放出大量热能,是驱动地球演化的主要地热能来源之一.地球中微子的通量和产生的热能成固定比例.因此,测量地球中微子的通量,可以获得放射性元素分布及其对地热能的贡献.江门中微子实验站的探测器质量为2万吨,运行一年所获取的地球中微子事例数达到400个以上,超过全球已有地球中微子探测器10年所探测事例的总和.江门中微子实验站周围500 km以内贡献50%以上的地球中微子事例数,利用地球科学手段可合理、有效估算实验站周围及邻区地壳的贡献,实验站测量总数减去地壳贡献,可得到地幔的贡献.因此,有效充分利用实验站可望帮助解决放射性元素衰变对地热能的贡献、测量Th/U比值和来自地幔的放射性地热等问题,并推动国内中微子地球科学研究的交叉领域发展.本文首先介绍了地球内部有关热量未解决的科学问题及地球中微子可能的贡献,其次介绍了地球中微子研究的国内外现状及精确地壳结构模型研究的重要意义,随后着重介绍了江门中微子实验的地球中微子探测潜力及其独特的地理位置和探测优势对地球科学研究的意义,最后给出总结和展望.     

地球的下地幔可能是固体电解质

据美国亚利桑那州立大学的研究者们报道,地球内部的下地幔区可能是固体电解质,而不是如通常设想的电子导体。物理化学家R.M.O'Keeffe和J.O.Bovin研究了三氟镁钠(NaMgF_3)——一种与硅酸镁(MgSiO_3)等电子的氟化物,它被认为是地球下地幔的主要组份。该区域范围在离地球中心3,500～5,700公里之间,构成了行星的本体。