我国深空探测研究深入火星和月球内部

<正>地球、火星、月球等具有显著的圈层结构,这是其形成与演化的结果;圈层结构因而记录了它们的形成和演化中诸多地质过程和环境变迁,如岩浆洋冷却、壳幔分异和核幔分异,以及气候和宜居性环境演变等.地球的圈层结构可分为外部圈层(水圈、生物圈、大气圈)和内部圈层(地壳、地幔、地核),地球各圈层间存在大规模的物质循环和能量交换.地壳物质可以通过俯冲过程到达地幔甚至是核幔边界,而核幔边界的热物质则能以地幔柱形式上涌至地表.本文着重探讨火星与月球的浅表层和深部结构探测及其未来可能的考量.     

碳构造:一个地球系统科学新范式

地球系统科学是一门复杂性科学,迄今没有一个简单理论完整解释地球系统行为.碳构造既是地球系统运行的一种新模式,也是一种研究新范式,其基本构成有碳泵、碳传送带及碳开关.碳泵是跨圈层物质能量垂向交换机制,碳传送带则是同一圈层内的水平输送机制,碳开关控制着地球系统运行状态和进化方向.碳构造是多学科研究地球系统的突破口和交叉点.     

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.     

地球能打通吗？

从我国到美国或阿根廷,乘船或乘飞机都要经过大弧线形的航线。为了加快速度,有人提出,要是把地球挖通了,做条直达的高速铁路或公路,那不就方便了吗!但是,你可知道地球地底下的构造?地球地底下的物质构造很有规律,大致可分为3个圈层。地表的薄薄的一层叫地壳,主要由岩石组成,厚度平均约是32km(在大陆底下厚为15km～80km;海洋下为2km～11km),     

青藏高原向东挤出与向北扩展——高原隆升深部过程之探讨

青藏高原下方的软弱物质在印度-欧亚大陆的汇聚挤压作用下,从增厚、抬升的高原中部向东部逃逸挤出.本文基于一条宽频地震密集台站剖面观测给出的青藏高原-秦岭构造转换带地壳和上地幔顶部结构断面,结合前人的地质和地球物理学研究成果,探讨了青藏高原物质向东的挤出,揭示秦岭作为一个可能的通道,将如何协调青藏高原物质的挤出,进而探讨上述地球动力学过程如何影响高原东缘的隆升和扩展,并对比了青藏高原东缘和北缘的地壳变形增厚机制以及地幔岩石圈行为模式之差异.研究结果揭示了,受区域大型断裂带控制的中下地壳软弱物质挤出和由软流圈地幔流触发的岩石圈底部拆沉导致的重力均衡,可能同时在青藏高原东缘下方发生,断裂和块体控制的壳内软弱物质挤出可能是青藏高原东缘边界带上大地震发生的一个重要深部孕震机制.上述两个机制的共同作用导致了青藏高原东缘与秦岭以及四川盆地构造转换带区域的高原隆升和扩展.青藏高原东缘物质挤出的深部过程与处于青藏高原北缘的青藏高原-阿拉善构造转换带区域的高原向北扩展之深部机制存在差异,而造成高原北缘与东缘差异隆升模式的根本动力学原因,可能是从青藏高原中东部(青藏高原内部)到高原北缘岩石圈性质的横向变化.     

未来地球将失去“脸皮”?

正地壳是地球固体地表构造的最外圈层,整个地壳平均厚度约17千米,大陆地壳的平均厚度为35千米左右。高山、高原地区地壳更厚,最高厚达70千米以上;平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄,厚度只有几千米。而太平洋马里亚纳群岛的海沟,是地球上地壳最薄的地方。英国布里斯托尔大学的一个研究小组在收集     

塔里木盆地北缘的深部结构

拜城-大柴旦人工地震宽角反射/折射剖面穿过了塔里木盆地北缘的库车坳陷和塔北隆起两个构造单元. 利用该剖面上的拜城、库车、轮台和库尔勒4个爆炸点的地震资料, 通过二维横向非均匀介质条件下的射线追踪与理论地震图计算, 获得了塔里木盆地北缘地壳与上地幔顶部的二维速度结构与构造. 结果表明, 库车坳陷与塔北隆起的地壳分层具有统一性, 但界面深度、地壳厚度以及速度分布沿剖面变化明显, 其中地壳厚度的变化主要体现在中地壳与下地壳. 在库车坳陷的拜城以及塔北隆起的轮台爆炸点附近莫霍面抬升, 使地壳分别减薄为42和47 km. 地壳最厚处是库车坳陷与塔北隆起的转换部位, 地壳厚度达52 km. 此处的上、下地壳内分别发育壳内速度异常体, 其中上地壳表现为高速异常, 下地壳发育低速异常体, 它们几乎分布在同一垂线上, 相应位置的盖层较厚. 根据地壳的速度结构与构造, 可将剖面划分为库车坳陷、塔北隆起和两者之间的过渡带3个部分, 每一部分都有自己独特的速度变化特点、基底结构形式和深浅部构造关系. 塔里木盆地北缘地壳与上地幔顶部速度结构与构造在东西向的差异可能意味着塔里木盆地向天山造山带俯冲消减的速度和强度的不同, 引起天山造山带的构造分段.     

漫谈物质密度*

物质的密度是与组成该物质的元素种类及其原子排列的疏密程度有关。在元素种类相同时固态物质的密度取决于晶体结构及其化学键特性。探讨了地球内部各圈层物质的密度状态及其差异的原因,指出了随着深度的增加,即温度和压力的增加,共价键及金属键的键性有增加的趋势。阐述了天体物质的密度差异。笔者认为研究地球各圈层物质的温度和压力状况有利于晶体材料的开发和改进。     

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.     

国家自然科学基金地质学学科布局及展望

地质学是地球科学的重要组成部分和学科分支,主要研究地球的物质组成、结构构造、地质作用、形成演化过程及其动力学1-3]．地质学研究聚焦地球自身的物质组成、从表层到内部结构构造以及它们的形成过程、动力学机制和所反映的地球形成与演化历史[1～3].现阶段地质学研究的视角已拓展至地球系统多圈层相互作用,特别是宜居地球成因以及地...     

关于极移的地震激发

1 极移的地震激发研究三维的地球自转变化可分为两个分量,即(1)一维的自转速率的变化,常以日长的变化来表示;(2)两维的地球自转轴指向的变化,亦即极移.在角动量守恒的前提下,地球内部地球物理过程会导致大尺度的物质运动造成“地球物理变化”,这包括固体地球及海洋的潮汐形变、大气波动、水圈的变化、洋流、地震的位错、冰川期后的回弹、地壳和地幔的移动以及地核的活动.本文论述的是极移与地震的关系.地震活动性与地球自转的相互作用,自从100多年前极移发现以来就可能已被注意到了.一方面,非均     

自然信息

卫星发现地核中的峡谷地质学家早已知道地球远非是圆的。地球的旋转使两极扁平,中间膨胀;内部的物质运流引起地壳膨胀与凹陷;还有,大量的轻质岩石像水中木块那样,倾向于向上浮动。然而,近年来地质学家把注意力集中在经常出现的大规模地壳下     

天山及其前陆盆地的晚新生代构造变形

现代天山是典型的板内新生代复活型造山带,为什么远离板块边界上千公里的大陆内部会发生如此强烈的构造变形?构造变形是以什么样的方式和速度发生的?什么因素控制着大陆内部构造变形的发生?大陆内部构造变形与深部的物质运动和动力过程是怎样相互作用的?这些问题从20世纪80年代以来就引起了国际地球科学界的普遍关注,天山成为探索和回答上述重大科学问题的天然实验室.     

为什么

地壳、地幔和地核是如何发现的? 大家知道,地球分为地壳、地幔、地核3部分。对地球结构的这一基本认识,来源于地震研究 地震时,地震波向四面八方辐射,沿不同路径扫遍全球,就像一盏明灯,照亮了地球内部。 地震波分为纵波(P波)、横波(S波)和面波,它们具有不同的传播方式和传播速度。受地球内部介质和层面的影响,地震波在传播过程中会产生速度变化和折射、反射等现象,因此地震波携带着地球内部其传播     

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”。     

华南地壳结构与构造边界特征:来自地震背景噪声和重力联合成像模型的约束

查明华南板块的地壳精细结构,厘清不同块体的地壳物质属性和构造边界特征,对研究华南成矿带的深部动力学成因以及华南板块的形成演化具有重要意义.随着新方法的发展和对多类型数据的深入挖掘,对壳内精细结构的分辨率逐渐提高,有鉴于此,本研究通过收集华南地区地震台站的波形数据,利用背景噪声面波和布格重力异常联合反演华南板块的地壳S波速度结构.结果表明:联合反演模型获取的布格重力异常与观测重力值拟合较好,印证了新方法的可靠性;上地壳内主要沉积盆地呈现明显的低速特征,地壳厚度由西到东呈现减薄的趋势,且在中地壳内,江南造山带南段的地壳结构呈现北东向的高低速带状穿插分布,在南北重力梯度带和江山-绍兴-萍乡-永州一线存在“蘑菇云”形状的中地壳隆升;随着深度的增加,在21～30 km下地壳,速度的横向变化不再与地壳浅层主要构造相对应,整个区域的速度分布呈现东高西低的趋势,且随着深度的增加这一特征越发明显;在30～40 km深度上,速度变化的东西分界与南北的布格重力异常梯度带近似重合.据此推测,江南造山带与扬子和华夏地块的构造边界分别沿着九江-常德-吉首-铜仁-百色一线和江山-绍兴-萍乡-永州-柳州-钦州一线;区...     

地球结构研究及现状

“无论是你还是任何其他人都不知道在地球内部究竟在发生着什么事情.”这是居尔斯·沃恩1864年的幻想小说《在地球中心旅行》中的一句话。当时,人们对此是无所争议的。沃恩的幻想驱使着三个探险者对地球的内奥进行了早期的探索,他们从死火山口处入手在88哩的深度上对地壳层进行了勘查。结果,他们并没有找到熔融物质,却发现了一个海兽曾居住过的巨大的地下海洋。     

关于地幔和地核形成的几种假说

根据地震波传播的特征,固体地球可分为地壳、地幔和地核三层.地壳的厚度从几公里到几十公里;地幔从地壳底一直延伸到2900公里左右的深度;地幔的下面是地核.三者的体积分别为地球总体积的1.6%、82.2%、16.2%.地幔和地核占地球的绝大部分.虽然它们不出露地表,但地表的一些大尺度现象,如地壳运动、海陆形成、地磁场和日长的变化等等,都与地幔和地核的形成有关.地幔和地核的形成又是地球起源学说中的一个重要内容.所以,近二十年来,国外对地幔和地核的形成问题做了不少工作,提出了很多假说.     

地壳应力场的探讨

推动地壳构造运动及地震活动的动力问题是地球科学和地震预报的重要课题,有不少人在这方面做过工作,提出了各种动力学说,但仍然存在不同程度的问题.比如转速变化学说虽然能解释许多地质现象,但它在地球内可能引起的应力量级是很小的,不足以引起地壳运动.实际上,转动的地球在地心引力和旋转离心力作用下存在着一个基本的应力场.本文基于一个物理模式对存在地壳内的一种基本应力场进行了分析.文中统一用“地壳”来称呼地球     

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.