地球的起源与演化-地球的演化

第三节  地球的演化

地球的演化问题与太阳系成因关系密切，从太阳系众多的成因假说中可以知道，一种观点认为原始地球是热的，地壳先冷凝成固体，随时间消逝，大部分热量散失，地球内部保存余热；另一种观点认为原始地球是冷的，在演化过程中逐渐变热。这两种观点出发点不同，所得出的结论也不同，看来了解地球内热演化是研究地球全部演化史的关键。

一、地球内部层圈的形成

目前一般认为原始地球是均质的固体，主要由硅、氧、铁、镁等的化合物组成。地球开始是冷的，由于下列原因逐渐变热。

（1）小星体碰撞转换来的热能这种热源可能是地球形成初期的主要形式，小天体的冲击、尘埃碎块的碰撞将大量的动能转换为热能。虽然一部分要散失到宇宙空间去，但仍有一部分保存下来使地球增温。

（2）压缩导致温度升高随着地球体积的缩小，内部压力不断增高，重力压缩的结果使地球温度升高。由于岩石的导热性差，大部分热能积累起来。

（3）放射性元素蜕变生热地球内部的U、Th、K等放射性元素蜕变时放出的热量，长期积累起来，造成地球升温。这种热能的积累远大于散热，所以它在地球内热演化中起重要作用。

上述这三种热源造成了地球温度的不断升高。在地球形成初期，由碰撞、压缩和放射性而产生的热量使地球温度达到1000℃或更高。地球形成的最初10亿年内，在深度400～800km范围内，温度已上升达到铁的熔点。由于铁和镍的熔点较硅酸盐低，这时达到熔点首先熔化，形成熔融的金属层，同时硅酸盐开始软化，为重力分异作用创造了有利条件，于是比重大的铁、镍形成大的熔滴向地心下沉。降落过程中将释放出来的重力能转变为热能，使地球出现局部熔融状态。铁、镍最后向地心集结成为地核，与此同时，硅铝、硅镁等较轻物质上浮，冷却而成为原始地壳，二者之间的铁镁硅酸盐组成地幔。在长期分异作用下，地核不断加大，地核内热不再散失，致使外核保持液体状态。 

二、地壳的演化

冥古宙地壳  目前地球上最古老的岩石为加拿大的阿卡斯达片麻岩（40亿年），这说明最晚在距今40亿年已经存在由分异作用形成的地壳。冥古宙（46亿～38亿年）地壳特点是从与月球对比获知的。在月球上，于46亿～44亿年间，熔融深度达到1000km附近，形成了岩浆海，随着它的冷却，形成了大约60km厚的以基性岩为主岩石圈。地球在冥古宙时比月球更强烈地遭受到陨石的轰击，被岩浆海覆盖。在岩浆海冷却固结时，地壳以基性岩为主，经分异在局部形成了花岗岩质的原始地壳，并有微弱板块活动。

太古宙地壳  太古宙时（38亿～25亿年）地壳处于早期发展阶段。在太古宙早期，地壳可能比较薄，大部分为脆弱的以基性岩为主的岩石圈层。可能仅在发生板块挤压、俯冲的地区，由于岩浆的分异作用与岛弧的形成，出现一些孤立的、以岛弧形式为主的原始陆壳。随着岛弧的逐渐增大，板块俯冲作用与岩浆活动也逐渐增强，地幔、地壳物质交换剧烈，使得以中、酸性为主的陆壳物质不断增长。同时，火山岛弧被风化、剥蚀下来的碎屑物质，经过搬运后沉积在岛弧附近的水域，形成最早的沉积岩，并进一步扩大了陆壳的分布范围。由于板块活动和构造运动，又不断使这些早期的火山岩、侵入岩和沉积岩发生变形、变质和焊接。这样不断进行，使得陆壳不断增长，而陆壳由于为较轻的物质，它们在俯冲过程中很少被入到地幔中。于是，在太古宙中、晚期，地壳上已出现了一些分散的、孤立的较小古陆或称为陆核。

元古宙地壳  古元古代时（25亿～18亿年），陆核逐渐扩大，地壳的稳定性得以加强。到古元古代末期，地壳上发生广泛的构造运动，一些不同规模的古陆核发生拼合，形成规模较大的古陆块，许多大陆的雏形就是在该时期形成的。中元古代（18亿～10亿年），古陆块又进一步发展，到中元古代末期，地球上又发生了一次影响较为广泛的地壳运动。由于板块的汇聚，大陆和大陆互相碰撞，全球大陆相互联结，形成一个或极少数量的超大陆。进入新元古代（10亿～5.7亿年），超大陆逐渐分裂、解体，出现五个巨型的稳定古陆。

显生宙地壳  据研究，显生宙（5.7亿年～今）以来，地壳上的大陆总体上经历了一个分裂—聚合—再分裂的历史。早期分裂的历史是从新元古代延续到早古生代的。到5.1亿年前后，古冈瓦纳大陆（主要由南美、非洲、南极洲、澳洲和印度组成）相对较为完整，而北美、欧洲和亚洲大陆则相距甚远；在距今5.1亿～3.8亿年之间，欧洲与北美之间的古大西洋关闭，并形成阿巴拉契亚-加里东褶皱山系；距今3.8亿～3.4亿年之间，已拼接的欧洲-北美大陆与古冈瓦大陆和亚洲大陆的距离逐渐缩短；距今3.4亿～2.25亿年之间（晚古生代晚期），欧洲-北美大陆和亚洲大陆碰撞，形成乌拉尔山脉，并构造巨大的北方古陆——劳亚古陆，北美和非洲之间的大洋闭合，使劳亚古陆与冈瓦纳古陆相连，形成泛大陆即联合古陆，两者之间为特提斯海；距今2亿～1.8亿年之间，联合古陆又开始逐渐发生分裂，首先从北大西洋南部和古地中海西部开始分裂，继而南美-非洲与冈瓦纳大陆其余部分分裂，印度与澳大利亚-南极洲分裂；距今1.8亿～1.35亿年，海底不断扩张使大西洋北部和印度洋扩展开来，南美与非洲之间也开始分裂，而特提斯海不断闭合；到0.65亿年前，南大西洋已经展宽，北大西洋继续向北扩展，特提斯海几乎闭合，印度继续北移；0.65亿年以来，大西洋中脊进入北冰洋，澳大利亚从南极大陆分裂并向北漂移，印度与欧亚大陆碰撞形成喜马拉雅山脉，现今海陆格局最终形成。

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