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什麽是地幔

地幔(Mantle)介於莫霍面和古登堡面之間,厚度在2800km以上,平均密度為4.59g/cm?,體積約占地球體積的82.26%, 地幔的質量約占地球總質量的67.0%,在很大程度上影響了地球物質的總組成。地幔的橫向變化比較均勻,根據地震波速度的變化以1000km激增帶為界面(雷波蒂面),進壹步劃分出上地幔和下地幔兩個次壹級圈層。

(壹)地殼

地殼是莫霍面以上的地球表層。其厚度變化在5-70km之間。其中大陸地區厚度較大,平均約為33km;大洋地區厚度較小,平均約7km;總體的平均厚度約16km,約占地球半徑的1/400,占地球總體積的1.55%,占地球總質量的0.8%。地殼物質的密度壹般為2.6-2.9g/cm?,其上部密度較小,向下部密度增大:地殼為固態巖石所組成,包括沈積巖、巖漿巖和變質巖二大巖類:由十:地殼是當前地質學、地球物理學、地理學等學科的主要研究對象,因此,有關其詳細情況將在下壹節作進壹步介紹。

(二)地幔

地幔是地球的莫霍面以下、古登堡面(深2885km)以上的中間部分。其厚度約2850km,占地球總體積的82.3%,占地球總質量的67.8%,是地球的主體邵分。從整個地幔叫以通過地震波橫波的事實看,它主要由固態物質組成。根據地震波的次級不連續面,以650km深處為界,可將地幔分為上地幔和下地幔兩個次級圈層。

1.上地幔

上地幔的平均密度為3.5g/cm?,這壹密度值與石隕石相當,暗示其可能具有與石隕石類似的物質成分。從火山噴發和構造運動從上地幔上部帶出來的深部物質來看,也均為超基性巖。近年來通過高溫高壓試驗來模擬地幔巖石的性質時發現,用橄欖巖55%、輝石35%、石榴子石10%的混合物作為樣品(礦物成分相當於超基性巖),在相當於上地幔的溫壓條件下測定其波速與密度,得到與上地幔基本壹致的結果。根據以上理由推測,上地幔由相當於超基性巖的物質組成,其主要的礦物成分可能為橄欖石,有壹部分為輝石與石榴子石,這種推測的地幔物質被稱為地幔巖。

上地幔上部存在壹個軟流圈,約從70km延伸到250km左右,其特征是出現地震波低速帶。物理實驗表明,波速降低可能是由於軟流圈物質發生部分熔融,使其強度降低而引起的。據地內溫度估算,軟流圈的溫度可達700-1300℃,已接近超基性巖在該壓力下的熔點溫度,因此壹些易熔組分或熔點偏低的組分便可開始發生熔融。據計算,軟流圈的熔融物質可能僅占1%-10%,熔融物質散布於固態物質之間,因而大大降低了強度,使軟流圈具較強的塑性或流動性。由於軟流圈物質已接近熔融的臨界狀態,因此它成為巖漿的重要發源地。

2.下地幔

下地幔的平均密度為5.1g/cm?.由於這裏經受著強大的地內壓力作用,使得存在於上地幔的橄欖石等礦物分解成為FeO、MgO、SiO2和Al2O3,等簡單的氧化物。與上地幔相比,其物質化學成分的變化可能主要表現為含鐵量的相對增加(或Fe/Mg的比例增大)。由於壓力隨深度的增大,物質密度和波速逐漸增加。

(三)地核

地核是地球內部古登堡面至地心的部分,其體積占地球總體積的16.2%,質量卻占地球總質壁的31.3%,地核的密度達9.98-12.5g/cm?。根據地震波的傳播特點可將地核進壹步分為三層:外核(深度2 885-4170km)、過渡層(4170-5155km)和內核(5155km至地心)。在外核中,根據橫波不能通過,縱波發生大幅度衰減的事實推測其為液態;在內核中,橫波又重新出現,說明其又變為固態;過渡層則為液體壹固體的過渡狀態。

地核的密度如此之大,從地表物質來看只有壹些金屬物質才可與之相比,而地表最常見的金屬是鐵,具密度為8g/cm?,它在超高壓下完全可以達到地核的密度。地核的密度與鐵隕石較接近,也表明地核可能主要為鐵、鎳物質。地球具有主要由內部物質引起的磁場,這說明地球內部壹定具有高磁性的鐵、鎳物質非常集中的某個圈層,而地殼、地幔中均不存在,那麽它應存在於地核中。此外,人們用爆破沖擊波提供的瞬時超高壓宋模擬地核的嚴卞狀態,並測定壹些元素在瞬時超高壓下的波速與密度,結果發現地核的波速與密度值與鐵,鎳比較接近。綜合多方面推測,地核應主要由鐵、鎳物質組成。近年來的進壹步研究還發現,在地核的高壓下,純鐵、鎳的密度略顯偏高,推測地核最合理的物質組成應是鐵、鎳及少量的矽、硫等輕元素組成的合金。