地球有板塊運動而金星沒有,是因為地球有水嗎?
地球有複雜的板塊運動(Plate Tectonic),具有洋中脊、俯衝帶和碰撞造山帶,但金星卻沒有這些特徵,這是為什麼?
可是圖裡顯示的情況是,有洋中脊 (更新連脊都沒有),但是匯聚板塊邊界是「硬擠」但是沒有俯衝。
------搜了圖片來源,看到了馬里蘭大學的網頁----下面的都不是我說的,只是搬運工----
「板塊運動」上,地球的情況是:有俯衝--低溫度的岩石圈地殼在匯聚型板塊邊緣插入地幔,俯衝的板片因為周圍地幔岩石的部分熔融(水是俯衝的板片帶來的,然後降低了熔融需要的溫度)被「潤滑」了。
但是在金星上,地表溫度太高→沒有海洋存在(水)→板片周圍沒法發生熔融→沒有「潤滑劑」→板片不能俯衝。
所以果然,就像題主圖裡顯示的那樣,金星沒有一個俯衝帶。地球有分明的陸殼和洋殼。而金星沒。
另外,原文提到了金星和地球在內部熱傳遞上的不同。
在地球,熱烈通常是從深部通過對流傳遞到淺部(下圖紅色箭頭,洋中脊處洋殼的形成和擴張以及俯衝處的火山作用)。
而在金星,只有熱量在地幔里通過對流傳遞,但是不會在岩石圈對流,而是通過熱傳導(複習一下對流convection和傳導conduction的區別,對流通過介質 -- 一般是液體氣體--的移動帶來熱量的傳遞,而熱傳導在於介質不動但通過接觸傳遞熱量)。下圖的第二張里,可以看到紅色箭頭沒有觸碰到金星的岩石圈。取而代之的是紅色曲線。這樣慢慢地,上地幔溫度達到一定程度就會大面積的熔融(而地球一般只在局部溫壓達到條件才開始部分熔融)。
所以金星上是一整個硬塊(岩石圈)漂在熔融的軟流圈(地球上雖然也是岩石圈在軟流圈上,但是不一樣的是軟流圈不是到處在熔融,好像很多人認為地下面全是滾滾的岩漿。。),沒板塊邊界,下面的圖也發現的確只有火山沒有洋中脊,圖裡出現了岩石圈的「硬懟」 -- 那塊厚厚的,100個百萬年擠出來的。
文中提到了金星的表面的年齡,500百萬年。還講到,金星可能會有短暫的一段一段的時間是有板塊運動的,然後被更長的一段沉睡期間隔開來。以及,更早的歷史尚不知曉。也許早期金星經歷過地球這樣的模式的板塊運動。突破口也許在前面提到的有沒有分明的陸殼和洋殼上。
謝云云邀,但我不是研究這個的專家,而且快出野外了沒太多時間詳寫,說幾點:
1.題目描述正確,不是偽命題,地球是太陽系內側5大硅酸鹽天體中目前唯一有板塊構造的一枚;
2.水非常關鍵,涉及岩石熔點與強度的降低、減小地幔粘滯度、花崗岩類的形成等等,進一步影響陸殼洋殼的分開,但不是唯一因素,不過可以作為必要條件之一,其他的關鍵因素還有岩石圈的密度等,單就此題而言我回答一句「嗯吶」估計也沒多少人反駁我;
3.板塊運動的本質就是星球熱逸散或者丟開能量的一種方式,應注意其啟動時間,並且地球是以上五個天體中最大的一個,體積大小勢必影響其散熱方式之特殊、冷卻時間之更加漫長;
4.大多數人都認為地球並不是一開始就有板塊構造的,岩漿海之後起初的狀態應該也是靜止蓋層,地球發展到一定階段才選擇了板塊構造這種更有效的散熱機制。
有空再補充,感興趣多讀讀文獻,一大堆。
我還會回來的~嗷
==========更新一張圖放在前面=============
比較喜歡下面這張總結,來源忘了,是不同構造體制的模型、特徵、表現以及實例,從左到右是硅酸鹽行星的一生。英文比較好懂,不翻譯啦:
=======關於板塊構造啟動時間的討論分割線=======
粘貼一下之前的讀書報告(我和同學Wiki一起寫的),關於啟動時間的,沒興趣的可直接看結論,1Ga是十億年;寫的很一般,估計也沒人會抄。。
板塊構造啟動時間的地球化學制約
eliton
摘要:板塊構造是地球現階段在太陽系類地行星中獨有的構造運動特徵,是地球演化到一定階段的產物,對現代板塊構造啟動時間的限定是了解地球演化歷史的關鍵。不同學者運用各類地球化學指標並對大量地球化學數據進行統計分析,探討了現代板塊構造啟動的時間和地球早期動力學演變。本文主要對部分利用地球化學資料庫探討板塊構造啟動時間的文章進行總結,並討論Ni/Co、Cr/Zn、Sr-Nd-Hf-O同位素等若干地球化學指標的含義,以判斷可能的板塊構造啟動時間。總結認為,在~
3.0 - 2.7 Ga:(1)
上地殼總體成分由鎂鐵質轉變為長英質(Tang
et al., 2016);(2)
初生地殼平均組成由鎂鐵質轉變為中性,厚度顯著增加(Dhuime
et al., 2015);(3)
(Shirey Richardson, 2011);(4)
大陸地殼生長速率急劇降低,表明地殼生長方式的急劇變化(Dhuime
et al., 2012)。儘管對於這些地球動力學過程劇變的分辨和誘發機制解釋方面存在一些爭論,但是總體上看~3.0Ga是地球動力學過程變化的一個重要轉折期,板塊構造的啟動目前看來是最可能的解釋。因此,板塊構造的啟動時間可能在~3.0Ga。
一、序言
板塊構造的存在是地球區別於其它太陽系類地行星的最主要特徵,然而無論板塊構造的啟動機制如何,大多數學者認為地球形成最初並不存在板塊構造系統(Stern,2007;Condie, and O"Neill 2010;N?raa et al., 2012),因此板塊構造的啟動時間成為一個涉及地球演化的關鍵地球科學問題。從地質學角度限定板塊構造啟動時間通常採用俯衝過程派生的地質記錄的最早出現時間來限定,例如:榴輝岩(Mints et al., 2010)、雙變質帶(Brown, 2014)和蛇綠岩(Kusky et al., 2001)等。然而早期地質記錄的不完整性導致這類方法往往只能給出有限的限定,另外關於太古宙榴輝岩和蛇綠岩的真實性還存在諸多爭議(Zhai et al., 2002, Zhao et al.,
2007)。
另一方面,大陸地殼是對地球過去歷史的主要記錄載體,地殼早期性質的劇烈演化標誌著構造體制的轉變,然而地殼最初是何時形成、如何形成的仍有爭議,並且由於構造活動的改造與剝蝕作用,地殼中很早以前形成的物質現今可能不復存在(Lee and Mckenzie, 2015),因而地殼的早期演化與板塊構造作用密切相關。Sylvester等人(1997)即利用Nb/U比值證明了西澳Yilgarn克拉通晚太古代(2.7Ga)玄武岩的地幔源區是虧損的,與現今虧損地幔性質(Nb/U=47)接近,在2.7Ga以前形成的大陸地殼數量與現今接近。這暗示了在2.7Ga左右俯衝作用可能已經發生,儘管研究存在一定局域性(Hofmann, 1997)。
過去的近三十年,分析技術與儀器的精進極大地豐富了現有的地球化學資料庫,使我們可以通過分析資料庫來刻畫一些深刻的地球動力學過程。大型地球化學資料庫分析往往可以規避一些地質記錄不完整的爭議,因此可以對地球動力學過程提供更普適的制約。本文通過解讀一些地球化學資料庫分析(Tang et al., 2016;Dhuime et al., 2015),來嘗試探討板塊構造啟動的時間。
二、上地殼MgO組成劇變時間的限定
測定碎屑沉積岩(如頁岩、黃土)是獲取現今大陸上地殼地球化學組成的重要方法。Tang等(2016)借鑒了這一思路,通過對早太古代至今的碎屑沉積物的地球化學組成進行數據分析,進而限定早太古代至今的大陸上地殼組成的變化(Tang et al., 2016)。
MgO含量(wt.%)是鑒別岩石組分鎂鐵質程度的重要指標,但是Mg在地表風化過程中表現出高度的活動性,因此不能直接用碎屑沉積岩的MgO (wt.%)來反映當時上地殼真實的鎂鐵質程度。Tang等(2016)搜集了世界範圍內各個時代的弱蝕變的火成岩的主量元素和微量元素組成的數據,發現Ni/Co和Cr/Zn和MgO(wt.%)表現為非常良好的相關性。由於Ni對於Co和Cr對於Zn均表現為較好的更低的不相容性,在橄欖石中這幾種元素的丰度也相對可觀,且這四個元素均在表生環境保持穩定,因此在一定範圍內可以借用Ni/Co和Cr/Zn來限定上地殼的MgO(wt.%)。
Tang等(2016)對全球太古宙克拉通火成岩樣品使用蒙特卡洛(Monte Caelo)演算法建立起Ni/Co、Cr/Zn與MgO(wt.%)定量關係,然後統計全球的碎屑沉積岩的Ni/Co、Cr/Zn組成,從而建立起大陸上地殼MgO(wt.%)隨時間的變化趨勢(圖 1)。依據MgO(wt.%),Tang等(2016)發現在2.6-3.2Ga之間上地殼組成總體由鎂鐵質急劇轉變為長英質(圖1)。
圖 1 上地殼MgO含量與時間關係圖(改自Tang et al., 2016)。星號表示現今大陸上地殼的平均MgO含量;藍色圓表示依據碎屑沉積岩估計的地史時期大陸上地殼的平均含量。在~2.6-3.2Ga之間,大陸上地殼的平均MgO含量逐漸由鎂鐵質岩對應值降低為接近長英質岩對應值。
Tang等(2016)通過進一步的質量平衡計算髮現,長英質的TTG類岩石占上地殼的體積比例從早太古代到晚太古代從10-40%增加至>80%。Tang等(2016)將這一轉變的原因解釋為板塊構造機制的啟動:儘管TTG岩石既可以形成於加厚鎂鐵質下地殼部分熔融,也可以形成於熱俯衝板片部分熔融,但是只有通過俯衝作用添加水分進入部分熔融體系才可能導致大規模的部分熔融作用,產生巨量的TTG岩漿。
因此,透過大陸上地殼成分由鎂鐵質轉變為長英質的轉變時間,可以間接地限定板塊構造啟動時間(~3.0Ga)(Tang et al., 2016)。但是,值得注意的是:1)板塊構造啟動並不是造成大規模長英質岩漿作用的唯一因素,其它因素(大規模地幔柱活動等)也可能產生巨量的長英質岩漿作用;2)前寒武紀碎屑沉積岩的記錄是間斷且不完整的,是否可以足夠反映全球範圍的上地殼成分的演變也值得進一步討論。
三、初生地殼Rb/Sr劇變時間的限定
對地殼岩石而言,Rb/Sr比值與岩漿分異過程相關:鎂鐵質地殼到長英質地殼的87Rb/86Sr變化範圍約為0.087-0.74;而Sm/Nd比值主要受地幔熔融事件的影響,而後期地殼改造過程中的岩漿分異或重熔對其影響甚微(Dhuime et al., 2015;Depaolo, 1981)。火成岩樣品的Rb/Sr和SiO2(wt.%)表現為非常好的正相關關係,同時對於厚度小於60km的地殼,其平均地殼的Rb/Sr和其地殼厚度表現為很好的正線性相關性。如果可以限定地質歷史時期的初生地殼的Rb/Sr,就可以限定初生地殼的SiO2(wt.%)含量和厚度隨時間演化的過程。Dhuime等(2015)通過對全球96465個岩漿岩樣品和13125組分析數據的統計、擬合發現了上述規律,並採取了如下思路:先計算出地質歷史時期初生地殼Rb/Sr,然後分析初生地殼組成和厚度隨時間演化過程。Dhuime等(2015)採取現今樣品87
Sr/86Sr組成二階段模型估計初生地殼Rb/Sr:首先選取大量(96465個)不同年代的火成岩樣品,依據其測定的87Sr/86Sr和87Rb/86Sr,估計岩漿結晶時的(87Sr/86Sr)i,然後假設初始87Sr/86
Sr組成位於虧損地幔演化線上,樣品代表的殼幔分異時間由Nd同位素模式年齡決定,由此計算出初始地殼的87Rb/86Sr,再根據元素丰度計算初生地殼的Rb/Sr,然後依據Rb/Sr和SiO2(wt.%)之間的函數關係(由火成岩資料庫擬合;Dhuime et al., 2015)計算出對應的初生地殼的SiO2(wt.%)含量,依據地殼厚度(CT:km)和Rb/Sr之間函數關係(由資料庫擬合:CT(km)=426.8*SiO2(wt.%)+4.1)R2=0.93 ;Dhuime et al., 2015)。在這裡值得注意的是Nd同位素模式年齡是一階段的,使用的對象條件為TDM - CA>300Ma(結晶年齡),這樣基本可以保證對於經歷了Nd同位素二階段演化或者更多階段演化的地殼樣品,TDM與二階段、多階段模式年齡相差不大,並且使用一階段模式年齡對於幔源岩石樣品更合適。
Dhuime等(2015)統計分析發現:~3.0Ga後初生地殼的Rb/Sr顯著升高,同時對應初生地殼SiO2(wt.%)含量和厚度急劇升高(圖 2)。這表明3.0Ga之後殼幔分異程度顯著上升(即地幔部分熔融程度顯著升高)。誘發這一劇變的最可能原因就是地幔源區水的加入,降低地幔岩石部分熔融固相線,從而使得島弧下部難熔地幔可以進一步虧損,從而增加了初生地殼的分異程度和地殼厚度(從地幔分異出的地殼物質量增加)。同時,厚度也與地殼的成分向密度更小的長英質成分方向演化相關。因此,Dhuime等(2015)提出~3.0Ga可能是板塊構造啟動的時間。
圖2 (A).初生地殼Rb/Sr和厚度關係;(B).初生大陸地殼厚度與地殼形成年代關係(改自Dhuime et al., 2015)。(A)基於13125個樣品數據整合得到的初生地殼Rb/Sr隨時間的變化,Rb/Sr變化趨勢使用置信度擬合依據95%和68%置信度給出相關範圍;依據Rb/Sr和SiO2(wt.%)之間的函數關係(由火成岩資料庫擬合計算出對應的SiO2(wt.%))。(B)初生地殼厚度隨時間變化趨勢,初生地殼厚度依據地殼厚度(CT)和Rb/Sr之間函數關係(由資料庫擬合:CT = 426.8* SiO2(wt.%)+4.1)R2=0.93; Dhuime et al., 2015)及地球物理模型Crust 1.0換算得到。
四、其他地球化學制約及討論
以上研究利用常用的MgO含量(Ni/Co、Cr/Zn替代)、Rb/Sr比值、Sr-Nd同位素等數據對大陸地殼性質的轉變提出制約,一致發現在~3.0Ga左右大陸地殼性質發生顯著的轉變,進而認為可能是板塊構造啟動的時間。
不過來自其他同位素的證據似乎莫衷一是:Cavosie等人(2005)對著名的Jack Hills古老鋯石用離子探針進行氧同位素測定,發現在>3900 Ma的鋯石中δ18O = 5.3-7.3 ‰,並且年齡從4400 Ma到4200 Ma的鋯石氧同位素組成逐漸更加偏離地幔值5.3±0.3 ‰,在4200 Ma時δ18O升高到了7.3 ‰。這被認為在地球形成的最初幾億年中有更演化的岩石組分加入了鋯石的岩漿源區,並且暗示4200 Ma時地球表面存在有水和錶殼物質,進而表明當時已經存在大陸地殼。然而若通過鋯石氧同位素來證明大陸地殼的形成存在一定漏洞;除開樣品的代表性和局域性問題,尤其要考慮地球表面海水的規模以及氧化程度的影響。在火成岩和碎屑沉積岩中,Zn同位素變化範圍很小(δ66Zn = 0.25 ± 0.15‰),在酸性(pH<5.5)熱液條件作用後也能不發生分異,因而沉積岩中的Zn同位素能反映水圈的化學組成變化。Pons等人(2013)報道了一部分世界不同地區、不同時代條帶狀鐵建造(BIF)和鐵建造的Zn同位素組成:早太古代樣品的Zn同位素組成與火成岩一般值相差很小(δ66Zn = 0.3
‰),而在2.9-2.7 Ga,Zn同位素組成顯著變輕(δ66Zn &< 0 ‰),在後期2.35 Ga因為大氧化事件而反彈超過1 ‰。他們將這個結果進一步聯繫為2.9-2.7 Ga時大陸的大規模出現。此外,N?raa等人(2012)對格陵蘭西部基底岩石的鋯石Hf同位素研究則限定由類似現代板塊構造產生初生地殼的時代在3.2Ga以後。
根據上述討論以及Tang(2016)與Dhuime(2015)等人的統計工作,我們初步可以認為地殼性質的轉變、大陸地殼的出現可能在~3.0-2.7 Ga,這種大規模的轉變在不同地球化學指標上均有響應,但由於樣品的局限性和不同體系的差異結果不盡相同。
結論
通過以上討論,我們可以總結出在~3.0-2.7 Ga發生的地球動力學過程的突變:(1)上地殼總體成分由鎂鐵質轉變為長英質(Tanget al., 2016);(2)初生地殼組成由鎂鐵質轉變為安山質(中性),地殼厚度顯著增加(Dhuimeet al., 2015);(3)因抽離出新生地殼而導致地幔出現與現代類似的虧損特徵(Sylvester et al., 1997)。因此~3.0-2.7 Ga可能對應板塊構造的啟動時間。
儘管由於地質記錄的完整性、地球化學數據分析選取的人為性、地球動力學過程誘發機制解釋的主觀性而對板塊構造啟動這一關鍵問題的回答存在一些不足與爭議,但是這些地球化學分析方法,尤其是對資料庫的利用,從不同角度為板塊構造啟動時間提供了一定的制約、有力的證據和有利參考。進一步的工作可能要求更精細的地質過程研究,輔以更精準的地球化學分析技術和數據處理手段。
參考文獻
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補充一點圖:
選取Ni/Co和Cr/Zn作為替代指標是因為:
Ni、Co、Cr、Zn在風化過程中高度不活動;
Co比Ni、Zn比Cr在岩漿分異過程中相容性更高;
火成岩樣品的Ni/Co、Cr/Zn和MgO呈顯著正相關。
之後有空再跟各位討論~
日本廣島大學副教授片山郁夫等人在2014年第三期英國《科學報告》雜誌上提出了一種解釋。
他們根據金星觀測數據,在實驗室內模擬了金星高溫高壓的內部結構,並通過岩石變形實驗和計算髮現,在金星地殼與地幔交界處的「莫霍面」,其兩側岩石的黏性和強度與地球「莫霍面」不同。在地球上,由於沒有這種黏性結構,地殼板塊會下沉到地幔中;而金星上由於存在這種結構,地殼不會下沉,也就相應缺少板塊運動。
曾經在【自然】或其他什麼雜誌上讀到過近年的相關論文,但搜了一下沒有找到原文獻,只找到幾篇網路報道(非專業,包涵了,敬請指正)。記得主要的原因包括:
1. 水的缺失被該領域的一些科學家認為是金星沒有板塊運動的關鍵原因。要理解這點首先要問的是:為什麼板塊運動必須有水?
目前板塊學說家的主流通過實驗和理論推演認為:當早期地球冷卻下來的若干億年後,原始地殼形成,原始洋底也由於火山或地幔柱作用而逐漸形成洋脊雛形,推動洋殼運動,並在一些薄弱區域形成大洋沉積。但真正的板塊運動需要俯衝帶的存在,否則「威爾遜旋迴」就無法啟動。這種情況下,洋底一些地帶數億年形成的沉積物在水的潤滑作用下下墜而構成了初始的「俯衝板片」,地球板塊就這樣終於「動」起來了。也就是說,沒有水的作用就無法形成俯衝帶,而沒有洋底俯衝帶的形成,也就沒有地球上的板塊運動和板塊構造。所以,水是板塊運動啟動的必要條件。當全球構造進入威爾遜旋迴,板塊離合周而復始,俯衝帶同樣需要在含水物的潤滑作用下運動。Science 2001年有篇論文就是討論這個問題,標題是「俯衝帶的啟動:水的添加作用是關鍵嗎?」 可以一讀。http://science.sciencemag.org/content/294/5542/578.full 文中有張圖就是說這個過程。
金星與地球在相似的時間形成,但金星的地殼遠比地球年輕,據NASA的數據,其最古老的地殼也就8億年左右。然而,金星的地殼在達到可以啟動板塊運動的地質階段時卻沒有水!沒有水,就沒有長期和大規模的沉積物,就不可能形成俯衝板塊,也就沒有板塊構造。但是據NASA的專家推測金星形成的早期是有水的,甚至可能像地球一樣有「海洋」,但這種「原始水」早在30億年前就被「吹走了」。金星「失水」的過程有許多假說,有認為金星的大氣層中二氧化碳的比重高達95%(地球上大氣中CO2的比重還不到1%),形成極度高溫的溫室效應,結果把水都蒸發到太空中去了。但是水就是變成了蒸汽到了一定高度由於引力和溫差也是會下雨的呀?所以有人認為是太陽風把水給颳走了,因為金星沒有磁場保護(金星的自轉和公轉速度幾乎相同,也就是說一天就等於一年,而且是「逆轉」的)。這個好像說服力也不夠。NASA的一組專家發現在金星的上空包繞著一層高速移動的「電風」,其強大遠遠超過他們原來的假說程度,這是地球上沒有的情況。這層強大的「電風」把金星地表和大氣中的氫、氧氣和水等一股腦全都吸附到了外太空(這裡我不懂:這「電風」怎麼跟二氧化碳關係那麼鐵,偏把它給留下了?又不能種樹),於是金星就成了一個乾燥、悶熱、沒水,也沒有板塊運動,包裹著厚厚的二氧化碳中看不見真面目的無趣星球。NASA有個關於「電風」的視頻,在鏈接中。『Amazing』: Scientists crack mystery of Venus』s vanished water
不過正像前面有的老師指出的:對這事也不能太當真,都是推測。這不,也有地學家做實驗論證「水並沒有潤滑:其在板塊俯衝中的角色必須重新考慮」「地球物理學家指出:對水在地球深部旋環的傳統理解需要修正」。也是發表在一流學術刊物。這是新聞(沒有找原文)Water is no lubricant: Reassessment of the role of water in plate tectonicsGeophysicists claim conventional understanding of Earth"s deep water cycle needs revision
2. 金星的地殼與地球不同。
其實也不一定是水的緣故。有一些行星科學家認為,金星沒有板塊活動可能與其的地殼構造有關。金星的地殼與地球相比有兩個重大的不同:1)厚。地球大陸地殼的厚度平均大約30公里,洋底地殼的平均厚度還不到5公里,而且洋殼佔地殼的大部分。金星沒有洋殼,其地殼平均厚度達50多公里。所以金星總體上的地殼厚度要比地球總體的平均厚度多好幾倍,而且比地球地殼要均勻。甚至有人認為如果考慮到地殼均衡的情況,金星的地殼厚度可達地球的6倍。 2)地球地殼是從40億年前直到「目前」的相當長時間裡逐步形成的。由於威爾遜旋迴,舊的洋殼俯衝淹沒,新的洋殼不斷產生。原始的陸塊克拉通是小片分散在地球各處,是海洋中的一個個「孤島」,隨著地史上不同階段的造陸過程,形成不同的大陸,這種分裂的結構使地殼上的「板塊」成為可能。並且在板塊構造的驅動下形成聯合古陸或使古陸重新分裂。但根據NASA的數據,金星上沒有發現有超過8億年的陸殼,而且金星的陸殼是把整個星球包起來的完整一片。這種條件下,金星的地殼運動非常困難,其地幔的熱對流只能熔融然後增厚其上部的整片地殼,或在下面推擠上部的地殼區域,導致地殼的局部增厚而隆升,但無法使地殼斷裂和沉陷而引起板塊運動。並且由於地殼極厚又很均勻,要形成疊加或俯衝都非常不可能了。(也有一種推斷:有人認為在金星的早期,在其「完整地殼」尚未完全形成、水也尚未完全被蒸發之時,金星地表或許也有過小規模的、間斷的、偶然的「板塊運動」。但當其地殼完全形成後,就不再有任何意義上的「板塊運動」了)。
3. 金星維持其「完整地殼」不被破裂,這也是阻礙板塊運動發生的原因之一。
金星和地球的直徑相似,地幔厚度也有3000公里。其地面(地球叫「地面」,金星是否該叫「金面」:-)也有大量的火山運動。在地幔熱流上涌的情況下,為什麼金星就不會產生像地球一樣大規模的裂谷?換句話說,在必然存在的地幔熱運動的情況下,金星是怎麼維持其地殼始終「完整一片」的呢?耶魯大學一些地球物理學家按照15億年前的地球和金星的狀況,以「損傷力學」(damage mechanics)概念編製了兩個實驗模型。試圖描述當原始俯衝一旦發生,地殼彎曲,結果是被「修復」還是卡入特定的板塊?根據地球和金星不同岩石材料對壓力的反應,確定了對應的參數。實驗的結果表明:在地球地殼的模擬實驗過程中,破損積累的速度要快於熔岩進入」修復」的速度。而在金星地殼模擬實驗中,由於溫度高得多,地殼「修復」的速度遠快於其被地幔熱流引起的下墜和撕裂的速度。所以,在地球上,破裂之處始終是裂谷,其結果是形成了板塊的邊界。但在金星上,任何地殼的破損都會被很快修復,使大地始終保持「完整」,從而使板塊形成變為不可能。文章鏈接:
http://www.nature.com/nature/journal/v508/n7497/full/nature13072.html
金星的地殼運動還有一些其他的解釋和假說,限於篇幅就省略了。需要指出的是:以上的分析是建立在一個根本性的假設,即把「板塊構造」作為地球上的既定事實,以地球的板塊運動為參照物來看金星的。如果這個分析框架或參照物本身有問題的話,那麼結論將會很不同。
太陽系內側有五顆岩石星球,剛形成時,它們的內部都很熱,這是由於兩個原因:首先,星球形成過程本身就會產生熱量,在原行星形成後的吸積階段,會有大量的星子高速撞擊在原行星上,撞擊產生的大量能量以熱的形式釋放出來。在這種撞擊過程中,整個星球呈現熔融狀態,密度較大的物質向下沉入核心。其次,構成類地星球的金屬和岩石中,包含少量的放射性元素。這些放射性元素的數量雖少,但起著重要的作用,它們衰變時會向星球內部直接釋放出熱量。
經過漫長的歲月,五顆星球都已經在不同程度上冷卻,內部無法維持完全的熔融狀態。它們現在的不同狀態,便取決於過去所產出的熱量,而最重要的因素就是它們的大小。較大的星球外面包裹的岩層更厚,更厚的岩層更能隔絕內部熱量與外部空間,使得熱量更難逃逸。
星球的內部熱量是地質活動的主要驅動力,它為岩石的運動與地表的改變提供了能量。在星球內部,越往深處走,溫度就越高。如果內部足夠熱,則幔下部較熱的岩石會緩慢上升,並在上升過程中逐漸冷卻。而幔上層溫度較低的岩石又會緩慢地沉降。這個過程叫做幔的對流。這個過程非常緩慢,拿地球來說,一年只會移動幾厘米。一塊石頭想從地幔底部移動到地幔頂部,可能需要花掉十億年的時間。
正如星球的大小決定了星球維持熔融狀態的時間長短一樣,星球的大小同樣決定了幔對流的強度和岩石圈的厚度。當星球內部冷卻時,固態的岩石圈就會變得更厚,而幔的對流就會在更深處進行。厚重的岩石圈會阻止火山噴發與板塊運動,因為岩漿如果埋得太深的話就很難噴出地表了,而牢固的岩石圈也會成功地抵抗板塊構造引起的形變。如果星球的內部溫度足夠低,那麼幔的對流會完全停止,這時這顆星球從地質上說就「死亡」了,不再會有火山噴發,也不會有地殼運動了。
地球來說,它是五顆岩石星球中最大的一個,現在地球的內部仍然很熱,這使得地球的岩層很薄,地殼的厚度平均只有幾十公里,下面是厚厚的幔。這是地球板塊運動的根本原因。
此外,金星的內部可能和地球差不多,不過它的岩層可能要比地球厚一些。水星和月球要小得多,它們的岩石圈非常厚,因而沒有任何地質活動。火星的尺寸不大也不小,內部已經明顯冷卻了,但可能還殘留了一部分熱量。
應該不是,因為金星在很久以前是有水的,只是後來由於溫室效應、太陽風等原因而漸漸失去了水。
馬克一下,等專業人士解答…
地球有非固態圈層,金星已經冷卻,內部無非固態圈層了。
板塊運動也不是因為水吧,雖然我不懂,但覺得和水沒有關係。
是因為星球內部活動與否、星球內部能量是否驅動地殼運動的區別
地殼的板塊運動的根本動因是地幔熔岩的對流作用引起的。由於地球自轉,地球以赤道為中心正對太陽輻射,這樣地球赤道溫度相對較高,而地球兩極的溫度較低,這樣地表大氣和海洋洋流的作用會引起以水的三相態為主的地球熱物理運動,在兩極一部分水會以固態冰雪的形式形成一個單向重力堆積,這樣會持續對地球球體產生一個自然的兩極向心壓力,加之地球自轉的離心運動,會使地球保持一個橢球形狀。由於冰雪堆積的單向性,作為一個外部壓力,地球會有一個來自兩極的向內擠壓,這也是地球地幔熔岩對流的一個動力。
其次,地幔位於赤道和兩極的地殼界面由於溫度的差異,引起了赤道地下界面熔岩有向兩極運動的趨勢,所以就形成了地球整體上的板塊動力學的運動系統。地球的板塊運動的動因就是這樣的。
至於板塊的斷裂和碰撞,這與具體的板塊構造和斷層有關,同時板塊本身也受到太陽和月亮以及其他行星的引潮力影響,由此產生地球上大型的地質運動和災害,比如地震火山等等。
如果說地球有板塊運動是因為有水,而金星沒有。仔細考慮之下會發現,可能確實如此。因為原因也很明顯,水在地球的自身運動有很重要的作用,本身水在兩極的冰雪沉積作用對兩極產生了單向向下的下注運動,積壓了地殼。同時水在大陸上形成風和降雨,地表的岩石和和塵土會形成泥沙,在水的搬運作用下會形成陸地與山脈的的重新分布,這本身就是對地殼的重構作用,在這些作用下,地殼發生變形也是很正常。另外,地表的河流可能由於河道的壅塞導致一些大規模的自然的堰塞湖的形成,然後形成大面積的地表和地下水的短期灌注,這也是引起局部地殼壓力失衡發生局部地殼斷裂的重要原因,結果這些起初的小的斷裂會生長延伸而形成大的裂紋導致大的地質斷裂的發生,最終也會是產生地殼板塊運動的基本原因之一。
我從這方面考濾,或許得到另一種答案。
正題。一地球板塊運動主要因素是地球的自傳。地球自轉會產生離心力,板塊會有一個向西的作用力。參照,一個地球儀有一滴水,如果勻速讓它向西向東轉,那滴水會有一個向西的力。這就是地理上的地轉偏向力。也就是北半球的河流有偏右擠壓的傾向,南半球的河流有向左偏向流的傾向。
第二,地球上的水是一個很大的變數,由於氣候原因,冷熱不均,海洋水會流動,會起浪,在一作用也會基本有個向西的很作力。地殼7下面是流體,地表上面是海洋,這樣雙重作用下板地作用力也許成倍增加。(刀學方面,猜的,小學生,不對不要見怪)
綜合以上兩個因素,基本確定了板塊漂移的原因。
假如還沒信服,那可以加上幾個因素作為傍證。1,板塊大致是自東向西漂移。可以百度看看。2,板地沒有從南向北,或者從北漂移。第三,南極北極越向低偉度,地震更頻繁,更激烈。因為赤道附近線速度更快,離心力更強。
最後,我沒有百度,沒有實驗!!
一般地殼運動都需要地球內部的活動,但是要進行地殼運動,必須需要一種『』潤滑油『』,而是個『』潤滑油『』就是水,海洋里的水。而金星上沒有板塊運動那是因為,地面十分的乾熱,即使有超級火山爆發可能引起板塊斷裂,但是沒有物體使它移動,地殼板塊也是不會移動的,因為沒有東西支持它的移動。
答案是放射性元素衰變,放射性元素都是種重元素,在地球形成初期就都自動沉到地底。這些放射性元素有的半衰周日是億年。我們比較幸運,地球還一直在衰變,熱量融化半中間的某一個層。那我們的所有陸地就都是在岩漿之上一直流動啦。 而火星(不知道金星的情況)很早前放射性元素就差不多了。所以火星是死的。 另外,磁場也是由融化的鐵鎳岩漿流動而形成的。 高中知識就有相關原理。 所以沒有地震就沒有磁場,就沒有生命。都是矛盾。
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