地質學

出自維基百科,自由嘅百科全書
跳去導覽 跳去搵嘢
岩石層理,研究地質嘅開端。涌水切成谷,地層露出。

地質學粵拼dei6 zat1 hok6)係學問地理嘅分支,專研究地球種種,有何成份,點樣變化而成。推而廣之,種種固態天體,如月球火星,都可以視爲地質一支。

地質係地球史,直接證明板塊構造論生命演化氣候變遷。商用來講,探究地質,就知礦藏,亦可探究水源。同時對公眾來講,可以知道天然風險,補救環境問題。土力工程,亦以地質打底。

[編輯]

地質學英文叫geology,來自希臘文。分兩部解geo-來自γῆ,讀gē,地咁解。logy,尾綴-λoγία,讀-logia,學問噉解,卽係研究地噉意思。

地球構造[編輯]

內文:地球構造

地球嘅內部有得根據物理或者化學上嘅性質嚟分做若干層-石質行星冚唪唥都係噉[1]。但係地球嘅內核同外核好明顯唔同,呢點係其他石質行星冇嘅特徵。地球嘅外層係由矽酸鹽礦物組成嘅地殼。地殼嘅厚度隨住位置有啲唔同,由深海海底嘅 6 公里厚到陸地上面嘅 30 至 50 公里厚都得。地殼下面有層由黏稠嘅半熔固體組成嘅地幔(Mantle)。地殼同埋地幔凍啲、硬淨啲嘅上層係所謂嘅岩石圈(Lithosphere;大約係由地表數 5 至 200 公里深)-板塊亦都係喺呢個區域形成嘅。地殼同地幔之間嗰條分界線係所謂嘅莫氏不連續面(Mohorovičić discontinuity,或者叫「Moho」)。再落少少,岩石圈以下嘅係黏度低啲,熔得犀利啲嘅軟流圈(Asthenosphere)。岩石圈喺軟流圈上面浮吓浮吓,而呢啲活動同地震等嘅自然現象有好大啦掕[1]

地幔晶體結構嘅喺地表以下 410 至 660 公里之間嗰度開始有重大嘅變化。嗰度係分隔上地幔同下地幔嘅過渡區(Transition zone)。喺地幔下面,係分隔地幔同地核嘅核幔邊界(Core-mantle boundary)。再落就係黏度好低嘅液體狀態嘅外地核(Outer core),而最裏面嘅係呈固體嘅內地核(Inner core)[1]。內地核嘅半徑大約係 1220 公里[2],係地球半徑嘅 1/5 [3]。佢旋轉嗰陣嘅角速度可能會快過地球其他部份些少,每年大約領先 0.1 - 0.5° [4]

地球嘅內部構造
Earth cutaway schematic-en.svg
由地核到地表嘅地球結構圖(唔跟比例畫)
深度
(公里)
組件層 密度
(公克/立方公分)
0-60 岩石圈
0-35 地殼 2.2-2.9
35-60 地幔頂層 3.4-4.4
  35–2,890 地幔 3.4-5.6
100-700 軟流層
2,890-5,100 外核 9.9-12.2
5,100-6,378 內地核 12.8-13.1

內熱[編輯]

內文:內熱
曉產生地熱嘅同位素
同位素 產生熱能
(瓦/每公斤同位素)
半衰期
(年)
喺地幔度佔嘅比例
(每公斤同位素/每公斤地幔)
產生嘅熱能
(瓦/每公斤地幔)
238U 94.6 × 10−6 4.47 × 109 30.8 × 10−9 2.91 × 10−12
235U 569 × 10−6 0.704 × 109 0.22 × 10−9 0.125 × 10−12
232Th 26.4 × 10−6 14.0 × 109 124 × 10−9 3.27 × 10−12
40K 29.2 × 10−6 1.25 × 109 36.9 × 10−9 1.08 × 10−12

喺地球嘅內熱(Internal heating)當中,吸積嘅殘餘熱霸咗得嗰 20% 左右,而其餘嗰 80% 嘅熱係嚟自核衰變(Radioactivity)嘅[5]-喺地球內部有鉀-40(Potassium-40)、鈾-238(Uranium-238)、鈾-235(Uranium-235)、同埋釷-232(Thorium-232)等嘅同位素靠放輻射嚟產生熱力[6]。呢股熱令到地心嘅温度可以去到成攝氏 6000 度,華氏 10830 度[7],而壓力就可以去到 360 GPa-足以將一個人壓扁[8], 1980嘅時候, 實驗室裏用鑽石壓砧都可以造到差唔多嘅壓力

頭先講咗,地熱入面好多都係嚟自核衰變-即係唔穩定嘅原子核放輻射並且變成穩定原子核嘅過程,而穩定咗嘅原子通常唔會再放輻射。所以地球科學家推測喺地球歷史再早啲嗰陣,地球有更加多可以放輻射嘅同位素,所以嗰時佢可以產生更勁嘅內熱,喺 30 億年前可能係而家嘅兩倍[9]。當時嘅地球沿住半徑嘅温度梯度會更加大,而地幔對流(Mantle convection;地幔因為內熱而慢慢會郁嘅現象)同埋板塊構造嘅速度亦都更加快,仲可能會產生一啲以今時今日嘅地質條件好難生到出嚟嘅岩石,好似係科馬提岩(Komatiite)噉[10]

散熱系統[編輯]

地球有好多系統將地核嘅熱能散走。地球表面嘅平均散熱功率(指能量消耗得有幾快)大約係 87 mWm−2。成個地球內部嘅散熱功率就大約係 4.42 × 1013 W [11]。地核嘅一啲熱能通過高温嘅熔岩向上湧傳到去地殼嗰度,呢種熱對流就叫做地幔熱柱(Mantle plume),地幔仲會因為噉而產生熱點(Hotspot)[12]。除咗噉,地球內部嘅熱能仲會喺板塊活動嗰陣通過地幔升上去中洋脊(Mid-ocean ridge;海底一柞喺板塊之間嘅邊界嗰度嘅山脈)而流失。另外一種熱能流失嘅方式係藉住岩石圈嘅熱傳導-尤其係喺地殼薄啲嘅海底[13]

板塊構造[編輯]

地球嘅板塊構造
Shows the extent and boundaries of tectonic plates, with superimposed outlines of the continents they support
板塊個名 板塊嘅面積
106 km2
     太平洋板塊 103.3
     非洲板塊 78.0
     北美洲板塊 75.9
     歐亞大陸板塊 67.8
     南極洲板塊 60.9
     印度-澳洲板塊 47.2
     南美洲板塊 43.6
內文:板塊構造

喺地球外層嚟嘅剛性岩石圈分做好幾塊板塊[14]。目前地球嘅主要板塊有太平洋板塊北美洲板塊歐亞大陸板塊非洲板塊南極洲板塊印度-澳洲板塊、同南美洲板塊呢啲。另外仲有阿拉伯板塊加勒比板塊、喺南美洲西海岸對出嘅納斯卡板塊、同埋喺南大西洋嘅斯科舍板塊呀噉。呢啲板塊係硬淨嘅,喺軟流圈上面浮吓浮吓[15],仲識慢慢噉郁-板塊之間會有相對運動,而呢啲郁動分做三種:一係聚合板塊邊緣(Convergent plate boundary)-指兩塊板塊互相靠近;二係分離板塊邊緣(Divergent boundary)-指兩塊板塊分離;三係轉形斷層(Transform fault)-指板塊之間互相橫向噉郁。因為呢啲地殼活動,搞到喺呢啲板塊嘅邊緣上面會容易有地震、火山活動造山運動、同埋形成海溝,好似係日本列島台灣就係坐正喺板塊邊緣上面嘅地方,間唔鐘就會有地震。唔同嘅板塊郁嘅速率仲會唔同:喺呢啲板塊當中,大洋板塊郁得快啲,而大陸嘅板塊郁得慢啲,好似係屬於大洋板塊嘅科科斯板塊位移嘅速率係每年 75 毫米[16],而太平洋板塊就以每年 52 至 69 毫米嘅速率位移;屬於大陸板塊嘅歐亞大陸板塊,平均以得每年大約 21 毫米嘅速率行進[17]

隨住板塊嘅飄移,海入面嘅岩石會跌落去聚合板塊邊緣嘅前緣下方,同時地幔嘅物質會喺分離板塊邊緣做成嘅空間嗰度上升。呢啲過程令到海洋地殼一邊係噉產生跟住又俾佢回收返落地幔嗰度,所以海洋地殼嘅岩石更新得好密。因為噉,海洋地殼多數好後生,低過 1 億歲。而家最古老嘅海洋地殼喺西太平洋地區,估計大約係得 2 億歲[18]。相比之下,最古老嘅大陸地殼年齡有成 40.3 億歲[19]

地表[編輯]

地球表面嘅面積總共大約有 5.1 億平方公里,當中大約 70.8% 嘅表面積俾水𢫏住,令到大部分嘅地殼表面(3.6113 億平方公里)都係喺海平面以下[20][21]。海底嘅地殼表面有好多山,包括一個全球性嘅中洋脊-一列沿住板塊邊緣形成嘅山脊,仲有好多海底火山、海溝、海底峽谷、海底高原、同深海平原[22]。地球表面其餘嗰 29.2%(1 億 4894 萬平方公里,或者 5751 萬平方英里)係冇俾水𢫏嗮嘅地方,有好多山地盆地平原高原等嘅地形。海平面以上嘅平均海拔係 840 米:成個海平面以上地表最低嘅地方係喺西亞嗰度嚟嘅死海,佢海拔大約係 -420 米,而海拔最高點係喺中國尼泊爾邊境嘅喜馬拉雅山脈嘅珠穆朗瑪蜂,海拔有成超過 8848 米[23]

人整咗好多將地球表面分區嘅方法。傳統上,地表俾人分做七大洲四大洋、同埋唔同嘅海域[24],仲會用兩極點做中心將地球分做南半球北半球兩個半球,用經度分做東半球西半球[25],或者大致按海同陸地嘅分佈分做水半球陸半球

呢啲數據同分區會隨住時間而演變。地球嘅地表一路俾好多大自然力量塑造緊-大風、降水、熱循環化學反應冰川作用、海岸侵蝕、珊瑚礁嘅形成、大大細細嘅隕石撞擊-都會影響到地表嘅地貌[26][27],但係地表地貌郁得實在太慢(吓吓都要成幾百萬年先會有用肉眼睇得出嘅改變),所以人一般都冇辦法直接感受到,淨係有得用一啲好精密嘅科學儀器嚟度。

岩石同礦物[編輯]

地球表面有好多岩石,大致上可以跟住佢哋嘅成因分做三大類:火成岩、沉積岩(Sedimentary rock)、同變質岩(Metamorphic rock)[28]。火成岩係由升到去地表嘅岩漿或者熔岩冷卻凝固形成嘅,又嗌做「岩漿岩」,係構成地殼嘅主要岩石。火成岩又有得分兩種:一係岩漿侵入地表而形成嘅侵入岩,例如係花崗岩(Granite);二係岩漿噴出地表嗰度形成嘅噴出岩,好似係安山岩玄武岩呀噉。大陸嘅地殼主要由密度低啲嘅花崗岩同安山岩構成,而海地殼主要由緻密嘅玄武岩構成。除咗呢啲火成岩,沉積岩都係成日見到嘅岩石。佢哋係由堆積同結合埋一齊嘅沉積物嗰度形成嘅。差唔多成 75% 嘅大陸表面都係俾沉積岩覆蓋住-雖然佢哋只係霸咗大約 5% 嘅地殼。最後,變質岩係由原有嘅岩石喺高壓高溫嘅環境之下變質而形成嘅,好似係大理石[28][29][30]

地球表面有好豐富嘅礦物,包括係石英長石角閃石雲母輝石、同橄欖石呢啲嘅矽酸鹽礦物,同埋方解石等嘅碳酸鹽礦物[28][31]

睇埋[編輯]

[編輯]

  1. 1.0 1.1 1.2 Tanimoto, Toshiro. Crustal Structure of the Earth. Thomas J. Ahrens. (Eds). Global Earth Physics: A Handbook of Physical Constants. Washington, DC: American Geophysical Union. 1995. ISBN 0-87590-851-9.
  2. E. R. Engdahl; E. A. Flynn & R. P. Massé. Differential PkiKP travel times and the radius of the core. Geophys. J. R. Astr. Soc. 1974, 40 (3): 457–463.
  3. Marshall, J., & Plumb, R. A. (2016). Atmosphere, ocean and climate dynamics: an introductory text (Vol. 21). Academic Press.
  4. Kerr, R. A. (2005). Earth's Inner Core Is Running a Tad Faster Than the Rest of the Planet. Science, 309(5739), 1313. PMID 16123276.
  5. Turcotte, D. L.; Schubert, G. 4. Geodynamics 2. Cambridge, England, UK: Cambridge University Press. 2002: 136–37.
  6. Sanders, R. Radioactive potassium may be major heat source in Earth's core. UC Berkeley News. 2003-12-10.
  7. "The Earth's Centre is 1000 Degrees Hotter than Previously Thought". 原著喺2013年6月28號歸檔. 喺2017年11月11號搵到.
  8. Alfè, D.; Gillan, M. J.; Vocadlo, L.; Brodholt, J.; Price, G. D. The ab initio simulation of the Earth's core. Philosophical Transactions of the Royal Society. 2002, 360 (1795): 1227–44 [2007-02-28].
  9. Turcotte, D. L.; Schubert, G. 4. Geodynamics 2. Cambridge, England, UK: Cambridge University Press. 2002: 136–37.
  10. Vlaar, N; Vankeken, P.; Vandenberg, A. Cooling of the Earth in the Archaean: Consequences of pressure-release melting in a hotter mantle. Earth and Planetary Science Letters. 1994, 121 (1–2): 1–18.
  11. Pollack, Henry N.; Hurter, Suzanne J.; Johnson, Jeffrey R. Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set. Reviews of Geophysics. August 1993, 31 (3): 267–80.
  12. Richards, M. A.; Duncan, R. A.; Courtillot, V. E. Flood Basalts and Hot-Spot Tracks: Plume Heads and Tails. Science. 1989, 246 (4926): 103–07.
  13. Sclater, J. G; Parsons, B.; Jaupart, C. Oceans and Continents: Similarities and Differences in the Mechanisms of Heat Loss. Journal of Geophysical Research. 1981, 86 (B12): 11535.
  14. Kious, W. J.; Tilling, R. I. Understanding plate motions. 美國地質調查局. 1999-05-05 [2007-03-02].
  15. Seligman, C. The Structure of the Terrestrial Planets. Online Astronomy eText Table of Contents. cseligman.com. 2008 [2008-02-28].
  16. Meschede, M.; Barckhausen, U. Plate Tectonic Evolution of the Cocos-Nazca Spreading Center. Proceedings of the Ocean Drilling Program. Texas A&M University. 2000-11-20 [2007-04-02].
  17. Staff. GPS Time Series. NASA JPL. [2007-04-02].
  18. Duennebier, F. Pacific Plate Motion. University of Hawaii. 1999-08-12
  19. Bowring, S. A.; Williams, I. S. Priscoan (4.00–4.03 Ga) orthogneisses from northwestern Canada. Contributions to Mineralogy and Petrology. 1999, 134 (1): 3–16.
  20. Pidwirny, M. Surface area of our planet covered by oceans and continents. University of British Columbia, Okanagan. 2006-02-02 [2007-11-26].
  21. CIA – The World Factbook. Cia.gov. [2012-11-02].
  22. Sandwell, D. T.; Smith, W. H. F. Exploring the Ocean Basins with Satellite Altimeter Data. NOAA/NGDC. 2006-07-07 [2007-04-21].
  23. Sverdrup, H. U.; Fleming, R. H. The oceans, their physics, chemistry, and general biology. Scripps Institution of Oceanography Archives. 1942-01-01 [2008-06-13]. ISBN 0-13-630350-1.
  24. Continents: What is a Continent?. National Geographic. (原始內容存檔於2009-06-29). "Most people recognize seven continents—Asia, Africa, North America, South America, Antarctica, Europe, and Australia, from largest to smallest—although sometimes Europe and Asia are considered a single continent, Eurasia."
  25. Hemisphere Map
  26. Prothero, D. R.; Schwab, F. Sedimentary geology : an introduction to sedimentary rocks and stratigraphy. 2nd Ed. New York: Freeman. 2004: 12. ISBN 978-0-7167-3905-0.
  27. Kring, D. A. Terrestrial Impact Cratering and Its Environmental Effects. Lunar and Planetary Laboratory.
  28. 28.0 28.1 28.2 Page, D. Introductory text-book of geology. Wm. Blackwood. 1920: 313.
  29. "WEATHERING AND SEDIMENTARY ROCKS". 原著喺2007年7月3號歸檔. 喺2007年7月21號搵到.
  30. Wenk, H.-R.; Bulakh, A. G. Minerals: their constitution and origin. Cambridge University Press. 2004: 359. ISBN 0-521-52958-1.
  31. de Pater, I.; Lissauer, J. J. Planetary Sciences, 2nd Ed. Cambridge University Press. 2010: 154. ISBN 0-521-85371-0.