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地球上为什么有海洋有大陆?


地球上为什么有海洋有大陆?
假如有人问你们:地球上为什么有海洋、有大陆?或许你们压根就不认为这是一个科学的问 题。水多的地方就是海,高出海面的就是陆地。那么,先有水还是先有洼地?水往低处流,地球 表面低洼的地方于是成为海,比海平面高的地方就是大陆。海洋与大陆之间的边界就是大陆的海 岸线。 我喜欢那些陡峭的海岸,喜欢听海浪拍打着峭岩的声音。我出生在黄海之滨,那里没有的陡 峭的岩石,只有淤泥的海岸,海水非常缓慢的增深,向里走几公里也增加不了 2 米。海滩是盐碱 田,长着茅草、芦苇与盐蒿,生活着野鸭、野兔、丹顶鹤、黄鳝、螃蟹.......一到秋天,盐蒿变红, 一片片的,而芦苇顶上开着白毛花,也算是原生态的美景。

美丽的海岸

美丽的海岸

美丽的海岸

法国诺曼底的 White Cliffs 海岸

加拿大魁北克的穿孔岩

那么,我们可以进一步问,为什么地球上会出现大面积洼地呢?这些洼地注了水就是海洋。 还可以问为什么高地(大陆)与洼地(海洋)为什么不是均匀的分布的?若均匀发布,陆地像一 个个独立的小岛均匀地分布在海洋之中,景象一定很美。 有趣的是,海洋之下的地壳厚度也小,例如,太平洋下面的地壳厚度只有 7-8 公里,而大西 洋下面的地壳厚度才 4-5 公里, 而大陆的地壳平均厚度却高达 40 公里, 在青藏高原下面甚至高达 70 公里。换句话说,地壳的底边界,即地壳与上地幔之间的界面,又叫莫霍面,其高低起伏与地 形彼此成对应关系,山越高,其山根越深,地壳厚度越大,莫霍面深度越大。海底低于海平面, 故海洋地壳也就很薄。这又是为什么呢?

儿童画:重船与轻船

要回答这个问题,先要了解大地均衡理论,它与阿基米德定律有关,其原理连古代的海盗都 知道一些。海盗在打劫商船之前,先得知道船上是否载货,载满商货的船只必然吃水深,露在水 面之上的船身矮;若是空船则吃水很浅,露在水面上的船身就高。曹冲用此原理称大象的重量。 如此看来,海洋的地方之所以低洼,是因为组成海洋地壳的岩石(主要是富铁镁的基性岩石)的 比重大 (3.0) ; 而大陆特别是高原之所以高出海平面之上很多, 是因为组成其大陆地壳的岩石 (主 要是富硅铝的花岗岩类)的比重小(2.65)。海洋处本来就是洼地(火星上没有液态水,但有洼 地),充填了海水之后,增加了垂直载荷,使其更加向下弯曲,即更加低洼了。

地壳厚度分布图。地壳厚度越大,其平均密度越小。

那么大洋地壳中为什么只有高密度的基性岩石,而没有低密度的富硅铝的中酸性岩石呢?这 是因为大洋地壳形成于洋中脊,上地幔的二辉橄榄岩在 1300 ° C 的低共融点温度发生部分熔融, 只能产生基性岩浆,冷却结晶后形成基性火成岩。而大陆岩石成分则复杂多了,历史漫长,多期 多阶段反复变质、交代、重融,密度大的熔融残余物在增厚大陆(例如,青藏高原)的根部高压 条件下结晶成榴辉岩(比重 3.5-3.6),比上地幔岩石的密度(比重 3.3)还大,其命运只能是拆 沉下去,进入上地幔,如此反复,大陆地壳的平均密度就越来越小,最后只剩下密度较小的富硅 铝的中酸性岩石(花岗岩、花岗闪长岩及其变质岩等),这些低密度岩石在大陆中上地壳中尤其 富集,大陆下地壳内部还会有一部分尚没有转变为榴辉岩的基性麻粒岩、片麻岩和辉长岩。

大陆地壳远厚与海洋地壳

大地均衡理论说明,地球外壳的各个地块趋向于达到静力平衡,即在大地水准面以下某一深 度处具有相等的压力,大地水准面之上山脉(或海洋)的质量过剩(或不足)由大地水准面之下 的质量不足(或过剩)来补偿。 1749 年,法国大地测量学家布格 (P. Bouguer)在南美的秘鲁测量子午线弧长时,发现安第斯 山脉自身的巨大质量产生的引力比预计要小很多,说明安第斯山脉下面的岩石密度较小。1854 年 英国大地测量学家普拉特(J.H. Pratt)研究分析喜马拉雅山南麓印度大地测量的结果,发现实

测的垂线偏差值也比由可见地形质量算得的数值要小很多,同样说明地壳平均密度随地形高度的 增加而减少,并形象地比喻山脉象发酵的面包,是由地下岩石从某一深度向上膨胀形成的。 1855 年英国天文学家艾里(G.B. Airy)推论,大陆地壳就象浮在水中的木块,木块高出水 面越多,相应地陷入水中的深度越大。地壳或岩石圈之下的某一深度处存在一个等压面,即大地 均衡补偿面,在这个均衡补偿面周围,物质的力学性质就像流体一样,在地质时间尺度上,可以 发生流动,包括固态(塑性)流动。大地均衡理论很有用,据此可以研究地球内部构造,如上地 幔的起伏,冰川消融之后地壳回跳(地面上升)的速度,还可用于大地测量学中研究大地水准面 形状(控制导弹运移轨迹需要的参数),推估区域重力异常和计算垂线偏差等。 所以, 科学无处不在。凡事问个为什么。


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