岩石圈的化学演化

[拼音]：yanshiquan de huaxue yanhua

[外文]：chemical evolution of the lithosphere

地球形成以来的地质历史时期中地壳和上地幔化学成分的变化。

原始地壳和地幔的成因

原始地壳和地幔的成因与地球的核幔分异有关。地球在距今约46亿年由围绕太阳的金属、陨硫铁以及硅酸盐的尘云快速吸积而成。在最初的500万年,太阳系所有大的星体都遭受了陨石剧烈的撞击，由于重力塌陷，短寿命放射性同位素的加热，以及巨大的陨石轰击能量积聚，使原地球物质遭受普遍的熔融，在外层形成岩浆海，其厚度可能达到1000公里。重的熔融态的铁镍、陨硫铁以及少量轻元素（氧、硫、硅、氢等）混在一起形成密度很大的液态金属聚积体，并在重力作用下朝向地球的中心集中，形成地核；而较轻的硅酸盐熔体被向外推移，形成硅酸盐地幔。地幔的结晶作用伴随着轻的长石质矿物的上浮，重的铁镁质矿物的下沉。其中非挥发性痕量元素（铀、钍、钡、锶、钽、锆、铪和稀土元素），由于半径大小和离子电荷与地幔的主要矿物不相协调，因此与硅酸盐熔体一起上移，在上地幔和最早的地壳中相对集中。原始地球可能只有很少大气或完全没有大气，后来在熔融灼热状态的核幔分异过程中释放出气体，上升到地球表面，形成原始气圈。从地球内部逸出的气体与周围赋存介质处于化学平衡状态，因此原始大气圈的气体成分和状态受地球物质体系的控制，随地球的化学演化而变化。一般并不认为大气成分是从外星球或宇宙空间捕获的。

太古宙时期的地壳与上地幔

已知最古老的岩石形成于距今约38亿年。世界各地发现的这类古老的岩石都形成于海底水下环境，岩性包括海底沉积岩、海底玄武岩以及硅铁建造。这证明至少在距今约38亿年以前，地球已经有了发育很好的海洋和地壳。太古宙的沉积岩和基底火成岩与现代同类岩石相比，钾和稀土元素含量低（见图）。

太古宙地热梯度略为偏高。太古宙时期的海底热水金属矿床更为普遍。当时地幔具有较高的热产率,这不仅反映在较高的地热梯度，也表现在某些类型的岩浆喷发温度达到1600～1700℃，明显高于现代岩浆的温度（约1200℃）。沉积硅质岩中氧化硅的氧同位素比值表明，原始大洋的温度远远高于现代海洋，说明当时地球存在“温室”效应。地质构造的证据显示，幔源岩浆喷发中心之间的距离比现在的紧密得多，与现在地球比较，古地幔对流圈较小，但更为剧烈。

元古宙后期的岩石圈

从距今约25亿年，即从元古宙时期开始，地壳、海水以及沉积物的成分变得与现代接近。图1中钾／钠比值和稀土总量在距今约 25亿年有一个清晰的转折，因此认为近代模型的壳幔物质对流作用和地球化学旋回始于距今约25亿年。

根据估算，大陆地壳在不同地质时期的面积、厚度和成分等变化列于表1及表2。其中，地壳的厚度，花岗岩组分与角闪岩组分的比例，以及氧化钾的含量等，在元古宙前后有较显著的变化。地球晚期时代（距今20亿年以后）形成的地壳成分具有更强的酸性。因此随时间的演化壳幔物?史忠斐潭炔欢咸岣摺Ｓ氪送贝舐降乜侵酗ǎ缺戎倒媛傻氐菰觥８伙ǖ难沂ㄖ钊缁ǜ谘依嗟龋┲校捎诜派湫燥ㄔ诘刂誓甏胁欢纤ケ?,锶-87积聚越来越富。反映在壳幔演化上，地壳和上地幔的铷、锶平均含量以及铷／锶比值的平均值也有明显差异。现代地幔的铷／锶平均比值为 0.025，而地壳的铷／锶平均比值为0.18，这是地球长时期历史过程中地壳与上地幔化学演化的结果。