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1.3.1 地球的结构 地球和地壳是地球化学研究的主要对象，了解地球内部成分与状态是理解地壳中各类地球化学过程的基本前提。 地球的物质组成是不均一的，不能以地表物质成分代表地球的组成，所以地球结构模型成为研究地球化学成分的基础。至今人们对地球内部结构、物质成分和状态的认识还主要依据间接资料。 地球是高度分异的行星，它的多种活动持续形成了多种多样的火山岩沉积岩类。虽然其它一些地外行星也可能以有限和特殊的方式保持其活动性，但地球仍然“肚子里有火”，且外壳被腐蚀性的水和大气圈中的气所覆盖。 地球最初是熔融体, 在形成后早期分异成化学组成不同的层或壳. 通过地球物理,模拟实验和与天体物质对比获得地球内部物质组成，结构，密度，温度和压力等数据. 根据压缩地震波-P(纵波-波长与传播方向一致，能通过固体和流体)和剪切地震波-S(横波-波长与传播方向垂直,只能在固体中传播)的反射和折射, 地球内部物质密度和弹性不均一, 在一定深度表现为突变. 得出地球内部具有壳层结构, 由表及里分成地壳、地幔和地核三部分. 地震波速随深度的变化-(White,2001) 岩石圈－lithosphere--地球外层平均厚度100km带有弹性的坚硬岩石. 由地壳和上地幔顶部组成, 其下是软流圈. 岩石圈分为6大板块:欧亚板块、非洲板块、印度-大洋洲板块、太平洋板块、美洲板块、南极洲板块. 4种板块边界:海岭洋脊离散带、岛孤海沟消减带、转换断层带和大陆碰撞带. 依据自然现象及地球物理勘测. 火山喷发时常有高温熔岩或岩浆喷出, 在岩石圈下 必有一软流圈或火圈. 软流圈为较弱层圈, 具有可塑性或黏性流, 较岩石圈易变形. 软流圈-asthenosphere--岩石圈之下.地震波速降低, 震波吸收率较高, 部分呈熔融态. 层圈有对流和活动性, 称为活动圈或活动带. 为地壳均衡之调整带. 软流圈由 J.Barrel(1914)命名.将地球内部分成三圈：岩石圈, 软流圈及中心圈(Centrosphere). 地球内部的压力 压力--单位面积受的力,也称压强. 单位--帕斯卡-Pascals, Pa(=Nm-2), 巴-bar(=105Pa), 大气压-atm (=9.87×104Pa). 1MPa=106Pa=10atm≈10bar. 力等于质量乘以重力加速度. F=ma. 施加在地壳深部的力等于施加在单位面积上的质量m乘以重力加速度g(ms-2). g的大小取决于处在地球之上或其内的位置. 地壳和上地幔合理的g值为9.81ms-2. 施加在地壳某深 度上覆岩层压力 PR＝mg/A＝ρRgz m-上覆岩层质量 g-重力加速度 A-小体积元截面积 ρR-岩石密度 z-地壳中某点的深度 PR＝2.7×103kgm-3(ρR)×9.81ms-2(g)×z＝2.65×104Nm-3×z(m) ＝0.265barm-1×z(m)＝265bar/km＝26MPa/km 地壳中静岩(岩石)压力与深度有关－地压梯度: 265bar/km＝0.265kbar/km＝26MPa/km 增厚大陆地壳最大厚度约80km, 大陆地壳底部压力约2100MPa(=21kbar). 平均36km厚陆壳底部的压力为954Mpa(=9.54kbar) 9.54kbar/36km≈1kbar/3.8km ＝100MPa/3.8km 6km厚洋壳底部上覆岩石柱压力为159MPa (1.59kbar), 还应加上上覆水柱的压力。 海水密度1.03gcm-3(1.03×103kgm-3), 附加压力 PF(Pa)＝1.03×103kgm-3(海水密度)×9.81ms-2(g) ×h(m)＝1.01×104Nm-3×h(m) (1.2) PF(bars)＝PF(Pa)×10-5＝0.10barm-1×h(m) 100bar=10MPa/km (1.3) 大洋平均水深4.5km, 附加压力45MPa(450bars). 式(1.2)和(1.3)也能用于确定大陆地壳的流体压力. 如果深部至地表持续有流体存在, 方程表明陆壳地表之下深度每增加1km, 深部流体压力增加约10MPa(100bars). 流体压力与静岩压力之间的差异由岩石强度所维持, 在陆壳中到大深度, 由于温度升高岩石强度降低从而不允许存在压力差, 这样的深度由于上覆岩石质量负载于流体之上, 流体压力将接近静岩压力. 地球内部的热流(heat flow) 地球温度是深度的函数向下增加, 可以在太阳热影响范围之下测量, 与侵入到浅部的岩浆来自于深处一致. 地热梯度(geothermal gradient)(地热增温率,地温梯度)－dT/dz-随深度增