地核物质成分研究进展

系统介绍了地核的形成时间、地核的物理特性、化学成分和物质存在相态.利用W-Hf同位素系测年方法厘定地核与地幔分异的年龄是在地球形成的最初30 Ma.但是,内核的结晶年龄还是未知的.地核声波速度的各向异性可能是六面体紧密堆积(hcp)相铁的C轴方向沿地球轴线优选定向排列引起的.利用地球物理资料估算的地核密度与响应温压条件...     

地球深部科学研究的新进展——记2007年美国地球物理联合会(AGU)

主要根据2007年美国地球物理联合会(AGU)秋季会议的资料,简述了地球深部科学研究最近几年来的新进展。主要涉及以下几方面领域:复杂的地球动力学模拟到状态方程理论和实验研究;地幔相变和地震的不连续性到深源地震机制;地核的结构和动力学到地球内部的挥发性物质和熔体等地球深部科学研究。从会议的内容看出有三个亮点是值得我们注意的:(1)学科间的融合是地球深部科学研究的主流方向;(2)国际间的合作是当前地球深部科学研究的一大亮点;(3)高精度的技术(超级计算机(supercomputers)和集群(clusters)纵观计算机)是地球深部科学研究的新手段。中国科学家应该关注固体地球科学中这个前缘研究同时共享世界先进科学研究的新成果。     

地核物态及其量子地球动力探讨

根据量子力学原理对核物质状态进行分析，简要计算了现代地球内核超固态物质原子中被公有公电子的平均值、地核物质的公有化自由电子浓度、现代地球内核中自由电子平均运动速度、早期产生地核物质量子效应的自引力压强临界值和起动地球整体膨胀的自引力压强、地核发生超固态量子力学效应所需要的能量等参数。内地核物质很可能是在超高压环境下形成的一种特殊物质状态-超固态。地核超固态产生的量子排斥压强超过地球自引力收缩压强的临界值时，导致地球发生整体的膨胀，由此引出量子地球构造动力的概念。     

地球系统演化原因研究的回顾与展望

简略回顾了地球系统的研究历史,指出人类数千年来关于地球系统的研究可分为古代、大分化和大融合 3个阶段,提出"地球系统学"在今后相当一段时间内将是地学研究的主流。第二部分探索地球系统演化的原因,指出："热"是影响地球系统的途径,但地表面受热的准周期性变化不应是整个地球系统演化的主要原因;对于各种引力的准周期性变化对气候变化的影响,归纳出这样一条可能的途径：天体引力→地核环流变化→通过地幔热柱影响软流圈波动变化→通过地热影响气候变化;宇宙磁场通过"变压器效应"调制地核中的Lorenz力,使地核环流变化,进而影响地球系统演化。第三部分提出"外核环流是主导地表系统演化的总枢纽"假说。最后指出：一定要从宇地相互作用中寻求地球系统演化的原因;宇地之间相互联系的热、力和电磁三种物理过程中,"磁"是最值得予以关注的;核幔边界层很可能是推动地核环流和地幔对流的能源区。     

地球的排氢作用

地球的排氢作用杜乐天，陈安福，王驹，黄树桃（核工业北京地质研究院，北京１０００２９）关键词地球排氢作用，地幔流体氢在太阳系中是最重要的元素，占太阳质量的５５％。它在地球内部也是最重要的气体成分，主要集中于外地核液态铁之中。氢的化学已经研究得相当深入（...     

地球旋转膨胀与冈瓦纳古陆裂解

地球自转速度变慢说明地球在旋转的同时其体积在膨胀。这与红移现象等说明的宇宙膨胀是一致的。地球放射性物质的放射性能导致软流圈及塑性地核外核的形成。地球自转的惯性与地球塑性层的共同作用导致了地球的层间滑动。地球外圈应相对于内圈转动较慢。转动较快的内层层圈的运动方向为自西向东,或左旋剪切。即,软流圈之下的下地幔应相对于岩石圈自西向东转动较快;塑性地核外核之下的内核应相对于外核自西向东转动较快。在地球层圈之间的剪切力和地球放射性能所引起的热能的共同作用下,在软流圈产生物质的对流,形成地幔物质对流。推测地核的外核也可能会产生塑性物质的对流。地轴倾角ε的变化以及潮汐转矩和岁差转矩是地球动力学的重要因素。地球的旋转膨胀是板块运动的地球动力学基础,也是冈瓦纳古陆裂解的运动学基础。     

热幔柱的启动动力

科氏力是地球各圈层差异旋转的原因。在重力分异过程中，随着地球质量不断向地心集中，地球自转动能也不断向地核集中，从而产生圈层分化和差异旋转。     

古地磁场研究:挑战与机遇

地磁场源于地核流体的运动,至少已有约35亿年历史.地磁场的起源及演化一直是地球科学研究的前沿领域之一,这是因为它既是地球宜居环境的重要保障,也是探究地球系统各圈层联系的重要途径.本文重点围绕保留在岩石中的"深时"古地磁场记录,分析在地球内部磁场的形成与维持、地磁场极性倒转、以及地磁场强度变化等古地磁场研究三个方面的主要...     

我国夕卡岩铁(铜)矿床伴生钴的地球化学特征

夕卡岩铁(铜)矿床中伴生的钴,占全国钴总储量的14.9%,是我国钻矿原料的重要来源之一.本文根据我们多年的工作成果和有关资料,对该类钴矿的某些地球化学特征,进行初步探讨.一钴的地球化学属性及其在夕卡岩矿床中的富集情况钴是一个高度分散的元素,自然界中难以形成独立的矿床.钴的地壳丰度为O.0025%,地核丰度0.042%,地球丰度0.026%(黎彤,1976),地壳丰度与地核丰度之比为1∶17,即具有地壳分散、地核富集的特征.钴具有亲铁和亲硫的双重性质.亲铁性表现在地核中铁、镍、钴可以互熔并高度富集,亲硫性远不及镍、铜,在岩浆矿床中难     

矿业新闻

美科学家提出探索地核设想美国科学家设想执行一项价值一百亿美元的地心探测计划 ,希望把一个柚子般大小的钻石探测器放入 30 0 0km深的地核边缘。科学家将制造一次反向的“火山爆发” ,利用铁浆把探测器像利刃一样插入地球深处收集数据 ,揭开地核不为人知的面目。地心的神秘不亚于太空。在太空方面 ,人类已探索过太阳系中差不多所有行星 ,甚至到了太阳系的边缘。但在我们身处的地球 ,人类至今开凿的最深钻井不过 12km ,不及地壳的三分之一 ;对地幔的认识亦仅限于火山喷出的岩浆 ;而深埋在 30 0 0km下面的地核则是一个完全不可企及的领域。…     

地震成因综述

本文从地质、地球物理、地球化学和能量等方面分析了地震的成因。源于地核地幔的流体携带大量热能,为岩浆起源、地震形成和地热田提供了充足的能量,然而岩石聚集的应变能不足以产生中等以上的地震。大地震(M≥6.0)绝大部分分布在海沟、火山岛弧和大陆裂谷带等拉张性构造带,如环太平洋海沟、东印度洋海沟、大洋中脊、非洲裂谷、地中海-黑海-里海-波斯湾、欧亚大陆中部的伊塞克湖-阿拉湖-乌布苏湖-库苏古尔湖-贝加尔湖裂谷。流体在地球深部物质运动、地壳运动、地震和火山活动中扮演着重要作用。全球到处发育的隐爆角砾岩表明隐爆作用的普遍性。深部流体向上运移、向地表逃逸的过程中发生爆炸,在地球内部产生了不同震级和震源深度的地震。因此,隐爆应该是产生地震的主要机制。地震成因的隐爆模型不仅能够更好地解释不连续、各向异性的非弹性介质中发生的各类地震,譬如中深源震、震群、慢地震和非双力偶性地震等,而且能够更好地诠释全球地震、火山和地热带在空间上的吻合以及隐爆角砾岩型矿藏的形成。     

核幔成矿物质(流体)的反重力迁移——地幔热柱多级演化成矿作用

地壳中矿床分布极不均匀 ,这与地球的形成与演化密切相关。在地球演化的早期 ,由于在引力收缩和热力膨胀的统一作用支配下 ,放射性、卤族、稀有、稀土元素及碱金属向上迁移 ,而贵金属、有色、铁族、铂族等密度较大的元素则有逐渐向地核聚集的趋势 ,以至于铁、镍、金等元素主要聚集在地核之中。但是 ,在地球形成圈层结构的同时 ,由于地球内外温度差、压力差、粘度差等的存在 ,导致地球发生以地幔热柱多级演化为主要形式的垂向物质运动 ,两者互为依存 ,并构成幔壳运动的原动力。地幔热柱多级演化沟通了深部矿质的迁移通道 ,聚集在地核及核幔界面上的气态金等重元素得以作为地幔热柱的热物质流 ,呈反重力迁移至岩石圈 ,并进而以气 液态向近地表迁移 ,在有利的构造扩容带中聚集成矿。这可能是金银铜铅锌等多种元素的重要成矿作用方式。     

关于超高压高温实验的新进展

前言由于宇宙技术的发展,虽然已经进入可以探集月面岩石,观察火星、金星表面的时代,但人类在地球上钻探的深度不超过10公里。半径6,370公里的地球内部体积的99％的是人类尚未踏入的领域。虽未踏进,但现代固体地球学以超高压高温的物性实验为媒介,得到了关于地球深部构成物质的相当精细的认识。在这里介绍以地幔和地核为研究对象的最新认识。图1把地球内部的压力作为深度的函数来表示。由图可知,以地幔为对象的室内实验需要能够实现大致100万个大气压1GPa=10Kb范围的装置,与地核相同压力范围的     

地幔地核间发现新层面

网讯：来自英国利物浦大学地球科学系的科学家近日发表了最新的地球内部结构研究成果——在接近地幔与地核的地方有一处未曾发现的新地层。     

同步辐射激光加温DAC技术及在地球深部物质研究中的应用

实验室模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球相关材料的物理和化学性质,是解释地震波数据、进一步了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。用高功率的红外激光光束,加温金刚石对顶砧压腔(DAC)中的样品,可以获得深部地幔乃至地核的极端温度和压力条件,已广泛地用于地球深部矿物的相变、熔融和状态方程研究。同步辐射微束技术的发展,为激光加温DAC技术的应用开辟了新的领域,也使地幔及地核条件下的矿物研究有了重要的突破。文章介绍激光加温DAC技术的发展;阐述高温高压原位的同步辐射X射线衍射方法;例举激光加温DAC技术在地球深部物质研究中的一些应用;并对一些关键的技术问题加以分析和讨论。     

地幔热柱多级演化与核幔源元素成矿作用

地壳中矿床分布极不均匀,这与地球的形成与演化密切相关。地球演化的早期,在引力收缩和热力膨胀的统一作用下,放射性、卤族、稀有、稀土元素及碱金属等轻质元素向上迁移,而铁族、铂族、有色金属、贵金属等比重较大的元素则逐渐沉向地核,以至于铁、镍、金、银等元素主要聚集在地核之中。但是,在地球形成圈层结构的同时,由于地球内、外温度差、压力差、粘度差的存在,导致地球发生以地幔热柱多级演化为主要形式的垂向物质运动,两者互为依存,并构成幔壳运动的原动力。地幔热柱多级演化沟通了深部矿质的迁移通道,聚集在地核及核幔界面上的金、银等元素呈气态随地幔热柱热物质流,以反重力运移至岩石圈,并以气-液混合态向近地表迁移,在有利的构造扩容带中聚集成矿。这可能是金银铅锌铜等多种元素的重要成矿     

华南地区的地壳演化和钨矿床的形成

区域成矿作用的物质基础——具有全球意义的钨元素地球化学场钨在地球中的分布是不均匀的.根据黎彤的计算,地球平均含钨1.7 pp m,其中地核-4.9ppm,下地幔-0.1ppm,上地幔-0.3ppm,陆地地壳-1.2ppm,海洋地壳-0.9ppm.具有强烈亲氧特性的钨元素.随着地壳的演化发展,上部地壳的氧含量不断增加,钨也逐渐向地球上部移动,并在特定的地质条件下富集成矿、世界钨矿的成矿作用随着时间的推移而逐渐加强,前寒武纪至早古生代以与基件火山作用有关     

银河旋臂、地核环流与地球大冰期

地球在其约４６亿年的生命史中，多次出现大冰期，关于其形成原因是地球科学家研究的热门课题。促使地球系统演化的力源主要来自哪一圈层？气体具有最大的激活能，但大气圈仅占地球总质量的１０－６，它不可能是主要圈层。固态的激活能最低，下地幔和地内核亦不大可能在地球系统演化中扮演主要角色。地球外核是液态，具有较高的激活能，它约占现代地球系统总质量的３０％，故可认为它是地球系统演化的主要活动圈层。作为旋转地球上的流体，外核环流存在着两种极端流型：一是“地转流型”，其速度场是二维场，垂直运动很弱（以下简称为Ｇ型）；二是“强对流型”，当Ｅｌｓｓａｓｅｒ数≥１时，流场的二维几乎完全被Ｌｏｒｅｎｚ力所破坏，对流充满整个地核（以下简称Ｃ型）。文章在事实分析的基础上提出了地球大冰期形成的如下假说：当地球背景磁场与银河旋臂磁场极性符号相同时，外磁场将激发地球外核环流转为Ｃ型，引起地壳和地幔强烈的垂直运动（强造山运动），致使大气热机效率亦大为提高，高纬地区强降温，这是大冰期形成的根本原因。这一假说的逆表述，即当地球背景磁场与银河旋臂磁场极性相反时，地核环流将转向Ｇ型，地壳表面将主要是“夷平作用”，致使大气热机效率亦降低，行星风系减弱，高纬?     

隐爆角砾岩——古地震的一种成因标志SCIEI北大核心CSCD

全球到处发育的隐爆角砾岩表明隐爆作用的普遍性,并标志着古地震的一种形成机制。隐爆角砾岩具有特殊的角砾形状和构造。地震地质资料表明大地震产生的地表破裂带没有肉眼可观测到的断层位移。材料聚集应变能估算值表明岩石聚集的应变能不足以产生大地震。携带高能量的地核-地幔流体不仅为自己逸散提供了能量,而且为产生地震提供了充足的能量。深部流体以运移-聚集-爆炸-运移-聚集-爆炸的循环方式向地表逃逸,在地球内部不同深度产生了不同震级的地震。因此,超高压流体隐爆应该是地震形成的主要机制。地震隐爆成因机制不仅能够更好地解释各种天然地震(中深源地震、震群、慢地震和非双力偶性地震等)以及全球地震、火山和地热带的空间吻合,而且能够解释隐爆角砾岩及其伴生矿的形成。     

前寒武纪地球动力学(Ⅱ):早期地球

早期地球(early Earth)是指冥古宙(或称dark ages,黑暗时代)的地球,也称为"Hadean Earth",即是45.6亿年至40亿年的地球。早期地球是地球科学研究的前沿,是诸多地质、地球化学理论或模型必须面对的基本科学问题。本文系统综合了与早期地球相关的研究进展,特别是近10年来的进展,以建立地质理论的各种大地质现象起源为主线,包括原始地核、原始地壳、地幔对流、岩石圈、地幔不均一性、陆壳和洋壳、水及大气圈和海洋、板块构造、早期生命等起源问题。这些都是地球科学的重大前沿科学问题,也与地球物质起源相关的宇宙起源、元素起源密切相关。原始地核出现最早,在原始地球形成之初的几个百万年内就形成了,4 450 Ma地球发生了最后一次全球整体的大规模熔融事件,地球的原始地幔和原始地核再次均一化,原始地核可能消失;4 450 Ma之后的地核大小与现今的地核大小基本一致,只是液态外核在不断冷却缩小,而固态内核在不断增大;从锆石年龄得出最早地壳大于4 408Ma,而从Sm-Nd体系获得的最早地壳年龄为4 470 Ma,比后期地核形成要早。总之,原始地壳从原始地幔中分离出来的时间大体为44.5亿年。一些最老的锆石中Nd、Hf的地球化学特征也证明原始地幔分异发生在43亿年前。岩浆抽吸后的原始地幔上部经冷却,原则上可能构成原始地壳下部的原始岩石圈地幔,从而开始出现上地幔和下地幔的分异演化。但是,地球40亿年前的原始岩石圈没有大洋岩石圈和大陆岩石圈之分。对地幔对流循环起源有3种认识,最可能产生于44.5亿年前的偶然撞击事件。地幔不均一性起源可能与地幔对流循环有关,可用地幔柱理论或地幔翻转过程给予解释,且早于板块构造体制起源,板块构造增强了其不均一性。水、大气圈和海洋的起源早于陆壳和洋壳的分异。最早的水最可靠的直接证据来自发现的最老锆石的氧同位素,表明水在40亿年前就在原始地球表面稳定存在。但是,地球最早的矿物记录残存在西澳伊尔岗克拉通中(Mt.Narryer和Jack Hills地区),为一颗44亿年的锆石。这颗最早的锆石也意味着最早的硅铝壳(陆壳)应当在44亿年前就出现了。陆壳记录远远早于板块构造在地球上运行的可靠记录,因而早期陆壳起源机制很可能是独立于板块构造体制之外的前板块构造体制制约,触发式拆沉驱动的构造-岩浆过程和3个世代的岩浆分异过程最终导致大规模TTG(陆壳)爆发式形成。水是生命起源的必备条件,因此地球生命起源时间晚于4.0Ga,化石确证生命至少起源于3.7Ga前,且生命最可能出现在海洋中的热液喷口。总之,本文概要介绍了诸多地球科学成就的菁华和前沿,也有助于全面认识与早期地球组成、结构、演化及动力学过程相关的不同学科前沿的最新重大成就。