1、 宇宙誕生宇宙誕生1010- 44- 44秒秒之后便急速展開之后便急速展開, , 1010-34-34厘米厘米的超微宇宙在僅僅的超微宇宙在僅僅1010-34-34秒秒之內迅速膨脹了之內迅速膨脹了1010100100倍倍, ,稱為稱為暴脹暴脹( (inflationinflation）。 所謂所謂1010-34-34秒秒/ /厘米，就是厘米，就是 “1 “1秒秒/ /厘米的一兆分之一的一兆分之厘米的一兆分之一的一兆分之一的一百億分之一一的一百億分之一” ” 極其短暫極其短暫/ /微小的時間微小的時間/ /空間。空間。 而而1010100100倍，就是倍，就是1 1的后面加的后面加100100個個

2、0 0（厘米）。（厘米）。 實際上提出了一個實際上提出了一個“從無到有從無到有”的宇宙起源模式，對于傳統的的宇宙起源模式，對于傳統的“無始無終無始無終”宇宙觀是一個沖擊！宇宙觀是一個沖擊！超微超微宇宙宇宙的的瞬間瞬間暴脹暴脹l新證據通過對宇宙微波背景輻射彌漫于宇宙的一種弱光的觀察而獲得。lNASA(2001)發射的威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)，新的分析觀察了較小面積（數十億光年尺度）天空的亮度變化，發現差別很大。l如果沒有發生暴脹，小面積天空的光度變化應與在更大范圍內觀察到的變化大致相同。l星云說強調初始宇宙空間充滿密度極低的星際氣體和塵埃物質，在自引力下逐漸聚集成許多大型星系云，再

3、在其中誕生大量恒星而形成星系。反映了宇宙間彌漫星云物質收縮凝聚的“合二而一合二而一”過程。l超密說強調可見宇宙大爆炸過程中拋射出許多超高密度的物質塊, 每個塊形成一個星系。超密塊爆發從核心再向四周演化，星系核心為殘留的超密塊，因此爆發作用尚未停止。體現了宇宙間物質狀態的“一分為二一分為二”方向。l很可能兩條途徑都與星系形成有關，但究竟以何種方式為主，不同方式出現的條件等，尚待研究。l幼年期幼年期:原始星原始星云云收縮收縮-原恒原恒星星出現出現(氫閃氫閃)l青壯年期青壯年期:內部內部熱核反應啟動熱核反應啟動, 恒星恒星形成。星形成。星系內系內90%恒星恒星集中分布于集中分布于主主星序星序。l晚年

4、期晚年期:紅巨星紅巨星l衰亡期衰亡期:超新星超新星爆發爆發白矮星、白矮星、中子星中子星黑洞黑洞l 元素合成理論（元素合成理論（B B2 2FHFH理論）：由）：由E.M. Burbidge夫婦， W.A.Fowler和F.Hoyle于1957年提出。l 宇宙中各種元素并非在一次大爆炸時全部產生，而是在恒星演化的熱核聚變過程中逐步合成的。 紅巨星中心溫度達到10108 8 K K, 3個氦聚變為1個碳碳核； 6 6 10108 8 K K, 2個碳核聚變為1個氧氧核； 10109 9 K K, 氧核聚變為硅硅核； 3 3 10109 9 K K4 410109 9 K K, 硅核聚變為鐵鐵核。

5、由于鐵核及其外圍8個電子結構十分穩固，更重的元素無法在恒星的正常核聚變過程中形成。 “曇花一現曇花一現”的超新星爆發成為重元素誕生的唯一途徑。的超新星爆發成為重元素誕生的唯一途徑。l4646億年前太陽星云中分化形成億年前太陽星云中分化形成原始地球原始地球，溫度，溫度較低，輕重元素渾然一體，尚無圈層分異。較低，輕重元素渾然一體，尚無圈層分異。l原始地球一旦形成，有利于原始地球一旦形成，有利于吸集吸集更多星子使體更多星子使體積和重量迅速增加，同時因積和重量迅速增加，同時因重力分異、放射性重力分異、放射性元素蛻變元素蛻變和和星體撞擊星體撞擊而增溫。而增溫。l原始地球內部達到熔融狀態時，原始地球內部達

6、到熔融狀態時，親鐵元素親鐵元素比重比重大而下沉形成大而下沉形成鐵鎳地核鐵鎳地核，親石元素親石元素上浮組成上浮組成地地幔幔和和原始地殼原始地殼。更輕的液態和氣態成分，通過。更輕的液態和氣態成分，通過火山噴發溢出地表形成火山噴發溢出地表形成原始大氣圈原始大氣圈、水圈水圈。l地球初始圈層分異的時間約在地球初始圈層分異的時間約在4242億年前億年前。l4.464.46GaGa形成的原始地球( (占前由巨型M群星子和L群星子堆積現今地球70-90%70-90%質量)。l原始地球的廣泛或全熔形成地核和下地幔分異，大量親鐵元素、可能所有貴金屬都進入地核。l過渡層過渡層（400-670km）相當原始地球的熔融

7、分異殼。原始原始地球地球l4.40-4.454.40-4.45GaGa前，前，由晚期較小（d1000km,平均400km)的C群星子也有L群星子堆積成鑲飾的上鑲飾的上地幔地幔。l地球的上地幔從未全部熔融過，地殼僅是上地幔的分異產物。l上地幔的貴金屬都由隕石帶來，占1%即可滿足豐度要求。l幔源火山巖的同位素和微量元素比值揭示了上地幔無論在全球全球或區域區域性性規模上，都存在明顯的化學不均一性。 l印度洋洋脊玄武巖(MORB)的Pb-Sr-Nd同位素特征與太平洋、大西洋不同。大西洋玄武巖的La/Ta值，N22-25為18、N36-63為9。l下地幔的不均一性則低得多。 lHart(1984)提出：

8、 南半球Pb、Sr同位素高異常域（ Dupal異常）。lWeiss(1991)解釋： 代表一個源于地球深部并長期存在的地幔域。l歐陽自遠等（1994）：與地球早期大個體星子撞擊有關，其規模可與地幔源區相當。星子間化學上的差異必然在地幔成分上有所反映，并導致固體地球內部物質成分的初始不均一性。l為什麼南半球大陸分布大量富鐵礦？中國的富鐵礦（含Fe60）僅見于海南島石碌地區？l海南島南部崖縣寒武系大茅群剖面和澳大利亞相似（沉積相、含磷層時代和木耙蟲三葉蟲化石）。l再造的寒武紀古大陸圖中海海南島南島應與澳大利亞關系密切。華北揚子澳大利亞l地震波通過不同密度介質時的波速不同，在越過兩種不同介質時還會發

9、生折射和彎曲現象。l據地震波速度變化4個突變面，推斷地球內部存在密度不同的5個圈層。地殼l固體地球各個圈層之間不僅有著互相耦合、協同演化的一面，也有相對獨立、差異運動的一面。l作為地球內部驅動源的地核，其物理性質和運動特征歷來受人關注。l蘇維加等（1995）發現地震波在內核的各向異性對稱軸與地球的自轉軸不重合，兩者的夾角還存在不斷變化。l宋曉東等（1996）根據近30年來穿越地核的地震波資料研究，發現內核的對稱軸(快軸)每年自西向東較地球自轉軸多偏移1.1,自1900-1996年累計已多轉1/4圈。意味著地核與整體地球之間存在地核與整體地球之間存在著旋轉速度的差異。著旋轉速度的差異。l該項研究

10、成果被評為1996年世界十大科技新聞之一。19901996l已有大量證據說明地質歷史中地球旋轉速度總體變慢。 理論上：海洋潮汐作用的摩擦力導致地球自轉變慢和地月距離加大。地球深部物質上涌導致體積膨脹和轉速變慢。 地質證據上：珊瑚、雙殼類和疊層石（藻類）的古生物鐘生長節律證明4億年前(泥盆紀)為400天/年，8.5億年前(晚元古代)為435天/年。l由于液態外核的存在，內核可能保留原始地球的較快旋轉速度。lWells(1963)根據北美志留-泥盆紀珊瑚化石的研究，發現表壁上每隔620mm有一個環隆環隆（代表年生長階段）。l2個環隆之間有400個纖細環節環節（晝夜生長），環節密度：每mm內有126

11、0個。l對比：現代珊瑚毫無例外每年生長360個環節。l證明環節的出現與一晝夜24小時的環境變化相對應。l雙殼類介殼內的生長線（下）與海水潮汐周期（上）的比較。l注意生長線形成時間與潮水落潮相對應。l赤道附近地域，冬夏季節太陽高度和照射方向不同，導致疊層石柱生長方向軸線變化，一個正弦曲線代表一年生長階段。雅魯藏布江帶洋盆發育黑白紋層代表晝夜交替l綜合地質歷史中珊瑚、雙殼、疊層石等多門類古生物化石和雙黏土層（代表每日2次潮汐層理）沉積構造。l總體呈現一年、月內日數由多到少的變化趨勢。l是否地球自轉速度總體變慢（點線）趨勢下仍存在周期性波動（實線）？l地殼運動構造演化和天文背景之間有何關系？關鍵在于

12、獲得第一手可靠證據。加里東運動印支運動泛大陸裂解泛大陸形成？古特提斯裂解？Rodinia裂解l 20世紀60年代板塊構造學說板塊構造學說的出現，首先在地球科學研究領域中建立了全球觀全球觀概念。l南側：印度板塊被動陸緣l主體：中、新生代特提斯洋盆，現在被擠壓成構造混雜帶l北側：岡底斯火山-巖漿弧主動陸緣（J3 3-K1 1）l1/25萬區調新資料：、雅魯藏布帶中貝混雜巖硅泥質巖中發現T2-3放射蟲化石； 岡底斯帶發現印支期巖漿巖；山南地區T3朗杰學群物源來自北側巖漿弧帶。l挑戰了傳統的構造演化模式解釋！l單一、干凈大洋抑復雜結構多島/多弧盆洋？l洋殼俯沖單一向北抑雙向俯沖？l雅魯藏布江帶是單一縫

13、合帶抑結構復雜的多元縫合-混雜帶？l經典板塊理論局限于固體地球自身和平穩運動的封閉性思想。l必需考慮對其進行固、液、氣和天體相互作用的開放性思想的沖擊。l顯示通過下地幔不同深度的P波和S波地震波速的變化。l兩邊數字是平均波速不同百分比中的最大異常。l藍色藍色代表高波速，紅色紅色代表低波速。l北美北美Farallon板塊、南歐亞大陸板塊、南歐亞大陸Tethys板塊、西太平洋（板塊、西太平洋（Izanagi和和Kula)板塊、西北太平洋板塊及板塊、西北太平洋板塊及太平洋太平洋Tonga板塊板塊660km下均有線下均有線性高速異常體。核幔邊界區仍存性高速異常體。核幔邊界區仍存在。在。l最新的全球地幔

14、地震層析資料揭示了巖石圈板片可以俯沖到核幔邊界，超地幔羽可以從核幔邊界上升到地殼上部形成熱點。l在大陸板塊匯聚邊界，地幔地震層析圖象不僅顯示了巖石圈板片的超深俯沖，還保存了拆沉的巖石圈“化石”殘片的重要信息。l從地幔深部所獲得的新資料為全地幔“單層對流”新模式提供了依據。l研究巖石圈板塊必須了解板塊下的構造,探索巖石圈板塊的驅動力應該從“巖石圈動力學”升華到“地幔動力學”。l解釋大火成巖省的各種地幔柱模型： (A)擴張模型；(B)熱柱頭模型； (C) 多級地幔柱模型。l大洋板塊構造子系統(熱地幔柱誘發)與大陸根-柱構造子系統（冷下降流誘發）的聯合及其相互作用。l聯合大陸下面的下地幔超級冷下降流

15、與洋島下面的下地幔超級熱柱構成全球一級尺度的對流系統（丸山德茂,1994）。l可能是顯生宙以來全球動力系統的基本框架 D層層（S. S. Maruyama,1994,1994）lCMB是一個明顯的物理界面，也是夾在巨大溫差所產生的熱邊界層之間的一個不均勻的化學邊界層。l由于核-幔邊界上的高密度差，地核形態上的不規則性在地球表面的重力位上有所反應。l地磁場起源于液態地核，地磁場的低次譜波也與地核表面形態密切相關。l核-幔邊界地形或地核形態與重力場和地磁場密切相關，是核-幔邊界研究的一個重要方面。l利用特殊地震震相新發現核-幔邊界超低速帶（ULVZ)l該帶P波、S波速度分別下降10、30，厚550

16、km。l可能源于某些下地幔物質的部分熔融，或可能由化學不均勻性引起。l產生D層的各向異性，可能是地幔柱的根。l地幔分層對流：形成傳統板塊構造的傳送帶式模式。l巨型全地幔對流：熱地幔柱上升流 冷地幔柱下降流l兩種類型在地質歷史中可以交替出現或并存。l熱地幔柱：上升頭部、尾部l冷地幔柱：俯沖帶冷物質積聚-下墜過程（抽水馬桶模式）白堊紀地史綜合特征：l磁極性倒轉l全球洋殼產生率l高緯度海面古溫度l長期海平面升降l黑色頁巖沉積時間l全球石油資源l是否地球自轉速度總體變慢（點線）趨勢下仍存在周期性波動（實線）？l地殼運動構造演化和天文背景之間有何關系？關鍵在于獲得第一手可靠證據。加里東運動印支運動泛大陸

17、裂解泛大陸形成？古特提斯裂解？Rodinia裂解 地球、火星和月球的區別。l 從行星比較地質學視角對比： SBL星球表面邊界面;MBL地幔邊界面 （據Kumazawa等，1994）終端構造l地核對下地幔的差異性加熱在空間上究竟是隨機發生的，還是有選擇地加熱某一特定部位？換言之，一個相對于地球坐標長期固定的地幔柱究竟是怎樣產生、強化和衰減的？l盡管核幔邊界被視作熱柱源，但內核與板塊運動之間并未能建立起直接的聯系，前者對后者是多余的；l在地幔柱模式中，巖石圈板塊的運動依然是被動的，它只能在一種似乎隨意和不可預測的過程中被幔柱推來推去，無法自主決定其位置歸屬，在物理上這也令人難以滿意。超級地幔柱的成

18、因超級地幔柱的成因北大陸聚合南大陸離散晚古生代末泛大陸形成全球冷地幔下降流占主導地位l早古生代岡瓦那超大陸形成與勞亞大陸分裂的格局，正好與中生代以來的岡瓦那大陸分裂與歐亞大陸形成的格局形成鮮明的對照。l晚古生代則是Pangea超大陸形成時期，代表了兩個完全相反的大陸全球分布格局轉換的過渡，從某種意義上來說，是發展的必然。l內核內核由于某種原因發生偏移偏移l偏移側外核外核由于對流層變薄熱對流熱對流顯著加強顯著加強l上覆地幔地幔底部(D層)形成上升熱地熱地幔柱幔柱l上覆巖石圈巖石圈受熱而發生破裂,導致發生陸殼板塊向另一半球漂移l另半球板塊會聚、拆沉拆沉核核-幔幔-殼圈層耦合殼圈層耦合質心偏移與質心

19、偏移與內核偏移 幔柱活化 巖石圈新生和撕裂 板塊漂移并會聚于新的位置 圖SCM 的運動流程示意圖 初始內核的位置就不與地球的球心重合； 地內熱過程引起的內部物質調整； 小行星碰撞； 月球被拋射出去的可能； 巖石圈板塊集中造成的質量改變效應； 等等。地核偏移的最初原因l內核偏移 幔柱活化 巖石圈破裂 板塊漂移并會聚于相反半球。實際上代表了固體地球的核幔 殼三個圈層耦合的運動過程。l當上述全過程完成后，發生板塊會聚、碰撞的半球質量逐漸增加，直到打破全球引力平衡，導致內核反過來向此半球偏移，從而啟動新一輪運動。l上述“四步沖程”模型還具有自反饋的機制，可以往復循環發生和維持下去。不需要其他外界條件加入。l上述過程體現了一個完整的泛大陸旋回，具有雙銀河年（大約500600Ma)的時間間隔。l太陽系在銀河系內的運動過程中，必然會受到銀河系內質量分布和鄰近星系的引力影響。目前還不能精確地測定，只能求出經驗關系，例如G值（向銀心力）隨時間和空間的變化）。l從地球系統科學視角看，地外宇宙因素與地內核 幔 殼子系統之間存在何種關系，值得進一步探討。l據天然和人工地震VP P探測L/A界面(低速層)深度： 青藏擠壓高原（118250km） 華南塊體（與澳大利亞相似無低速層） 東部大陸裂谷帶（6068km）l中國大陸不同部位巖石圈底界形態