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地質係地球史,直接證明板塊構造論,生命演化,氣候變遷。商用來講,探究地質,就知礦藏,亦可探究水源。同時對公眾來講,可以知道天然風險,補救環境問題。土力工程,亦以地質打底。
地質學英文叫geology,來自希臘文。分兩部解geo-來自γῆ,讀gē,地咁解。logy,尾綴-λoγία,讀-logia,學問噉解,卽係研究地噉意思。
地球嘅內部有得根據物理或者化學上嘅性質嚟分做若干層-石質行星冚唪唥都係噉[1]。但係地球嘅內核同外核好明顯唔同,呢點係其他石質行星冇嘅特徵。地球嘅外層係由矽酸鹽礦物組成嘅地殼。地殼嘅厚度隨住位置有啲唔同,由深海海底嘅 6 公里厚到陸地上面嘅 30 至 50 公里厚都得。地殼下面有層由黏稠嘅半熔固體組成嘅地幔(Mantle)。地殼同埋地幔凍啲、硬淨啲嘅上層係所謂嘅岩石圈(Lithosphere;大約係由地表數 5 至 200 公里深)-板塊亦都係喺呢個區域形成嘅。地殼同地幔之間嗰條分界線係所謂嘅莫氏不連續面(Mohorovičić discontinuity,或者叫「Moho」)。再落少少,岩石圈以下嘅係黏度低啲,熔得犀利啲嘅軟流圈(Asthenosphere)。岩石圈喺軟流圈上面浮吓浮吓,而呢啲活動同地震等嘅自然現象有好大啦掕[1]。
地幔晶體結構嘅喺地表以下 410 至 660 公里之間嗰度開始有重大嘅變化。嗰度係分隔上地幔同下地幔嘅過渡區(Transition zone)。喺地幔下面,係分隔地幔同地核嘅核幔邊界(Core-mantle boundary)。再落就係黏度好低嘅液體狀態嘅外地核(Outer core),而最裏面嘅係呈固體嘅內地核(Inner core)[1]。內地核嘅半徑大約係 1220 公里[2],係地球半徑嘅 1/5 [3]。佢旋轉嗰陣嘅角速度可能會快過地球其他部份些少,每年大約領先 0.1 - 0.5° [4]。
同位素 | 產生熱能 (瓦/每公斤同位素) |
半衰期 (年) |
喺地幔度佔嘅比例 (每公斤同位素/每公斤地幔) |
產生嘅熱能 (瓦/每公斤地幔) |
---|---|---|---|---|
238U | 94.6 × 10−6 | 4.47 × 109 | 30.8 × 10−9 | 2.91 × 10−12 |
235U | 569 × 10−6 | 0.704 × 109 | 0.22 × 10−9 | 0.125 × 10−12 |
232Th | 26.4 × 10−6 | 14.0 × 109 | 124 × 10−9 | 3.27 × 10−12 |
40K | 29.2 × 10−6 | 1.25 × 109 | 36.9 × 10−9 | 1.08 × 10−12 |
喺地球嘅內熱(Internal heating)當中,吸積嘅殘餘熱霸咗得嗰 20% 左右,而其餘嗰 80% 嘅熱係嚟自核衰變(Radioactivity)嘅[5]-喺地球內部有鉀-40(Potassium-40)、鈾-238(Uranium-238)、鈾-235(Uranium-235)、同埋釷-232(Thorium-232)等嘅同位素靠放輻射嚟產生熱力[6]。呢股熱令到地心嘅温度可以去到成攝氏 6000 度,華氏 10830 度[7],而壓力就可以去到 360 GPa-足以將一個人壓扁[8], 1980嘅時候, 實驗室裏用鑽石壓砧都可以造到差唔多嘅壓力。
頭先講咗,地熱入面好多都係嚟自核衰變-即係唔穩定嘅原子核放輻射並且變成穩定原子核嘅過程,而穩定咗嘅原子通常唔會再放輻射。所以地球科學家推測喺地球歷史再早啲嗰陣,地球有更加多可以放輻射嘅同位素,所以嗰時佢可以產生更勁嘅內熱,喺 30 億年前可能係而家嘅兩倍[9]。當時嘅地球沿住半徑嘅温度梯度會更加大,而地幔對流(Mantle convection;地幔因為內熱而慢慢會郁嘅現象)同埋板塊構造嘅速度亦都更加快,仲可能會產生一啲以今時今日嘅地質條件好難生到出嚟嘅岩石,好似係科馬提岩(Komatiite)噉[10]。
地球有好多系統將地核嘅熱能散走。地球表面嘅平均散熱功率(指能量消耗得有幾快)大約係 87 mWm−2。成個地球內部嘅散熱功率就大約係 4.42 × 1013 W [11]。地核嘅一啲熱能通過高温嘅熔岩向上湧傳到去地殼嗰度,呢種熱對流就叫做地幔熱柱(Mantle plume),地幔仲會因為噉而產生熱點(Hotspot)[12]。除咗噉,地球內部嘅熱能仲會喺板塊活動嗰陣通過地幔升上去中洋脊(Mid-ocean ridge;海底一柞喺板塊之間嘅邊界嗰度嘅山脈)而流失。另外一種熱能流失嘅方式係藉住岩石圈嘅熱傳導-尤其係喺地殼薄啲嘅海底[13]。
喺地球外層嚟嘅剛性岩石圈分做好幾塊板塊[14]。目前地球嘅主要板塊有太平洋板塊、北美洲板塊、歐亞大陸板塊、非洲板塊、南極洲板塊、印度-澳洲板塊、同南美洲板塊呢啲。另外仲有阿拉伯板塊、加勒比板塊、喺南美洲西海岸對出嘅納斯卡板塊、同埋喺南大西洋嘅斯科舍板塊呀噉。呢啲板塊係硬淨嘅,喺軟流圈上面浮吓浮吓[15],仲識慢慢噉郁-板塊之間會有相對運動,而呢啲郁動分做三種:一係聚合板塊邊緣(Convergent plate boundary)-指兩塊板塊互相靠近;二係分離板塊邊緣(Divergent boundary)-指兩塊板塊分離;三係轉形斷層(Transform fault)-指板塊之間互相橫向噉郁。因為呢啲地殼活動,搞到喺呢啲板塊嘅邊緣上面會容易有地震、火山活動、造山運動、同埋形成海溝,好似係日本列島同台灣就係坐正喺板塊邊緣上面嘅地方,間唔鐘就會有地震。唔同嘅板塊郁嘅速率仲會唔同:喺呢啲板塊當中,大洋板塊郁得快啲,而大陸嘅板塊郁得慢啲,好似係屬於大洋板塊嘅科科斯板塊位移嘅速率係每年 75 毫米[16],而太平洋板塊就以每年 52 至 69 毫米嘅速率位移;屬於大陸板塊嘅歐亞大陸板塊,平均以得每年大約 21 毫米嘅速率行進[17]。
隨住板塊嘅飄移,海入面嘅岩石會跌落去聚合板塊邊緣嘅前緣下方,同時地幔嘅物質會喺分離板塊邊緣做成嘅空間嗰度上升。呢啲過程令到海洋地殼一邊係噉產生跟住又俾佢回收返落地幔嗰度,所以海洋地殼嘅岩石更新得好密。因為噉,海洋地殼多數好後生,低過 1 億歲。而家最古老嘅海洋地殼喺西太平洋地區,估計大約係得 2 億歲[18]。相比之下,最古老嘅大陸地殼年齡有成 40.3 億歲[19]。
地球表面嘅面積總共大約有 5.1 億平方公里,當中大約 70.8% 嘅表面積俾水𢫏住,令到大部分嘅地殼表面(3.6113 億平方公里)都係喺海平面以下[20][21]。海底嘅地殼表面有好多山,包括一個全球性嘅中洋脊-一列沿住板塊邊緣形成嘅山脊,仲有好多海底火山、海溝、海底峽谷、海底高原、同深海平原[22]。地球表面其餘嗰 29.2%(1 億 4894 萬平方公里,或者 5751 萬平方英里)係冇俾水𢫏嗮嘅地方,有好多山地、盆地、平原、高原等嘅地形。海平面以上嘅平均海拔係 840 米:成個海平面以上地表最低嘅地方係喺西亞嗰度嚟嘅死海,佢海拔大約係 -420 米,而海拔最高點係喺中國同尼泊爾邊境嘅喜馬拉雅山脈嘅珠穆朗瑪蜂,海拔有成超過 8848 米[23]。
人整咗好多將地球表面分區嘅方法。傳統上,地表俾人分做七大洲、四大洋、同埋唔同嘅海域[24],仲會用兩極點做中心將地球分做南半球同北半球兩個半球,用經度分做東半球同西半球[25],或者大致按海同陸地嘅分佈分做水半球同陸半球。
呢啲數據同分區會隨住時間而演變。地球嘅地表一路俾好多大自然力量塑造緊-大風、降水、熱循環、化學反應、冰川作用、海岸侵蝕、珊瑚礁嘅形成、大大細細嘅隕石撞擊-都會影響到地表嘅地貌[26][27],但係地表地貌郁得實在太慢(吓吓都要成幾百萬年先會有用肉眼睇得出嘅改變),所以人一般都冇辦法直接感受到,淨係有得用一啲好精密嘅科學儀器嚟度。
地球表面有好多岩石,大致上可以跟住佢哋嘅成因分做三大類:火成岩、沉積岩(Sedimentary rock)、同變質岩(Metamorphic rock)[28]。火成岩係由升到去地表嘅岩漿或者熔岩冷卻凝固形成嘅,又嗌做「岩漿岩」,係構成地殼嘅主要岩石。火成岩又有得分兩種:一係岩漿侵入地表而形成嘅侵入岩,例如係花崗岩(Granite);二係岩漿噴出地表嗰度形成嘅噴出岩,好似係安山岩、玄武岩呀噉。大陸嘅地殼主要由密度低啲嘅花崗岩同安山岩構成,而海地殼主要由緻密嘅玄武岩構成。除咗呢啲火成岩,沉積岩都係成日見到嘅岩石。佢哋係由堆積同結合埋一齊嘅沉積物嗰度形成嘅。差唔多成 75% 嘅大陸表面都係俾沉積岩覆蓋住-雖然佢哋只係霸咗大約 5% 嘅地殼。最後,變質岩係由原有嘅岩石喺高壓高溫嘅環境之下變質而形成嘅,好似係大理石噉[28][29][30]。
地球表面有好豐富嘅礦物,包括係石英、長石、角閃石、雲母、輝石、同橄欖石呢啲嘅矽酸鹽礦物,同埋方解石等嘅碳酸鹽礦物[28][31]。
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