地球科学原理之二十四岩石圈形成后的去气作用

cqg1985 · 发表于 2011-5-31 15:37

上一回，我们分析了岩石圈形成前的去气作用，这里，我们来分析岩石圈形成后的去气作用。

1 概述

原始地壳形成后，地球仍有去气作用。由于地球外被岩石圈形式的外壳，壳内气体要能排出，只有在这个壳破裂或由于某种原因，造成负压腔才可能发生。

当地球的内部温度还比较高时，也就是说，地球除岩石圈外，地内全是液态时。两极或单极的冰川形成或消融，由于均衡调整作用，造成地球膨胀和收缩。冰川形成时，地球膨胀，地壳最容易破裂的地方，形成裂缝（如洋中脊）。地内压力突然降低，大量的地内气体就会向裂缝处汇集。这时形成的洋中脊，除喷发大量玄武岩岩浆外，还喷发大量的气体。

当冰川消融时，地球收缩，形成岛弧和地槽，在岛弧和地槽的形成过程中，会形成负压腔。大量气体向负压腔处汇集。岩石圈破裂时，大量的气体和岩浆被排出地表。所以，地球早期的火山喷发，不管是洋中脊处的玄武岩喷发，或是岛弧或地槽形成时的安山岩或花岗岩岩浆喷发，均比现在猛烈，喷发出的气体，也远比现在多。

当火山喷发结束后，岩石圈内液体岩浆里气体浓度将又会在气体在各种物质里的溶解度、气体浓度梯度和压力及浮力的综合作用下，重新分配。最终重新形成一种平衡。不管怎么样，由于部分地表气体被火山及地震排出地表外，地球中心位置的气体，就会不断向地表转移。

由于地球的产热能力下降，而散热能力变化不大。这样，随着时间的推移，地球内部的温度逐渐降低。地球内部的压力基本没有什么变化。在温度和压力的综合作用下，岩石圈下地内物质，不断固化。到目前为止，除软流圈和外核外，已基本呈固态。

当冰川形成时，洋底破裂形成洋中脊，地内压力突然降低，原在高压下呈固态的岩石圈下物质，由于压力降低而变成液态的岩浆，从洋中脊涌出。溶解在这些岩浆中的气体物质，也由于压力的下降而从这些岩浆里逃逸出来，进入大气中。

当冰川消融时，地球收缩，形成岛弧和地槽，在岛弧和地槽的形成过程中，会形成负压腔，由于负压腔的压力小于原来的压力，负压腔下的软流层物质，由固态转为液态。溶解在岩浆里的气体，由于压力的降低，从岩浆里逃逸出来，进入负压腔上部。后来，由于这个负压腔破裂，气体和岩浆一道，由破裂处涌出地表，形成安山岩或花岗岩岩浆喷发形式的火山喷发。

由于海底玄武岩岩浆喷发时，气体只有在岩浆涌出后才产生，所以岩浆喷发时，气体相对较少。而岛弧或地槽形成时的火山喷发，气体在岩浆喷发前就已大量聚集在岩浆上部，所以，火山喷发时，气体量大，往往形成爆炸式火山喷发。

气体直接从固态物质里逃逸的可能性比较小。随着地球的温度不断降低，地球形成岩浆的能力逐渐降低。气体从地内排出的量也越来越少。地球的去气作用也越来越弱。一旦地球完全固化，地球将完全失去去气作用。

2 后期去气作用的阶段性

从以上的分析可知，当地壳形成后，地球的去气作用，主要是通过火山喷发和地震而完成的。而火山和地震，主要与冰川的形成和消融相关(MeGuire, 1992; Zielinski et al, 1996)。冰川的形成和消融，具有明显的周期性。所以，地球的去气作用，也具有明显的周期性。

当地表岩石的风化作用和绿色植物的光合作用，将大量的二氧化碳转化为碳酸盐岩和矿物有机物时，大气中的二氧化碳浓度降低，大气中的温室效应也降低。当大气中的二氧化碳浓度不足以提供足够的温室效应时，在地球的两极（两极有陆地）或一极（一极有陆地）形成冰川。由于冰川的形成，从单极或双极挤压地球，地球膨胀，从而造成一轮造海运动，引发火山喷发和地震。火山喷发和地震导致大量的地内二氧化碳气体排出地表。

若火山和地震排出的二氧化碳气体不能抵消风化作用和光合作用的二氧化碳消耗，地表温度将继续下降。引发更大规模的冰川形成，造成更大规模的火山和地震的发生，排出更多的二氧化碳等温室气体。当火山喷发和地震排出的二氧化碳等温室气体的量超过风化作用和光合作用消耗的二氧化碳的量时，大气温度开始上升，冰川开始消融。冰川消融，地球收缩，产生的造陆过程中，会引起火山喷发和地震，也会产生大量的二氧化碳等温室气体。这样，使大气中的温室气体进一步增加，地球进入间冰期。在间冰期，除极少量的外星体撞击外，地球的火山喷发和地震明显减少。间冰期，气候温暖、湿润，绿色植物大量繁殖，将大量的二氧化碳转化为碳酸盐岩和矿物有机物，这又会引起大气中的二氧化碳浓度的降低，引起新一轮的冰川、火山、二氧化碳循环。

去气作用产生的主要是水。水以水蒸汽的形式排出后，冷凝成液态的水，降入海洋，使海洋的水不断增加。去气作用中的硫化氢和二氧化硫，被氧化成硫酸，硫酸与地表岩石风化产生的金属离子结合，形成各种硫酸盐。去气作用中产生的氯化氢、氟化氢等物质，也与岩石风化作用产生的大量金属离子形成各种卤化物，以氯化钠最为显著。

去气作用产生的二氧化碳，主要由风化作用和光合作用而转化为碳酸盐岩和矿物有机物。冰川的形成和消失，导致火山活动的加强和减弱。火山活动的强弱变化，导致地球地去气作用的强弱变化。地球的去气作用变化，又引起大气中温室气体的浓度变化。而大气中温室气体的浓度变化，又导致冰期和间冰期的形成。地球就是在这些因素的共同影响下，不断演化的。

地球的去气作用，主要发生于间冰期向冰期转化的时期，及冰期向间冰期的转化期；而冰期及间冰期，相对较弱。去气作用强时，是大气中的二氧化碳增加期；去气作用弱时，是大气中的二氧化碳减少期。地球上有多少次冰川期周期性变化，也一定会有多少次的地球去气作用的周期性变化。

地球的去气作用，强烈影响地球的演化，那么，哪些因素影响地球岩石圈形成后的去气作用呢？且听下回分解。

未完，待续。

下回预告：地球科学原理之25 影响岩石圈形成后去气作用的因素

参考文献：

MeGuire W J. Changing sea levels and erupting volcanoes: cause and effect？Geology Today, 1992, 7: 141-144

Zielinski G A, Mayewski P A, Meeker L D, Whitlow S, Twickler M S. A 110,000 yr record of explosive volcanism from the GISP2(Greenland) ice core. Quaternary Research, 1996, 45: 109-118

（注：本“地球科学原理”系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）