3 地球深部的物质成分分层

　　3.1 地幔的分层结构和物质成分

　　莫霍面（距地表平均33km，青藏高原达到70km）是公认的地壳与地幔分界面，如将莫霍面以上的壳层岩石剥去，就可见到地幔的顶面。地幔的底面大约接近地表以下2900km深处，地幔的总厚度略小于2900km。和地壳、地核相比，地幔的物质密度介于前两者之间，但由于地幔的体积约占地球总体积的82.26％（图4-8），地幔的总质量在三者中是最大的，约占地球总质量的67.0％。

　　地幔的最上部也由坚硬的硅酸盐岩石组成，它们和地壳一起构成了地球的岩石圈。人类虽生活在地球表层——地壳上部，但人类的生存环境不仅与水圈、大气圈和生物圈相关，也与地幔的组成、结构和状态有关。人类从地壳中获得的资源从根本上说直接或间接源自地幔，地幔中的地质作用——岩浆、构造活动可以造福人类，也可能给人类带来灾难。目前人类还不能取回深度超过13km的任何物质样品。除了幔源岩浆及其所携带的少量地幔岩石样品，可给地球科学家提供最深达约200km深处的物质样品外，人类直接研究地幔（及其以下部分）的愿望并未实现。现今对地幔（及地核）物质组成的认识主要依赖地球物理探测和高温超高压实验，80年代中期美籍华人毛和光领导的实验室在大于300万个大气压下获得了重要进展（近年可做到600万大气压）。

    （1）地幔的物质组成

　　岩石圈地幔中的最重要的矿物是镁硅酸盐和铝硅酸盐两大类，局部可能有氧化物或硫化物矿物聚集，正常地幔中基本无含水矿物。其中，镁硅酸盐矿物的结构变化能反映地幔不同部位的压力条件。

　　用第三章表3-1、表3-2介绍的地球物理资料和高温超高压实验结果拟合，岩石圈地幔（B1）的镁硅酸盐矿物应为橄榄石，大洋地壳之下已观测到橄榄岩的存在。在上地幔的温压条件下，橄榄石、斜方辉石和单斜辉石是稳定的，因而，认为上地幔顶部可以看成是橄榄石和辉石的集合体。

    岩石圈地幔底界变化于60～220km深处，其下有一个地震波减速的低速层（B2），无疑是高热梯度区。在高温条件下压力效应将被忽略，导致波速随深度增加而减小。较多学者用部分熔融或断层卸载来解释低速带的成因，认为它可能是大部分拉斑玄武岩浆的源区，对于上覆岩石圈构造演化有重要影响。著名的含金刚石金伯利岩是一种含云母橄榄岩，其岩浆来源于100～150km的深部，也提供了佐证。

    220～400km深度的上地幔下部（B3），物质又变得致密、刚性，温度也回归正常增长范围。是固相超铁镁质和铁镁质岩石，也是大量碱性玄武岩岩浆的形成区。
　　本文标题：地球深部的物质成分分层-地球及各圈层的物质组成
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