地殼

地殼

dìqiào（EarthCrust）

在地理上，地殼是指有岩石組成的固體外殼，地球固體圈層的最外層，岩石圈的重要組成部分，可以用化學方法將它與地幔區別開來。其底界為莫霍洛維奇不連續面（莫霍面[1]）。整個地殼平均厚度約17千米，其中大陸地殼厚度較大，平均為33千米。高山、高原地區地殼更厚，最高可達70千米；平原、盆地地殼相對較薄。大洋地殼則遠比大陸地殼薄，厚度只有幾千米。

地殼分為上下兩層。上層化學成分以氧、矽、鋁為主，平均化學組成與花崗岩相似，稱為花崗岩層，亦有人稱之為「矽鋁層」。此層在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地區，太平洋中部甚至缺失，是不連續圈層。下層富含矽和鎂，平均化學組成與玄武岩相似，稱為玄武岩層，所以有人稱之為「矽鎂層」（另一種說法，整個地殼都是矽鋁層，因為地殼下層的鋁含量仍超過鎂；而地幔上部的岩石部分鎂含量極高，所以稱為矽鎂層）；在大陸和海洋均有分佈，是連續圈層。兩層以康拉德不連續面隔開。

地殼演化簡史

（一）太古代

（距今約25億年之前）

太古代是地質年代中最古老、歷時最長的一個代，即原始地殼以及原始大氣圈、水圈、沉積圈和生物的發生、發展的初期階段。

太古界的地層由變質深的正、副片麻岩組成。已知其中最古老的年齡為40多億年。據此認為，在此之前地球便出現了小型的花崗岩質地殼。由沉積岩變質而成的副片麻岩的出現，說明當時有了原始大氣圈和水圈，並有單純的物理化學風化。在這些結晶變質岩基底上覆蓋着一層變質較輕的綠岩帶，其中有火山岩和沉積岩，它們形成於當時地面的凹陷帶，後來才經歷變質作用。其年齡在34億—23億年間。據推測，太古代早期地球表面有許多小型花崗質陸塊，它們之間有深淺多變的古海洋。後來各小陸塊在移運中結合成面積較大的大陸板塊。這些最古老的陸塊現在已散佈於各大陸中，即通常所說的穩定陸塊的核心——克拉通或古地盾區。

太古代的地殼運動和岩漿活動既廣泛又強烈；火山噴發頻繁，故使大氣圈和水圈才得以形成。原始海洋的面積可能比現在大，但平均水深則淺得多。現在世界各地蘊藏豐富的海相層狀沉積的變質鐵錳礦床和岩漿活動形成的金礦等就是在這時期形成的。當時的大氣圈可能富含碳酸氣、水蒸汽和火山塵埃，只有少量的氮和非生物成因的氧。海水也是酸性礦化水（後來才逐漸被中和），陸地是灼熱的，荒蕪的。在某些適宜的淺海環境中，有些無機物質經過化學演化躍變為有機物質（蛋白質和核酸），進而發展為有生命的原核細胞，構成一些形態簡單的無真正細胞核的細菌和藍藻。這只是出現於太古代的後期。

總的來說，太古代是原始地理圈的形成階段，陸地是原始荒漠景觀，水域是生命孕育和發源之地。當時地殼與宇宙之間以及和地幔之間的物質能量交換比後來任何時候都強烈得多。

（二）元古代

（距今25億—6億年前）

在元古代，大陸性地殼逐漸由小變大，從薄增厚，火山活動相對減少，岩性也從偏基性向偏酸性轉化。下元古界有巨厚的碎屑堆積，大有利於強烈的花崗岩化活動及導致大型侵入體的形成。由於大氣中CO2濃度降低和水中Ca、Mg離子增多，開始出現有化學沉積的碳酸鹽岩。它將直接影響到岩漿過程的演化，導致鹼性派生岩的出現。隨着大氣中遊離氧的增加，氧化環境也開始出現了。因而後期有了鮞狀赤鐵礦和硫酸鹽等礦物以及第一批紅層建造的產生。生物的出現對環境的影響還不大，所以在元古界無大量的生物化學沉積。元古代末還發現有冰磧岩，這是全球性第一次大冰期的產物。

這時原核生物已進化為真核生物，嫌氣生物轉化為喜氧生物（這個轉折點稱尤里點，發生於大氣中氧含量增至當前大氣中氧濃度的千分之一的時候），物種數量也從少增多。這時地球上的植物界第一次得到大發展，出現了數量較多的能進行光合作用與呼吸作用的較原始的低等植物，如綠藻、輪藻、褐藻、紅藻等。這些微古生物已可用於地層的劃分和對比。在元古代晚期，原始動物也出現了。如澳洲的埃迪卡拉動物群，其中有海綿、水母、節蟲、扁蟲及軟件珊瑚等水生無脊索動物化石。在北美還發現有海綿骨針化石。

元古代有多次地殼運動，較廣泛的有我國的五台運動，呂梁運動、澄江運動、薊縣運動等；北美有克諾勒運動、哈德遜運動、格倫維爾運動、貝爾特運動等。歷次造山運動形成的褶皺帶都使原有的小陸塊逐漸拼合在一起成為古陸，後來都成為各大陸的古老褶皺基底和核心，前寒武紀陸台（或稱地台），現在出露的只佔陸地面積的1/5。據古地磁研究，北美羅倫古陸和非洲古陸在元古代都曾發生過多次極移（E.lrving等，1975；J.D.E.Piper，1976）。

（三）古生代

（距今6億—2.3億年前）

古生代包括寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀和二疊紀。據研究，6億—7年億年之前，大陸經歷過多次分合，在元古代末期（晚前寒武紀），各分散陸塊曾聯合組成泛大陸。寒武紀時泛大陸發生分裂，在南部成為岡瓦納大陸，北部分為北美、歐洲和亞洲三個大陸，彼此間被前海西海、前加里東海、前烏拉爾海和前特提斯海（前古地中海）所分隔。奧陶紀末開始發生加里東造山運動。至泥盆紀時，前加里東地槽已褶皺成山，古歐洲與北美合成一塊大陸。晚石炭紀時經海西運動后，前海西地槽消失了，使歐美大陸與岡瓦納大陸合併。至晚二疊紀，前烏拉爾海也消失了，亞歐大陸形成，全球又成為一個新的泛大陸。

據王荃等的研究（1979年），我國北方的中朝古陸與南方的揚子古陸的性質很不相同，後者與南半球岡瓦納古陸的許多情況極為相似。他們認為，揚子古陸在早古生代曾是岡瓦納古陸的一部分，後來分裂並向北漂移，至晚古生代才與中朝古陸碰撞合併在一起，兩者之間的秦嶺－淮陽山地是個地縫合線。近年來在這裏也發現了蛇綠岩套岩層（由蛇紋岩、橄欖岩、輝長岩及枕狀基性火山岩等組成的、屬於洋殼和地幔噴出的岩層，它是代表大陸縫合線的指示岩層）。我國古地磁的研究也認為，元古代後期，揚子古陸大致位於現在印度洋北部，與北方的中朝古陸遠隔重洋。

各地質時代的地殼運動和海陸分合，對地理環境帶來很大的變化：大陸分裂引起海侵，大陸合併引起海退；對生物演化也有重大的影響。自寒武紀以來大陸的分合和海生無脊索動物科數增減變化的對比情況。

在寒武紀，泛大陸發生分裂並引起海侵，大陸架廣布，海生無脊索動物空前繁盛，其中以節肢動物的三葉蟲占化石總數的60％，腕足類約佔30％，其他僅佔10%。這時海生植物也有向陸生植物過渡的跡象。如我國寒武系地層中發現的藻煤就是一例。奧陶紀海底廣泛擴張，腕足類、角石、筆石、鸚鵡螺和珊瑚等成為世界性的種類。原始的魚類——無顎魚（甲胄魚）也出現了。志留紀除海生動物繼續大量發展外，后因地殼運動和環境變化劇烈，海生動物進入了大陸淡水區域，真正的魚類——有頜魚和適於岸邊生長的具有水分輸導組織的維管束植物也誕生了。自泥盆紀以後的晚古生代，大陸趨於合併，海退不斷發生，許多海生無脊索動物的居留地消失，它們的種類和數量因而大減。相反，魚類則全盛起來，陸生植物也日趨繁茂。地球表面從此結束了一片荒漠和無臭氧層的時代。至石炭、二疊紀又成為兩棲動物的全盛時期，植物界也從孢子植物發展成為裸子植物。在石炭、二疊紀的各大陸都分佈以蕨類為主的大森林，成為地質歷史上重要的造煤時期。

（四）中生代

（距今2.3億—7千萬年前）

中生代包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀。現有許多資料證明，泛大陸的重新分裂發生於中生代，即始於晚三疊紀，主要分裂在侏羅紀和白堊紀，且一直延續到新生代。這泛大陸原來向南北極延伸，赤道部分較窄，存在特提斯海（古地中海）。三疊－侏羅紀時，北美洲與非洲分裂，北大西洋開始擴張，泛大陸被分為北部的勞亞（勞倫斯和亞細亞）古陸和南部的岡瓦納古陸。侏羅－白堊紀，南美洲與非洲分裂，南大西洋開始擴張。非洲和印度在侏羅紀時也與南極洲和澳洲（二者仍在一起）脫離，開始形成印度洋。白堊紀時，北大西洋向北展寬，南大西洋已有一定規模，印度向東北漂移，印度洋也隨之擴大，而古地中海則趨於縮小。

中生代各地都有強烈的造山運動，歐洲有舊阿爾卑斯運動，美洲為內華達運動和拉拉米運動，中國為印支運動和燕山運動。這時褶皺、斷裂和岩漿活動都極為活躍。在我國東部形成一系列華夏式隆起與凹陷，許多有色金屬和稀有金屬礦床的形成都與這時的岩漿活動有關，在斷陷盆地中也形成煤、石油和油頁岩等礦物。我國大陸的基本輪廓也在這時建立起來了。

生物界較古生代有很大發展。古生代末出現的裸子植物在中生代已成為最繁盛的門類，它們靠種子繁殖，受精過程完全擺脫了對水的依賴，更適於陸地的生境。這又是植物進化中的一次飛躍。像蘇鐵類、銀杏類、松柏類等陸生植物的大量發展，不僅為成煤作用創造了有利的條件（如世界廣泛分佈的侏羅系煤層），而且也為爬行動物的發展提供了豐富的食物基礎。

整個中生代，爬行動物成為當時最繁盛的脊索動物。在陸地上有食草和食肉的恐龍，在海上有魚龍和蛇頸龍，在空中有翼龍。與此同時還出現有蜥蜴、龜、鱉、鱷魚、蛙類和昆蟲等。在海生無脊索動物中的菊石也極為昌盛。因此，有人把中生代稱為恐龍時代、菊石時代或蘇鐵時代。但到白堊紀末，這些盛極一時的生物種類大都絕滅了，僅有一部分能殘存下來。而當時已經出現但處於弱勢的原始的鳥類和哺乳動物則進入了壯觀的新生代；被子植物從此也欣欣向榮。

（五）新生代

（7千萬年前—現在）

新生代包括老第三紀、新第三紀和第四紀，是距今最近的一個代。繼中生代之後，海底繼續擴張，澳洲與南極洲分離東非發生張裂，印度與亞歐大陸碰撞。在第三紀發生強烈的地殼運動，歐洲稱為新阿爾卑斯運動，亞洲稱喜馬拉雅運動。在古地中海帶（阿爾卑斯－喜馬拉雅帶）和環太平洋帶形成一系列巨大的褶皺山體。在古老的地台區也發生拱曲、斷層等差異性升降運動，在斷陷盆地中廣泛發育了紅層。這次造山運動和伴隨的海退作用，使從中生代繼承下來的自然地理環境發生了顯著的變化。

從全球來看，老第三紀地表主要是溫暖潮濕的氣候。在強烈的造山運動之後，大氣環流系統，尤其是區域性環流系統也發生了變化，許多地方趨向於乾冷。我國西部青藏高原的隆起，給東部季風環流系統以很大的影響，尤其是華南地區成為與同緯度地區不同的暖濕森林景觀。在第四紀，由於溫帶和兩極的氣候進一步變冷，地球上發生了大規模的冰川作用，經歷了多次冰期與間冰期的變化。生物也因生境的變化而變化。

在植物界，老第三紀以被子植物的大發展為特徵，植物群落由原來單調的針葉林轉變為花果豐碩的常綠闊葉林。當氣候趨於乾冷之後，許多地方的植被發生了旱生化現象。在新第三紀初出現了以單子葉草本植物為主的草原，在第四紀又出現了苔原。動物界以哺乳類的空前繁盛為特點，故新生代又稱哺乳動物時代。濕熱森林區繁茂的被子植物，對哺乳類的發展起很大的促進作用。昆蟲的繁盛也與被子植物的發達有關。被子植物和昆蟲的廣泛分佈又促進了鳥類的昌盛。當草原面積擴大后，在有蹄類和嚙齒類中出現了許多食草性的草原動物群，隨之而來的食肉動物也增加了。

特別重要的是在第四紀出現了人類。這是地球歷史上具有重大意義的事件。人類經過複雜的發展過程之後，又逐漸成為干擾、控制和改造自然環境的一個重要的因素。所以，第四紀又被稱為「靈生代」。

地殼最厚和最薄的地方

青藏高原是地球上地殼最厚的地方，厚達70千米以上；而靠近赤道的大西洋中部海底山谷中地殼只有1.6千米厚；太平洋馬里亞納群島東部深海溝的地殼最薄，是地球上地殼最薄的地方。

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地殼中的元素

在地殼中最多的化學元素是氧，它佔總重量的48.6%；其次是矽，佔26.3%；以下是鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂。丰度最低的是砹和鈁，約佔1023分之一。上述8種元素佔地殼總重量的98.04%，其餘80多種元素共佔1.96%。

地殼中各種化學元素平均含量的原子百分數稱為原子克拉克值，地殼中原子數最多的化學元素仍然是氧，其次是矽，氫是第三位。

大約99%以上的生物體是由10種含量較多的化學元素構成的，即氧、碳、氫、氮、鈣、磷、氯、硫、鉀、鈉；鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬的含量較少；而矽、鋁、鎳、鎵、氟、鉭、鍶、硒的含量非常少，被稱為微量元素。表明人與地殼在化學元素組成上的某種相關性。

地殼中含量最多的元素是氧，但含量最多的金屬元素則要首推鋁了。

鋁佔地殼總量的7．73％，比鐵的含量多一倍，大約佔地殼中金周元素總量的三分之一。

鋁對人類的生產生活有着重大的意義．它的密度很小，導電、導熱性能好，延展性也不錯，且不易發生氧化作用，它的主要缺點是太軟。為了發揮鋁的優勢，彌補它的不足，故而使用時多將它製成合金。鋁合金的強度很高，但重量卻比一般鋼鐵輕得多．它廣泛用來製造飛機、火車車廂、輪船、日用品等。由於用的導電性能好，它又被用來輸電．由於它有很好的抗腐蝕性和對光的反射性．因而在太陽能的利用上也一展身手。