岩石圈

顧名思義，岩石圈是由岩石組成的，包括地殼和上地幔頂部。其下為地震波低速帶、部分熔融層和厚度100公里的軟流圈。對岩石圈的認識，分歧很大，有人認為岩石圈與地殼是同義詞，而與下部軟流圈即上地幔有區別，但岩石圈與上地幔系過渡關係而無明顯界面；有人認為岩石圈至少應包括地殼和地幔上層。

範圍是從上地幔軟流層向上至地表的由岩石組成的空間，包括地殼。地球是一個半徑有6370多公里的橢球體，它從表面向地心可以分為地殼、地幔和地核三部分。地殼是地球的最表層，由於地球表面有陸地和海洋，因此，又有大陸地殼和大洋地殼之分。大陸地殼一般厚度為33-35公里，最厚地區大約為50-70公里。中國青藏高原是世界上地殼厚度最大的地區之一，平均厚度可以達到70公里。

大陸地殼通常分為三層，由三種不同成分的岩石組成。最上面是沉積岩層，向下依次是花崗岩層和玄武岩層；大洋殼的厚度很小，平均僅為6-8公里；大洋地殼最上面是很薄的海底沉積物，向下是玄武岩，在海底形成的玄武岩由於海水的作用，岩石被塑造成一個接一個排列的“枕頭”，地質學家把這種玄武岩叫做“枕狀熔岩”，這是在大陸玄武岩中見不到的一種地質現象。深海鑽探和地震研究發現，洋殼玄武岩下面還發育有岩牆狀的輝長岩和輝綠岩，以及由超鎂鐵質岩石蝕變形成的蛇紋岩。

從大陸地殼和大洋地殼的結構可以看出，遍佈於地殼中的岩石在分佈上具有一定規律性。洋殼和陸殼在岩石組成上最明顯的區別在於大洋地殼中至今沒有發現花崗岩層，而在大陸地殼中花崗岩體卻有大面積的分佈。

在對地殼的結構有了大概的了解之後，人們自然會問：地幔又是由什麼岩石組成的呢？它們和地殼中的岩石又有什麼不同？在地球結構中，地幔厚約2800公里，分為上地幔和下地幔兩部分。上地幔主要由橄欖岩類組成，下地幔是由密度高的鐵鎂氧化物組成。

根據地球物理測量的研究成果，上地幔頂部主要是由鎂鐵質和超鎂鐵質成分的岩石組成的，只是橄欖岩類岩石比地殼中的硅鋁質和硅鎂質岩石的比重要大。由於地殼和上地幔頂部都是由岩石組成的，所以，地質學家們把它們統稱為岩石圈。岩石圈厚度不均一，通常認為在大洋中脊處岩石圈厚度接近於零，到大陸下部大約100-150公里處，岩石圈厚度和地球的半徑比較起來，只是薄薄的一層，幾乎可以忽略不計。

早在1926年，地震學家古德寶就發現在堅硬的岩石圈下邊存在著一個低速帶，這個低速帶相當於軟流圈，深度大約在100-250公里。實際上，軟流圈並不軟。從計算和模擬實驗表明，在軟流圈中，只有大約0.5%的局部地區發生了熔化。但是，因為岩石圈剛性較大，相比之下，軟流圈就多少帶有一點塑性和流動性。

1910年，德國氣象學家A·魏格納提出了大陸漂移學說。到本世紀六十年代，板塊構造學說問世。這個學說的實質是岩石圈板塊運動學，連續的地震活動帶把岩石圈分裂分割成若干大小不同的板塊在軟流圈上漂移。實際上，不僅大陸板塊在漂移，大洋板塊也在漂移。科學家們在古氣候、古生物、古地磁和深海鑽探等很多方面找到了大陸飄移的證據。

岩石圈板塊運動與岩石的形成和演化有非常密切的關係。例如，岩漿岩帶和變質岩帶常分佈在板塊邊緣，而且，板塊的類型不同，岩石組合也隨之變化；全球現代活火山也主要分佈在板塊邊界上，著名的環太平洋“火山鏈”是火山活動帶，集中了全球三分之二的活火山。同時，火山活動帶也是地震活動頻繁的地區。

岩石圈可分為6大板塊：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度-大洋洲板塊、南極洲板塊。還有一些較小板塊鑲嵌其間。板塊邊界有4種類型：海嶺洋脊板塊發散帶、島孤海溝板塊消減帶、轉換斷層帶 和大陸碰撞帶。

另外對於地球岩石圈，除表面形態外，是無法直接觀測到的。它主要由地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成，從固體地球表面向下穿過地震波在近33公里處所顯示 的第一個不連續面（莫霍面），一直延伸到軟流圈為止。岩石圈厚度不均一，平均厚度約為100公里。由於岩 石圈及其表面形態與現代地球物理學、地球動力學 有著密切的關係，因此，岩石圈是現代地球科學中研究得最多、最詳細、最徹底的固體地球部分。由於洋底佔據了地球表面總面積的2/3之多，而大洋盆地約佔海底 總面積的45％，其平均水深為4000～5000米，大量發育的海底火山就是分佈在大洋盆地中，其周圍延 伸著廣闊的海底丘陵。因此，整個固體地球的主要表面形態可認為是由大洋盆地與大陸台地組成，對它們的研究，構成 了與岩石圈構造和地球動力學有直接聯繫的"全球構造學"理論。

地殼是指固體地球表面的鋼性外殼，屬於岩石圈的上部。地殼的組成物質可從元素、礦物和岩石三方面來說明。元素是組成地殼的物質基礎，大多數情況下各種元素化合形成各種礦物，各種不同礦物又組成各種岩石。

地殼中含有化學元素周期表中所列的絕大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8種主要元素佔98％以上，其他元素共佔1%~2％。地殼中化學元素的平均含量相差極為懸殊。氧幾乎佔有一半，硅約佔1/4，鋁約佔1/13，而表中未列入的大多數元素的含量是微不足道的。這些微量元素，其含量也十分懸殊，有些還是超微量的。對於整個岩石圈的原子組成來說，氧佔60.4%，硅佔20.5%，鋁佔6.2%，氫佔2.9%，鈉佔2.49%，鐵、鈣、鎂和鉀分別佔1.9%、1.88%、1.77%和1.37%，其他元素含量都小於1%。

礦物是人類生產資料和生活資料的重要來源之一，是構成地殼岩石的物質基礎。自然界的礦物很多，約有3，000種，最常見的只有五六十種，至於構成岩石主要成份的不過二三十種。組成岩石主要成份的礦物，稱造岩礦物，它們共佔地殼重量的99%。最常見的造岩礦物有下列幾種：

長石：是構成地殼的最主要的一類礦物，常見於火成岩、沉積岩和變質岩中。具瓷狀光澤，摩氏硬度為6，二向完全解理。解理呈正交者為正長石（KAlSi3O­8，即鉀長石），多為肉紅色；解理呈斜交者稱斜長石，多為淺灰白色。由於長石晶體構造中容許大量的離子置換，因而有多種類型。如斜長石中的鈉和鈣可以完全置換，故產生了從鈉斜長石(NaAlSi3O­8)至鈣斜長石（CaAlSi3O­8）的一系列種類和成分的變化。

石英：在大陸地殼中的數量僅次於長石，亦常見於各類岩石中。成分簡單(SiO2­)，無解理，貝殼狀斷口，具典型的玻璃光澤，硬度7，性硬，比重2.5~2.8。石英在自由生長時結晶成六面錐體，但在結晶岩中因晶體發育受空間限制，皆呈不規則形狀。石英性質穩定，難於風化。

雲母：假六方柱狀或板狀晶體，通常呈片狀或鱗片狀，單向極完全解理，易剝成具有彈性的光滑透明薄片；玻璃及珍珠光澤，硬度2~3，成分複雜多樣，常見的有黑雲母、白雲母和金雲母，在酸性岩漿岩、砂岩和變質岩中常見。

角閃石：成分複雜多變，常見的一種為普通角閃石，呈長柱狀或條狀，暗綠至黑色，硬度5.5~6，比重3.1~3.3，二向完全解理呈彼此斜交，性脆；在中性和酸性岩漿岩和某些變質岩中常見。

輝石：成分與角閃石近似，但含鐵鎂較多而不含羥離子。其中常見的為普通輝石，呈短柱狀，二向中等解理呈彼此正交，綠黑色，硬度5~6，比重3.2~3.6；常與角閃石、橄欖石、某些斜長石等共生，在基性和超基性岩漿岩中常見。

橄欖石：粒狀，橄欖綠色，玻璃光澤，硬度6.5~7，性脆；為超基性岩和基性岩的主要組成礦物。

上述造岩礦物又可歸納為兩種類型：一為長英質（或淺色）礦物，包括石英、長石和白雲母，其色淺，比重較輕，含鐵鎂少；一為鐵鎂質（或深色）礦物，包括橄欖石、輝石、角閃石和黑雲母，其色深，比重較大，富含鐵鎂而得名。兩者共佔地殼重量的80%多。

此外，其他常見的造岩礦物有方解石，白雲石和各種粘土礦物，它們是某些沉積岩的主要造岩礦物

岩石是在各種地質作用下，按一定方式結合而成的礦物集合體，是構成地殼及地幔的主要物質。岩石是地質作用的產物，又是地質作用的對象，是研究各種地質構造和地貌的物質基礎。岩石中礦物的結晶程度、顆粒大小和形狀以及顆粒間相互關係的特徵，稱為岩石的結構。岩石中礦物的組合形狀、大小和空間上相互關係和配合方式，稱為岩石的構造。結構和構造是識別岩石的重要特徵之一。根據成因，岩石可分為三大類：火成岩、沉積岩和變質岩。如果根據變質母岩的性質，把變質岩歸屬於沉積岩和火成岩，那麼在整個地殼的岩石組成中，火成岩佔95%，而沉積岩只佔到5%；但沉積岩卻覆蓋了整個地球表面的75%，火成岩卻只覆蓋了地球表面的25%。

火成岩目前，一般認為火成岩由兩類岩石組成。一類是岩漿作用形成的岩漿岩；另一類是非岩漿作用形成的。火成岩以岩漿岩為主。岩漿岩是由岩漿凝結形成的岩石，約佔地殼總體積的65%。

沉積岩 暴露在地殼表部的岩石，在地球發展過程中，不可避免地要遭受到各種外力作用的剝蝕破壞，然後再把破壞產物在原地或經搬運沉積下來，再經過複雜的成岩作用而形成的岩石，就是沉積岩。沉積岩的形成過程一般可分：先成岩石的破壞（風化作用與剝蝕作用）、搬運作用、沉積作用和固結成岩作用幾個互相銜接的階段。

沉積物變為沉積岩的過程既複雜又多樣。

變質岩無論什麼岩石，當其所處的環境與當初岩石形成時的環境發生變化后，岩石的成分、結構和構造等往往也要隨之變化，以便使岩石和環境之間達到新的平衡關係。這種由地球內力作用引起的岩石性質的變化過程總稱為變質作用。由變質作用形成的岩石，就是變質岩。變質岩的特點，一方面受原岩的控制，而具有一定的繼承性；一方面由於變質作用的類型和程度不同，而在礦物成分、結構和構造上具有一定的特徵性。

地表形態的塑造過程也是岩石圈物質的循環過程，它們存在的基礎是岩石圈三大類岩石——岩漿岩、變質岩和沉積岩的變質轉化。

在地球內部壓力作用下，岩漿沿著岩石圈的薄弱地帶侵入岩石圈上部或噴出地表，冷卻凝固 形成岩漿岩。裸露地表的岩漿岩在風吹、雨打、日晒以及生物作用下，組件崩解成為礫石、沙子和泥土。這些碎屑被風、流水等搬運后沉積下來，經過固結成岩作用，形成沉積岩。同時，這些已經生成的岩石，在一定的溫度 和壓力下發生變質作用，形成變質岩。岩石在岩石圈深處或岩石圈以下發生重熔再生作用，又成為新的 岩漿。岩漿在一定的條件下再次侵入或噴出地表，形成新的岩漿岩，並與其他岩石一起再次接受外力的風化、侵蝕、搬運和堆積。如此，周而復始，使岩石圈的物質處於不斷的循環轉化之中。

人們今天看到的山系和盆地，以及流水、冰川、風成地貌等，是岩石圈物質循環在地表留下的痕迹。

利用不同物理性質所估計的岩石圈厚度可能具有不同的地球動力學意義。大陸岩石圈等效彈性厚度往往只與岩石圈內部的某些岩層相關，因此它可能不代表一般意義上的岩石圈厚度。

地震學岩石圈厚度雖然有較高的精度，但依賴於人為地對岩石圈的定義；並且其具有的短時間尺度效應決定了它與長時間尺度的岩石圈概念不一致。

熱學岩石圈厚度體現了長時間尺度上的岩石圈熱學作用，因此其厚度定義的標準是較合理的。

地震-熱學岩石圈厚度研究利用地震波速反演得到的溫度數據按照熱學岩石圈標準來對岩石圈厚度進行研究，具有地震學和熱學岩石圈厚度兩者的優點，是較合理的對岩石圈厚度的估計。中國大陸地震-熱學岩石圈厚度分佈有如下特點：

（1）中國東部岩石圈較薄，厚度約100km，其中包括中國東北、中朝克拉通、揚子克拉通東部和華南造山帶；（2）青藏高原和塔里木克拉通以南地區的厚度變化較大，厚度約在160-220km；

（3）三大克拉通的岩石圈厚度有較大區別，揚子克拉通的核心最厚達約170km，塔里木克拉通的核心厚度約140km ，中朝克拉通的厚度約100km；

（4）崑崙秦嶺造山帶的岩石圈上地幔內部較複雜，可能有大面積的部分熔融；

（5）整個大陸岩石圈厚度分佈並沒有顯示出與地殼年齡的線性相關關係，卻表現出了與大地構造格局的直接關係。受板塊碰撞強烈影響的地區，岩石圈較厚；受大洋俯衝帶影響較強的地區，岩石圈較薄。

例如中國的東北、華北、蘇皖、四川盆地以及鄂爾多斯等地區，在岩層中埋藏有豐富的煤炭資源；中國松嫩平原、下遼河平原、華北平原、江漢平原、鄂爾多斯、西北各大型盆地以及東部與南部海域的沉積岩層內，有豐富的油氣資源；中國遼寧、山東、山西、河北、湖北以及內蒙古等地區的前古生代變質岩層中，賦存有鐵礦；中國山東的岩漿岩內盛產金礦；江西、廣西、雲南、貴州和湖南等省的岩漿岩中，產有鎢、銻、錫、銅等特種金屬與有色金屬礦；此外，各地的若干岩漿岩、變質岩和沉積岩岩石，本身就是建築材料資源。

環境資源是指，除上述礦產資源之外可以提供人類利用，或有重要科研價值的各種地質體和地質現象。

主要包括：①地質景觀資源，如中國湖南張家界由泥盆紀石英砂岩形成的峰林景觀，北京房山碳酸鹽岩石形成的石花洞岩溶洞穴景觀等；②地質遺跡資源，如中國黑龍江五大連池與山西大同的火山遺跡，中國河南西峽白堊紀岩層中的恐龍蛋化石群；③地質空間資源，即岩石所佔據的空問，可以用來儲存和處置各類廢料，包括核廢料，或開闢作為地下油庫、地下倉庫、地下核試驗的場地等；④地質生態資源，如岩石中對人類健康和生物生長發育有特殊生態優勢或其他用途的化學場和物理場等，都是可以利用的環境資源。

世界最深的洞穴是法國薩瓦山上的讓伯納洞，洞深1410米。世界最長的洞穴是美國肯塔基州的燧石嶺——猛獁洞洞穴系統，累計已探測洞長341.2千米。世界最高的石筍是古巴埃斯坎布拉伊山的馬丁山洞的石筍，高達63.20米。

鮮花常開的石頭在中國貴州、湖南、湖北、陝西等地，有一種開滿了閃閃發光的大菊花石頭，花瓣在岩層中層次分明，白裡帶灰，格調高雅。這種石頭被稱為“菊花石”，形成於2億年以前，呈層狀分佈。

悅耳動聽的石頭 蘇州網師園裡，有兩塊形似蒼鷹展翅的石頭。用錘輕輕敲打，會奏出：“1，2，3，4，5，6，7”的樂音。石頭內部有許多封閉的大小孔洞，樂音由此而出。

香氣撲鼻的石頭 在廣西天峨縣向陽鎮平臘村板鳳屯的山路上，有一塊能發出濃郁茴香氣味的巨石，當地人稱之為“茴香石”。行人路過石邊，都被茴香味所吸引。倘若用手掌輕輕摩擦石頭，香氣便會浸入掌中存留約15分鐘。

珠穆朗瑪峰是世界第一高峰，海拔8844．43米，這是中國登山隊測繪人員於1975年測定的數字。高峰之上，冰峰雪嶺連綿逶迤，它的壯麗雄偉，使人對天公造物的神奇力量，產生了深深的崇敬之感(圖7)。

新疆吐魯番盆地是世界最低的盆地，比海平面低154米。

近年來，科學家在8～9千米的超深鑽岩石中，發現了活的細菌，這一發現突破了在地殼深部堅硬的岩石中沒有活的生物傳統概念。這些活的細菌如果能人工培養成功，將具有巨大開發價值，它的基因也將是無價之寶。