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幔占据了类地行星的大部分体积和大部分质量(除了水星)。
壳是覆盖在幔上相对较小的部分,也是由各种硅酸盐组成的,不过在成分上与幔略有不同。
行星目前的幔是由熔化的岩石演化来的,这些岩石曾在最终的巨大撞击时覆盖整个行星,地质学家称之为“岩浆海洋”
。
在岩浆海洋冷却的过程中,它的表面会向太空辐射热量,使其冷却成坚硬的外壳。
然而,由于来自下层的湍流和上层的撞击,这层外壳会不断地反复破裂然后被搅动。
岩浆海洋会持续冷却,但不像水球会最终冻结,类地行星上没有使整个岩浆海洋变成固体的特定凝结温度。
熔融硅酸盐物质的性质就是这样,各种成分的矿物会在不同的温度和压力下结晶。
行星科学家们还不确定岩浆海洋的分层结晶程度,也不确定密度高的矿物是否能够下沉,密度较低的矿物是否能够上浮,或许它们还会粘在一起形成巨大的“岩石冰山”
,能使其自身更有效地浮起。
这些聚集的漂浮物质在化学成分上与其下方的岩浆海洋不同,它们形成了月球最早的真正意义上的壳。
如今,聚集的漂浮物质在月球上以高地(月球表面的苍白区域)的形式存在。
在更大的类地行星上,最古老的地壳的性质还没有被确定,部分原因是最古老的地壳很多被后来的壳所取代(至少被覆盖了)。
要想知道这是如何发生的,我们必须把注意力转回幔。
当一颗年轻的行星冷却下来时,它的幔会完全凝固,硅酸盐物质的两个重要特性随之开始作用。
其中之一是:足够热的硅酸盐固体既不是完全不动的,也不是完全定型的。
行星内部的热岩石能够以每年几厘米的速度(和指甲生长的速度一样)流动,就像一块沥青会随着时间变形一样。
对一个坚固的幔来说,如果存在驱动力,在固体地幔中会发生缓慢的,但在地质学上来说是实实在在的移动。
在行星内部,推动幔的动力来自热量。
深层幔,其密度将略低于较冷的上部地幔,因此它们有交换位置的趋势。
这种运动被称为对流,你可以在加热的汤锅中观察到它,但在行星内部,“固态对流”
要慢得多。
想象一条由热幔形成的“饰带”
或“羽流”
在向上流动,并将较冷的幔向下置换。
离地表越近,上升幔所经受的压力就越小,这就用上了硅酸盐的第二个相关特征。
随着压力下降,硅酸盐开始熔化,这一过程被称为“部分熔融”
,因为只有部分固体会熔化。
这样形成的岩浆里二氧化硅的含量会略高于形成岩浆的固体。
由此产生的岩浆密度也比固体低,浮力会把岩浆向表面挤压,尤其在覆盖在岩浆上的岩石受张力或已经断裂形成通道时。
除非岩浆成为侵入物滞留在地下,否则它会通过火山向外喷发。
以这种方式形成的岩石被称为火成岩。
岩浆活动所产生的壳可以通过渗透或覆盖的方式取代行星原有的壳。
月球上的黑斑,也就是月球上的“月海”
——是低洼地带,那里颜色较浅的原始地壳被以这种方式产生的熔岩流掩埋了。
现在地球上壳的来源一个是地幔部分熔融形成的海洋地壳,还有多代海洋地壳熔融、再循环形成的大陆地壳。
地球的海洋地壳厚6~11千米,而大陆地壳的厚度可以从较薄拉伸地带的25千米左右上升到主要山脉下面90千米。
总的来说,地壳只占地球总体积约1%。
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