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讲座内容简介 一、开题、板块构造（～3小时）；7月1日 二、地幔柱（～3小时）；7月2日。 三、地球环境变迁（～3小时）；7月3日 四、俯冲工厂（3小时）；7月6日 五、火山活动与灾变事件（3小时）；7月7日 六、优秀学生汇报、总结（～3小时）。7月8日 特点：针对前沿科学问题，结合自己的研究心得和最新成果，鼓励学生参与。 考核形式：学生自选前沿科学问题，撰写>2000字的书面论文、综述 挑选5-10名优秀学生针对前沿科学问题做20分钟的口头报告，入选口头报告的学生可以不提交综述。 涉及的主要科学问题： 板块运动的驱动力 地球的外壳是由坚硬的岩石组成的，叫做岩石圈。岩石圈包括最表层的地壳和岩石圈地幔两部分，漂浮在粘滞系数较低的软流圈。岩石圈并不是铁板一块，而是由大大小小的块体组成，这些块体被称为板块。板块边缘通常是海沟或者是洋中脊。板块之间的相对运动是地球上最重要的水平运动，但是对于板块运动的驱动力，目前还存在着不同认识。归纳起来主要的动力来源有：地幔对流、洋中脊推动、俯冲板片的拖动和板片的滑移。究竟是哪种力起着决定性的作用？ 全地幔对流与上下地幔化学成分分层 地幔以660公里为界分为上下两层。地球化学家很早就发现上、下地幔的成分有很大的差异，上地幔亏损大离子亲石元素等易于进入岩浆的不相容元素，而下地幔则表现出相对富集的特点。而且这种差异已经有几十亿年的历史了。因此很多学者一度认为上下地幔是各自独立对流的，彼此很少有物质交换。但是地球物理研究发现，俯冲板块可以穿过上下地幔边界进入下地幔。由于上下地幔边界是取决于压力的相变界限，因此板块俯冲必然导致下地幔的物质进入上地幔。这样大规模的上下地幔物质交换被称为全地幔对流，那么为什么上下地幔还能保持成分差异？ 下地幔密度陷阱与地幔柱成因 上下地幔之间成分有很大差异，但是上下地幔的铌铀比值都很均匀且彼此十分接近，都远高于初始地幔的比值。由于铌铀在地幔部分熔融和岩浆演化过程中性质十分接近，而在板块俯冲过程中铀是活动元素，而铌是不活动元素，因此，铌铀比值的变化与板块俯冲有关。上下地幔铌铀比值高于初始地幔显然是与俯冲板块再循环有关。但是俯冲板片中富含不相容元素的玄武质成分在下地幔的密度明显高于橄榄质成分，这被称为下地幔密度陷阱。俯冲板片是如何突破下地幔密度陷阱实现再循环的？俯冲板片与地幔柱是否存在密切的成因联系？ 俯冲工厂 板块俯冲是全球尺度上最重要的物质运移、元素分异过程，对地球的化学演化分异、陆壳形成、地幔演化等起着重要作用，因而该过程被形象地称为“俯冲工厂”。在板块俯冲过程中，俯冲板片的温度逐渐升高，俯冲下去的地壳（包括大洋地壳、大洋沉积物和大陆地壳）以及蛇纹石化的岩石圈地幔等会发生一系列变质反应，出现脱水乃至部分熔融，并导致俯冲板块发生明显的地球化学分异。这一地球化学分异不仅通过岛弧火山岩活动影响大陆地壳的化学组成，而且由于俯冲板块物质的再循环影响地幔的组成和演化，导致地幔不均一性。此外，板块俯冲过程中的大规模物质运移和元素分异还伴随着大规模成矿作用。研究表明，汇聚板块边缘往往与铜、金、铁、铀、银、铅、锌、钼、锡、钨、铌、钽、硫、氟等重要矿产资源有密切关系。因此，研究板块俯冲的化学过程对于解决大陆地壳的形成、地幔演化、地幔柱的成因和许多重要矿产资源的形成等重大地球科学问题具有重要的意义。 超大型矿床 世界上矿床的分布是很不均匀的，有很多超大型矿床、成矿区带可以占全球探明储量的50%以上。例如我国的白云鄂博稀土矿床占全球轻稀土储量的70%，南非兰德盆地面积仅约4万平方公里，其中已探明4万多吨黄金，占全球黄金储量的40～45%；智利中部分布几个大型斑岩铜矿矿集区，已探明3亿多吨铜，占全球铜储量的35～40%。这些矿床究竟是如何形成的？ 雪球事件与雪球消融 越来越多的研究表明地球历史上曾经多次被冰雪覆盖，雪球事件与雪球消融发生的原因是什么?雪球事件与生命演化有什么关系？ 早期地球大气 地球早期大气可能是富二氧化碳等温室气体，而贫氧气的。这种大气对地球环境产生了什么影响？这种转变的时代和发生的原因是什么? 大火成岩省与生命灭绝事件 地球上重要的生命灭绝事件往往与大火成岩省有关，其原因何在？