地球科學

地球內部結構-地球的結構與組成

授課橘地科小編
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學習領域/科目別 地球科學
情境範疇 組成地球的物質(Fa)
題幹
地表之下的巨大海洋

加拿大亞伯達大學研究人員在巴西茹伊納地區發現一金剛石中有一個40微米長的包裹體。經過光譜分析後,發現這是一塊林伍德石(Ringwoodite,化學式:Mg2SiO4)。此礦物是橄欖石的同質異相體礦物之一,內含的結晶水含量達1.4∼1.5%,被認為是地底蘊藏大量水分的重要證據。

若有水分藏在岩石中時,地震波傳遞速度便會隨之降低,此與岩體的彈性係數發生改變有關。因此,美國西北大學的雅各布森和新墨西哥大學的斯曼特團隊,利用美國境內的兩千多座地震儀,仔細探查地震波於地球內部的變化。他們從地震波傳遞速度減緩的程度,發現深度640公里處有水存在的信號。根據計算,該層位1公斤的岩石中有10公克的水的話,含水總體質量是目前海水的3倍以上。此一深度,與能夠生成林伍德石的環境相符。當板塊構造運動發生之際,若產生接近1100°C的高溫與20GPa(10億帕)的超高壓之下,便會產生一定的化學反應將林伍德石中的水分子給釋放出來,所以他們認為在地表以下640公里處可能隱含龐大的隱藏水源。

問題一

1. 請問產出林伍德石的此一層位應該位於下列何處?
(A) 莫氏不連續面之上、深海沉積物之下
(B) 古氏不連續面之上、過渡帶之下
(C) 上部地函與下部地函之間
(D) 下部地函與雷氏不連續面之間
(E) 雷氏不連續面至地心之間

2. 文中提到此層位因含水而導致地震波波速下降,請問這與以下何種地球物理性
質改變有關?
(A) 岩層壓力增加 (B) 岩體密度變大 (C) 岩層溫度變高
(D) 岩體彈性變低 (E) 岩層孔隙率的改變

3. 以下岩石,何者與林伍德石所在的層位之關係較為接近?
(A) 花岡岩 (B) 閃長岩 (C) 輝長岩 (D) 安山岩 (E) 橄欖岩



參考答案 :
1. (C) 2. (D) 3. (E)
搭配學習內容／學習表現 :
EFa-Vc-1 由地震波可以協助了解固體地球具有不同性質的分層。
EFa-Vc-2 固體地球各分層之化學組成與物理狀態不同。
試題概念與分析 :
1. 地表以下 640 公里處即位於上部與下部地函之間的過渡帶。

2. 已知波速與介質的彈性、介質密度有關,而壓力變大、溫度降低,會使介質彈 性降低。因此,可知介質彈性越大、密度越小,波速便越快。岩層含水後使岩 體彈性大小改變是波速變化主要原因。

3. (A) 花岡岩為大陸地殼的組成主體,為地殼的一部分;(B) 閃長岩為中性火成岩 類,較易出現在聚合性板塊邊界附近的大陸地殼中;(C) 輝長岩為基性火成岩類, 會出現在海洋地殼下部之處;(D) 安山岩為火山島弧常見岩類。
延伸閱讀材料
文章 地科素養試題超展開 VOL.4
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