地球结构

地球呈不规则球形，半径长6,356至6,378公里。地球按化学成份分层，由地球表面至中心，密度渐增，越深密度越高。地球主要分为三层：地核﹝由内核及外核构成﹞、地幔和地壳。每层均具独特的化学成份，而且密度各异 ﹝图1﹞。

图1：地球的基本构造。

根据科学家推断，高密度的地核主要由铁和镍两种重金属元素组成。地核外层为液态铁，地球磁场由此而成。

地核受地幔所包围，地幔密度较低，深达2,900公里，富带有铁和镁的矽酸盐矿物。

地球最外层称为地壳，分为海洋地壳及大陆地壳。一般而言，大陆地壳含矽元素较多，密度则比海洋地壳低。

• 海洋地壳 ﹝厚约10公里﹞由富铁、镁、钙，和铝的矽酸盐矿物组成，通常形成深色、沉重的岩石，称为玄武岩。
• 大陆地壳 ﹝厚约20-60公里﹞由富钾、钠和铝的矽酸盐矿物组成，形成多种岩石，如花岗岩等。

地球的动态表面

地球的地壳最外层和上地幔层可再分为岩石圈及软流圈﹝图2﹞。岩石圈板块在流动的软流圈上缓慢移动，称为板块运动，令地球表面维持在活跃多变的状态中。

图2：地壳及上地幔层的基本构造。

• 岩石圈非常坚固，深度由约100公里延伸至150公里，包含地壳和部份上地幔层。在地球表面，岩石圈由七块巨大的板块及若干较小的板块组成。板块边缘形状不一，在软流圈上方移动。
• 软流圈结构较弱，深度由约150公里延伸至400公里，岩石圈在上方移动。在软流圈产生的岩浆形成海洋地壳。地核的热力在地幔产生环流现象﹝热对流﹞，带动上面的板块移动。

板块运动的动力

板块运动是由地球内部的热力产生，它包括地球在最初形成时所产生的余温，以及岩石中矿物辐射衰变时产生的热量。

热力像热流般由地球下地幔向上升，当到达上地幔层时受冷，热流向外扩散，再向下降回下地幔﹝图3﹞。这过程称为地幔对流，它会带动板块移动。

虽然地球的热力带动地幔对流及板块活动，但构成地幔的岩石是非常坚固而呈半塑性状态，因此可转移物质。

图3：地幔对流作为板块运动的动力。

板块边缘类型

板块边缘分为三大类型：聚合、张裂及错动型板块边缘。

图4a：张裂型板块边缘的基本结构

图4b：聚合型板块边缘的基本结构

图4c：错动型板块边缘的基本结构。

张裂型板块边缘

﹝图4a﹞：张裂型板块边缘就是当岩浆由地幔不断向上涌，两块板块向两旁拉张的边缘。张裂型板块边缘的火山活动会形成新的岩石，称扩张性山脊。

聚合型板块边缘

﹝图4b﹞：聚合型板块边缘就是两块板块互相挤压的边界，而引至其中一块板块推复到另一板块之上。下伏的板块会被推回地幔，并于俯冲区被摧毁。地震和火山活动正是在两块板块互相挤压的过程中，于上复板块发生的。

错动型板块边缘

﹝图4c﹞：错动型板块边缘就是两块板块擦过的边缘。当两块板块从旁擦过时，地震便会在板块边缘发生。岩石圈受影响较轻微，不会如张裂型板块边缘般形成新的岩石，或如聚合型板块边缘般摧毁岩石。

板块运动和地球表面活动

板块运动令地球表面维持活跃多变，因而带动下列其他活动：

• 岩浆活动：岩浆把新元素及物质由地幔送至地壳，是岩石循环的首阶段。岩浆由裂缝上涌至地球表面后冷却成岩石，从而在岩石循环中引入新元素及矿物质。这些岩石会被摧毁﹝风化﹞、搬运﹝侵蚀﹞、沉淀﹝沉积﹞，经埋藏后形成新岩石﹝岩化﹞，再回涌升起，然后风化、被侵蚀及沉积，继续循环不息。
• 深成作用：大部份岩浆都不能涌到地球表面，这些岩浆在地壳内冷凝结晶，形成深成岩。
• 火山作用：于特定的板块边缘，岩浆及气体从地壳喷溢到地面，形成火山。猛烈的爆发会产生火山灰，而流出的岩浆则形成熔岩。
• 地震：由于板块活动而引起岩石沿断层的突然错动，又或是岩浆从地球表面冒出，都会导致强烈的地震﹝图5﹞。
• 褶曲及断层：板块活动导致地壳弯曲及断裂，因而形成岩石褶皱及断层。
• 造山运动：沿聚合型板块边缘的岩石受到长期的挤皱，形成山脉及火山﹝图6﹞。
• 海洋盆地和裂谷的形成：在聚合型板块边缘旁的火山带后，板块拉张引力会增加，而发展成弧后裂谷带。新的扩张中心点可能因此形成，造成新海洋地壳﹝图7﹞。于连绵的大陆地壳地带，地幔上升导致地壳变薄并发展为裂谷﹝图7﹞。肯雅的非洲大裂谷便是这类大陆解体的例子。

图5：沿著地底深处的断层发生错动而形成地震波。

图6：火山山脉沿聚合型板块边缘形成。

图7：弧型裂谷带在聚合型板块边缘旁的火山带后发展而成。

岩浆活动

岩浆来自地球深处的上地幔或下地壳，由局部熔融产生，其成份包括高温混合的矽酸盐物质﹝岩浆﹞、水和溶解气体。岩浆内还可能包含岩浆于冷却时凝结的晶体及岩浆涌上地球表面时夹杂的岩石碎片。

岩浆活动是指岩浆涌上地壳的过程，可能导致以下情形出现：

• 岩浆因冷却及结晶较缓慢而形成侵入性火成岩﹝深成岩﹞，或
• 当火山爆发，岩浆以熔岩及火山灰的形态涌上地球表面，熔岩及火山灰快速冷却而形成喷出性火成岩﹝火山岩﹞。

当坚固的地幔物质上涌至接近地球表面的张裂型板块边缘时，地幔的压力会逐渐减低，地幔物质的熔点亦随之下降，所以当坚固的地幔上升至某程度时，便会开始局部熔融而形成岩浆﹝图8﹞。浮力会使岩浆向地面上升至远离熔融区，遗留下未熔化的固态地幔物质。这种由于地幔上升及压力下降而引起的局部熔融过程，称为减压熔融。

图8：板块构造环境。

热点是地幔内活跃对流系统的位置，在热点内发现的岩浆同样是由减压熔融形成﹝图8﹞。这里的固体地幔物质温度较高及密度较低，并像热柱般向地壳上升。

在聚合型板块边缘，当俯冲板块被挤压下沉时，板块的温度会上升，同时释放出水合液体，这些液体令上复板块的地幔物质的熔点下降，使地幔局部熔融成岩浆﹝图8﹞。当岩浆涌上地壳时便会形成岛弧及大陆边缘弧式火山。例如：沿太平洋盆地聚合型板块边缘的一系列火山便被称为「环太平洋火圈」﹝图9﹞。

图9：活跃火山、板块运动及「环太平洋火圈」。

在不同板块构造环境下形成的火山

一般来说，火山爆发时喷出的岩浆由三种主要成份组成，包括晶体、岩浆和溶解气体﹝主要为水蒸气﹞。不同类型的火山在不同的板块构造环境下，会产生不同的爆炸力，爆炸强度视乎所喷出的岩浆成份而定，尤其是其中溶解气体的含量。当火山岩浆喷出至地表时，溶解于岩浆中的气体将以气泡释放。

目前，世界各地可发现一系列不同成分的岩浆，包括含丰富镁和铁的铝矽酸盐矿物﹝玄武岩﹞，以至含丰富钠、钾、钙和铝的矽酸盐矿物﹝流纹岩﹞和介乎两者之间的岩浆﹝例如安山岩﹞。

由于玄武岩质的岩浆温度较高，流动性相对亦较高，岩浆中的气泡得以释放，因此喷发出岩浆时多数没有爆炸力。相反，流纹岩质的岩浆温度相对较低及较黏稠，岩浆内的气泡较难释出，当火山爆发时，释出气泡产生的爆炸力强烈至可以粉碎岩浆。因此流纹岩火山的爆炸力较玄武岩火山猛烈，并产生较多的火山灰。层状火山爆发时产生的熔岩及火山灰比例大致相等，环太平洋的火山便是其中例子﹝图10﹞

在各种板块构造环境中常见的三种火山是盾状火山、层状火山及破火山口火山。

图10：美国圣海伦火山。
﹝相片由美国地质调查局
喀斯开火山观察站提供﹞

盾状火山

大部份在内板块或大洋中脊扩张中心爆发的玄武岩质火山，其山坡坡幅较小，形成状似盾牌的盾状火山。玄武岩火山爆发时，熔岩通常如喷泉般由火山通道喷出，大量低黏稠度的岩浆会以熔岩流的状态泻出。夏威夷火山群便是著名的例子﹝图11﹞。

层状火山

层状火山与大陆边缘弧或岛弧结构有关，成分主要是安山岩质或流纹岩质。这些火山群形成层状火山﹝混合火山﹞，其爆炸力较夏威夷式火山更强。层状火山特征是其呈斜锥的 外形，由火山灰及熔岩交叠形成﹝图12﹞。

层状火山的喷发力多变，由最弱的史冲包连式至极具爆炸性的普林尼式喷发类型都有，视乎岩浆内可溶解的气体含量而定，岩浆中溶解气体含量越多，火山之爆炸力就越强，所形成的火山灰亦越多。

图11：夏威夷津劳维亚火山。
﹝相片由美国地质调查局
喀斯开火山观察站提供﹞

图12：层状火山基本结构及火山灾害。

破火山口火山

在聚合型板块边缘环境，流纹岩质火山可能形成破火山口火山。破火山口火山的形成是由于火山顶部因强烈爆发而崩塌，并陷落于下面的岩浆库﹝图13﹞所致。

香港发现的火山岩大部份为流纹岩质，主要成份是火山灰，它们大都由破火山口火山爆发时喷出的火山灰形成。破火山口火山的灰云体积通常很大，会因地心吸力而塌下来，火山灰像火热的液体般在地面流动。

图13：破火山口火山之形成 -
(A) 强烈爆发掏空了部份火山之下的岩浆库；
(B) 火山的顶部崩塌，并陷落于掏空的岩浆库中，形成破火山口。

火山灾害

火山爆发带来的灾害主要分为直接引起的主要灾害及间接引起的次要灾害﹝图12﹞。

主要灾害包括：熔岩流、火山碎屑流、灰降及气体喷发。

次要灾害包括：火山泥流、水灾、火灾及海啸。

地震

地震与所有种类的板块边缘有关。当两块相邻板块相对地移动，它们之间的压力不停积聚。当接触点的应力超出维系这两块板块的摩擦力时，积聚的能量便会突然释放，导致地震﹝图14﹞。

图14：沿著地底深处的断层发生错动而形成地震波。

于错动型板块边缘如加州的圣安德里亚斯断层，两块相邻板块的横向移动可能导致突发的错动，使地壳裂开，在岩石中的断裂称为断层。

在张裂型或聚合型板块边缘发生的板块活动，可于地面以下的任何深度发生。不过，若地震在俯冲带发生，则可能与伸延至地面的断层有关。这些错动或会带来突发性剧烈的垂直地壳活动，并引起海啸。二零零四年十二月的印度洋地震就属于这类地震。