表岩屑

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表岩屑希腊:Ρηγόλιθος)是覆盖在固体岩石上的数层宽松的异种物质。在英文,这个名词是由两个希腊字:Rhegos(希腊:Ρήγος),意思是层或毛毡状物,和Lithos(希腊:Λίθος),意思是岩石。它包括尘埃土壤、破碎的岩石,和存在于地球月球、一些小行星和其他行星相关的物质。这个名词是乔治·珀金斯·美林在1897年最早定义的,他的说明是:这层覆盖物的来源是通过岩石风化或由植物生长的材料在原地制成。在其他的事例中,风、水、冰或其他来源的迁徙是不完全的,并且或多或少有分解上的问题,无论其本质或来源为何,在整个地函上是不坚结的物质,因此建议称为表岩屑(风化层)[1]

在地球[编辑]

在地球,表岩屑[2][3][4]由以下被细分的成分组成:

  • 土壤
  • 冲积层和其他被迁徙的覆盖物,包括风成、冰河、海洋和重力流的程序。
  • 腐泥岩:通常再细分为
    • 上层腐泥岩:完全氧化的底岩。
    • 底层腐泥岩:化学上造成部分风化的岩石。
    • Saprock:因风化作用濒临破碎边缘的破碎底岩。
  • 火山灰岩浆
  • 钙质壳:由土壤、腐泥岩和迁徙的材料,包括黏土、矽酸盐、氧化铁和氧化物、碳酸化合物和硫酸盐等黏接形成,并且比较不会互相取代,成为坚硬的层次抵抗风化和侵蚀。
  • 地下水和水沉积
  • 生物有机的成分延伸出来的。

表岩屑的厚度可以从完全没有到数百米之间变化著,它的年龄也可以从刚刚生成到因为灰烬陷落或冲积层的变化而已经存在千万年的时间。再澳洲的一些地区就发现了前寒武纪时代的表岩屑[5]

地球上的表岩屑起源于风化生物过程,但如果其中包含一定比率的生物化合物,它通常会被归类为土壤。人们也会因为表岩屑的各种不同的类形而称之为灰尘石渣(在潮湿时)。

在地球,表岩屑的存在是许多生物赖以维生的一个重要事实,因为只有少数的植物可以生长在固体的岩石上,并且如果没有松散的材料,动物就无法挖掘洞穴或建立遮风避雨的棚子。

表岩屑对修建大厦、道路和其他民生工作的建筑师也很重要。不同物理性质的表岩屑,可以作为各种不同严苛用途的建筑材料。

许多矿物沉积在表岩屑之中,例如矿砂、钙结层铀、红土型镍矿沉积和其他种类。在其他地方,了解表岩屑的性质,特别是地球化学的构造,对地球化学和地球物理,和在它之下的矿床的探测都至关重要[6][7]。表岩层也是包括沙、石渣、石灰和石膏等建筑材料的重要来源。

表岩屑也是蓄水层存在或消失发生的区域,许多蓄水层,例如冲积蓄水层,整个都存在于表岩屑之内;表岩屑的成分也会强烈的影响到水的性质是含盐或是酸化的物质。

在月球[编辑]

这张著名的图像是阿波罗11号为显示月球土壤细致和粉状的纹理而拍摄的。

几乎整个月球表面都覆盖著表岩屑,只有非常陡峭的火山口壁和偶尔有一些熔岩渠道上才会有基岩裸露出来。这些表岩屑是在过去的46亿年期间,经由大大小小的陨石、平稳的轰击表面的微陨石和太阳与行星际空间的带电粒子,撞击和分割表面的岩石。

微陨石的撞击,有时速度会超过60,000 mph(30 km/s),可以产生足够的热熔化或汽化部分的微尘。这种熔化和重新冷冻使微粒焊接成玻璃状、接合边缘胶合[8]

表岩屑在月海的厚度经常在4-5米,而在较老的高地区域厚度可以增加至10-15米[9]。在这些真实的表岩屑之下是经常是"巨大表岩屑",是被巨大的撞击创造的破碎的短而坚实的基岩。

月球土壤这个名词经常会被用来取代"月球表岩屑",但是传统上是指较细致的表岩屑,是直径在1公分以下的颗粒。有些人责难土壤这个字不适用于月球,因为土壤应该有有机的成分,但是月球上甚么都没有。然而,月球科学家都将这当成标准用法,都不理这个区别。"月球尘埃"通常是指比月球土壤还要细致的物质,在直径上通常都在30微米的比例最多。

月球表岩屑的物理和光学特性是经由太空风化的过程而改变的,表岩屑因而随著时间过去而变暗,导致陨石坑的辐射线逐渐黯淡而消失。

阿波罗登陆月计画的早期,康奈尔大学汤马斯·哥德总统科学谘询会议的部分成员提出表岩屑之上数层厚实的尘土能否支撑登月模组的重量,而模组是否会沉陷至尘埃之内。然而,也是康奈尔大学的约瑟夫·维佛卡(Joseph Veverka)指出哥德算错了叠加的尘土厚度[10],应该只有二三公分的厚度。的确,表岩屑经由阿波之前的测量员太空船机器人发现是相当牢固的,并且在阿波罗计画期间,太空人经常发现必须用锤子才能将工具置入矿样

在火星[编辑]

在NASA的火星登陆艇凤凰号太空船的下降喷嘴明显的清除了一些块状的土壤,暴露出下面的冰。
NASA的火星探测船精神号拍摄到的火星沙子和冰砾。

火星被广漠无垠的沙子与尘土覆盖著,并且它的表面只有少数杂乱的岩石和卵石,尘土偶尔会被扬起形成行星级的沙尘暴。火星的尘土非常细致,可以在大气中悬浮很长的时间,使火星的天空呈现红色。由于目前的火星大气密度极低,因此相信沙在风中的移动是缓慢的;在过去,渠道和河谷中流动的液态水可能造成火星的表岩屑。火星研究人员现在正在研究是否地下水挖掘塑造出火星目前的表岩屑,以及存在火星上的二氧化碳水合物扮演的角色。 相信大量的水和干冰被冻结在火星部分赤道地区的表岩屑内,以及在高纬度的表面。

在小行星[编辑]

会合-舒梅克号爱神星上250米高处拍摄的表面,这张影像涵盖的面积只有12米的直径。

小行星由于陨石体的撞击也会发展出表岩屑。会合-舒梅克号太空船最后从爱神星传回的最佳影像显示小行星也有表岩屑。最近,日本的隼鸟号任务也送回令人惊讶的小行星表岩屑影像,由于这颗小行星是如此的小,而被认为重力不足以发展和维系住表岩屑。

在泰坦[编辑]

卡西尼号太空船的雷达影像,呈现泰坦上一块长宽约为160 X 325公里(99 X 202英里)的沙丘。
惠更斯太空船从约85公分高的位置拍摄到泰坦表面的卵石。

已经知道泰坦有广泛的沙丘地形,但不知道是如何形成的,沙丘的起源和形成可能是小块的水冰在流动的甲烷中受到侵蚀,或是在泰坦的大气中形成颗粒状然后以落水的形式降落到表面。科学家起初将这种失落的冰冻物质称为‘表岩屑’,因为这种机制类似于其它天体上的表岩屑,虽然在传统(语源学)上这个语词只适用于矿物中的石英斜长石或岩石碎片等这种结构松散的矿物层。冰冻的松散的颗粒在地球上不会被当成表岩屑,因为在地球上它们是以降雪的形式落在表面上,这些颗粒只要少许的温度或压力变化就会融解和溶化。一个理想的冰-表岩屑要经历完整的侵蚀风成和/或沉积的过程,对泰坦而言,因为它的热力学环境,这些都是新近的过程。

惠更斯号探测船使用透度仪在降落的地点探索表岩屑的物理特质。表面本身的报告认为像黏土-‘’物质可能有一层薄薄的外壳,其下有著密度相对均匀的表岩屑"。后续的资料分析显示,一致性的读数可能是惠更斯号降落在一大堆的卵石中间所导致的,而对表面更佳的描述应该是冰冻颗粒组成的沙丘[11]。探测器著陆后的影像显示被卵石覆盖的平坦平原。这些卵石可能是冰冻的水,显示出有点圆形,可能暗示液体对它 们的作用[12]

相关条目[编辑]

外部链接[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Merrill, G. P. (1897) Rocks, rock-weathering and soils, New York: MacMillan Company, 411p.
  2. ^ C. Ollier & C. Pain 1996 Regolith, Soils and Landforms. Wiley, UK
  3. ^ G.M. Taylor & R.A. Eggleton 2001 Regolith Geology and Geomorphology: Nature and Process, Wiley, UK
  4. ^ K. Scott & C. Pain 2009 Regolith Science. CSIRO Publishing, Australia
  5. ^ C. Ollier 1992 Ancient Landforms. Belhaven.
  6. ^ L.K. Kauranne, R. Salminen, & K. Eriksson 1992 Regolith Exploration Geochemistry in Arctic and Temperate Terrains. Elsevier
  7. ^ C. R. M. Butt 1992 Regolith Exploration Geochemistry in Tropical and Subtropical Terrains. Elsevier
  8. ^ Mangels, John. Coping with a lunar dust-up. The Seattle Times. 2007-02-15 [2007-02-16]. (原始内容存档于2007-02-20). 
  9. ^ Heiken et al. (1991) Lunar Sourcebook, a user's guide to the Moon. New York: Cambridge University Press. 736p. ISBN 0-521-33444-6
  10. ^ Thomas Gold, Astrophysicist And Innovator, Is Dead at 84 - New York Times
  11. ^ Titan probe's pebble 'bash-down', BBC News, April 10, 2005.
  12. ^ New Images from the Huygens Probe: Shorelines and Channels, But an Apparently Dry Surface 互联网档案馆存档,存档日期2006-09-06., Emily Lakdawalla, 2005-01-15, verified 2005-03-28