物质迁动的影响因素

第二节　物质迁动的影响因素

对应于一个特定的时刻，地球中的“物质元”都有自己固定的位置，这即构成地球物质对空间分配的一个状态。而随着时间的推移，由于地球的活动，无论地球中哪个“物质元”，哪个地胞在地球中的位置、形状发生了变化，其结果都会构成地球内物质分配的一个新状态。这时也即可认为地球物质对空间的分配相对于前一个时刻已经发生了——“重新分配”。

可以认为，地球的生理活动主要是通过物质迁动的形式来体现的，要分析影响地球进行生理活动的因素首先就要分析地球物质迁动的影响因素。

地球上不同物质的运动都有其独特的动力学机制，想要考察了解引起物质“重新分配”的因素，可想而知，只要是作用于地球物质的，都或大或小会引起地球物质的“重新分配”现象，都在我们所要分析的因素之列。概括地说，这些因素有地球外部的和地球内部的。地球外部的因素有月球、太阳、行星甚至银河系等，地球内部的因素主要有重力场、自转、温度、压力等。

为了能够条理化地了解引起地球物质发生重新分配的因素，我们可以抽其主要部分来归类如下：

一、热力迁动

地球组织体内无时无刻不在进行着热量的集结和散移，火山喷发、温泉和矿井随深度而增温等现象表明：地球内部储存有很大的热能，可以说地球是一个巨大的载热体，由地表至地球的深处温度越来越高。

科学家们目前认为地球的内部热源有三种：第一是放射性元素生热，主要是由放射性元素衰变时产生的热能，铀、钾、钍三种元素衰变时所释放出的巨大能量，构成了地球内部的主要热源之一。该三种元素在地球分异演化过程中，集中于地壳及上地幔顶部，以大陆地壳上部的酸性岩浆岩最为富集。据粗略统计，在0～100km的深度范围内，放射性热源占生热总量的50%。第二种是重力热，在地球的形成初期，地球的温度较低，也没有分层结构，后来由于陨石物质的撞击、放射性衰变等使得地球的热量增加，温度升高，出现了在近熔融状态下，以重力为主导的分异过程，靠近地球表面的较重的物质逐渐下沉，地球内部较轻的物质逐渐上升。其中部分热能作为辐射能又从地表向外空间散失，另一部分热能使地球加热。这就是由于地球热量的变化导致的地球内物质的重新分配。第三种就是太阳辐射热能，太阳辐射能是地球表面最主要的能源，也是地表水和大气运动的主要动力。它能使地球表面发生风化、剥蚀而改变原来的面貌，造成地球的物质质量对空间的重新分配。此外，还有地球形成时的原始热量、潮汐摩擦热和化学反应释放热等等。这些都为地球改变其面貌提供能量来源。

而地球内部热量的聚积和释放最常见的表现形式是岩浆活动。当地球内部的热能累积到一定程度时，就会变为灼热的岩浆产生巨大的压力，它冲破地壳薄层喷出地表，形成火山喷发。而岩浆冷凝成岩石，就造成了对周围岩石的侵入。大部分的火山物质在火山口周围堆积形成火山锥，如长白山天池；而在大洋底部喷出的火山物质堆积露出海面，形成火山岛，如夏威夷群岛。不管是岩浆喷发还是侵入，都能够使地球内部积聚的部分热量得到释放，从而形成新的平衡。岩浆作用可以给人类带来灾害，也可留下美丽壮观的火山景观，形成与岩浆、热液有关的矿产资源。图3．1为一些经典的火山喷发的照片。

2010年2月，哥斯达黎加境内的阿雷纳火山突然喷发。阿雷纳火山是世界上最活跃的火山之一。（图片提供：Law rence Smith，My Shot）

美国夏威夷火山国家公园的岩浆正流入太平洋。（图片提供：Stephen A lvarez，National Geographic）

图3．1　火山活动

这些传输热的“物质元”由于热力的作用而发生位置的变迁，形成了热力迁动。热力迁动可以说是地球内物质发生对空间的重新分配的一个最主要的因素，它存在于地球的整个历史时期，接受着地球内部和地球外部的热量变化的影响，对地球内部和地表面的物质迁动都产生了无可比拟的作用。从微观的尺度上看，“热力迁动”的形式有两种：一种是通过膨胀和收缩过程而进行的“保守”形式，这种“保守”形式主要表现为通过变形和蠕动来达到“热力迁动”。另一种是通过热液、热气的迁移而进行的“开放”形式。

二、构造迁动

构造迁动是指由构造运动引起的地球物质在空间上的分配情况的变化。这种构造运动能引起地球结构改变和地壳物质变位，是岩石圈中的一切地质活动的原因，例如，海侵、海退、隆起和凹陷等。根据运动方向可分为水平运动和垂直运动两种基本形式。水平运动主要是由地球水平方向作用力引起的，表现为地壳岩层的水平移动，沿着大地水准球面切线方向进行的运动，岩层在水平方向遭受挤压力或张力，形成巨大而强烈的褶皱和断裂构造。人们将水平运动又称为造山运动（图3．2）。而地壳物质沿着地球半径方向缓慢的升降运动称为垂直运动，通常表现为大规模的隆起和相邻区的凹陷，引起地势起伏或海陆变迁。人们也称垂直运动为造陆运动。构造运动还可诱发岩浆活动、变质作用、地震等内动力地质作用，可导致陆壳和洋壳的增生和消亡、海陆轮廓的变迁。显而易见，这种构造活动必然引起地球物质的质量迁动，造成物质的重新分配，所以就把这类由于构造运动所导致的质量迁动归结为“构造迁动”。构造运动是持续不断的，存在于整个地球的历史时期，运动是绝对的，静止是相对的。而且构造运动具有旋回性，运动的速度时快时慢，平静期与急变期交替进行，因此，这也造成了地球的物质迁动是始终存在的，并且不断发展变化的，也具有一定的周期旋回性。

图3．2　岩层的水平运动（褶皱、断层）

三、惯性迁动

惯性是一个物体保持原有的运动状态的一种能力，它是物体的固有属性，而且物体的惯性只与物体的质量有关。物质实体的惯性不同决定了各自不同的动力学特性。质量大的物体惯性大，保持原有运动状态的能力强；反之，质量小的物体保持原有运动状态的能力弱。换一个思路，也可以由牛顿第二定律看出：同样大小的物体在受到同样大小的力F时，密度大的物质产生的加速度a小，密度小的物质产生的加速度a大。这也说明了由于惯性的不同，使得它们在受到相同的外力时，它们的运动状态的改变程度是不一样的，从而彼此间有可能发生相对运动，进而引起物质对空间的重新分配。这种由于惯性的不一样而导致的地球物质的质量发生重新分配，称为“惯性迁动”。其实，也可以通过惯性迁动来解释地球的“重力分异”作用过程，在地球演化的整个过程中，由于惯性的不同，使得在同样的热力的作用下，密度小的物质惯性小，产生的加速度大，逐渐地从地球的内部上升到地表，而密度大的物质下沉到地球深部，最终地球内部物质的密度由外向内依次增大，排列成许多同心圆层。因此，惯性迁动也是影响物质迁动的一个重要的因素，对地球物质质量的重新分配产生重要的影响。

四、振荡迁动

前面，我们已经初步探讨的振荡有两种形式：轨道振荡和核振荡。对于核振荡，不言而喻，本身就是一种质量迁动的过程；而对于轨道振荡，它可以直接通过引力场的变化以及诱导地球的核振荡，从而达到造成地球内物质发生迁动的作用过程。因此，把这两类由于振荡所引起的地球内部发生质量的重新分配的作用称为“振荡迁动”。

上面所讨论的这几种都是来自于地球内部的作用力：热能、构造运动、物质惯性、重力能以及地球旋转能等。这种由地球内部的作用力所引起的地球物质发生空间的重新分配，称为内生迁动。

五、外生迁动

地球不是孤独地存在于宇宙空间的，它要不断地受到宇宙因素的作用和影响。因此把这种来自于地球以外的环境变化的作用称为外生作用、外生营力。在这些外生作用中，太阳的影响是最重要的，太阳辐射是推动大气、海洋和生命活动的主要能源。全球环境变化主要取决于抵达地球表面的太阳辐射量的变化，而引起太阳辐射量变化的原因主要有：太阳活动引起的太阳本身辐射的变化和地球轨道运动状态的改变引起地球上不同纬度带、不同季节或不同半球接受太阳辐射的日照射率发生变化。由太阳辐射的变化而形成的外生营力所引起的质量迁动主要体现在沉积作用上，即由风化、侵蚀、搬运、堆积所构成的完整的沉积过程，这种作用能够削高填低，使得地球表面的形态趋于均一化。此外，月球对地球的引力变化使得地球出现了早晚各一次的潮汐作用；宇宙中的陨石、彗星等撞击地球产生的陨击力等等。因此，把这种来自太阳及宇宙中的其他星体对地球的作用所引起的地球内部物质质量的迁动都统称为“外生迁动”。显然，外生迁动也是无时无刻不存在的，也是影响地球物质迁动的不可忽视的重要影响。

综观这五类迁动因素，它们造成地球内物质质量的迁动，引起地球物质发生对空间的重新分配，但是实际上这五类因素并没有明显的分界线，它们往往是以一定的组合和因果传递的方式共同作用于地球的。地球热动力和重力均衡等基本动力作用的基础上，迭加某些来自大气、海洋、固体地球自身的火山、地震、岩浆涌动，以及种种天文动力因素（潮汐力、陨击力、太阳活动）的联合作用，这将随着研究问题的尺度变化，筛选分析不同动力作用因子的组合，形成一个开放性的地球动力作用系统，以使地球整体变动过程问题不断深化，形成连锁性的物质迁动。

物质迁动的进行，造成了质量对空间的重新分配，这正如人体一样，在各种外在因素和内在生理机能的共同作用下，人才能感觉到自己是活着的，才能进行各种各样的生理活动。我们的地球也是通过这些质量迁动因素的不同组合，进行自己的“生理”活动，我们才能看到今天这么勃勃生机的美丽地球。