核振荡与地球的构造运动

核振荡与地球的构造运动_地球生理

第三节　核振荡与地球的构造运动

地球在周围引力场的监护中在围绕着太阳公转的同时又自身进行着不停的旋转。如果不存在任何其他的力，地球应呈球形，它的表面也将是完全光滑的，但实际上它的“脸容”坑坑洼洼，堪称狰狞（图5．7）。

相差悬殊的地表现状说明，地质时代中的地壳构造活动很剧烈。构造运动是指由地球内力引起地壳乃至岩石圈的变位、变形以及洋底的增生、消亡的机械作用和相伴随的地震活动、岩浆活动和变质作用。它是塑造地表面貌的主要内营力，有关构造运动发生过程的内容、机理、条件和结果历来都受到地学工作者的关注。几个世纪以来，为了阐释构造运动，科学家们已提出了几十种的理论和假说。但迄今为止，其实还没有一个十分完整的地球科学理论。统观这众多的地学思想，我觉得它们大多存在着这样一种思弊，即缺乏或者是没能很好地体现系统性的思想，没能把地球的里里外外、上上下下作为一个统一的有机联系的整体来考虑。

通观目前各构造地质学派的理论和思想，结合本文所阐述的有关地球物质迁动、平衡效应及振荡效应的理论，对于地球的构造运动的作用机理，我有自己的一些独特见解，现表述如下：

图5．7　凹凸不平的地球表面

构造运动过程中必然会引起物质的迁动，这就是前文所提到的构造迁动。而物质迁动得以进行，必然和该区域的非平衡因素的积累、爆发以及邻近地胞、地组等结构单元的协同作用这两个互补的条件成因果关系。不管我们是把构造运动的原因理解为是局部的小涨落在叠加后被放大了，还是多种不平衡因子的协同作用。总之，没有一个空间“超荷”性态梯度的出现和地球自组织整体内的众多地胞行为的相互配合，这个构造运动的过程是无法实现的。特别是对于大陆漂移、海底扩张、高原隆起等等这样大规模的构造运动，必然是由于原来的平衡状态被打破了，为了趋于平衡状态，必须进行物质的迁动，进而以构造运动的形式表现出来。这也就是说，无论地球内何处发生何种形式的构造运动，它实质上都是为了消解自身的不平衡性或者适应领域地胞的性态梯度而进行的主动或被动的调整。这个过程的结果是产生了量值和形式各不尽相同的地球物质对空间的重新分配，消解了地球相对于原态（指该次构造运动发生之前）的一部分非平衡性，从而通过性态梯度的变更把地球内、外的旧作用场推到了一个新的平衡状态。

通过提出的地胞、地系、性态梯度等概念和结合地球内表现为质量迁动的平衡效应的分析，本文已得出结论：地球中无论何时、何处、何种程度、何种性质的宏观上的构造活动在微观世界里，其实都可以归结为地球内物质元的位置迁动和其在总体上形成的平衡效应；方式上可以分为结构体的粘接和裂解，原理上则可归为地理整体的“生理”性征。

而振荡效应又是平衡效应中有代表性的一种，那么用核振荡模解地球的构造运动在逻辑上是可行的，而且如前文所述：地球内核是特别不安静的，它与地球的质心不重合，OP处于分离的状态，振荡的地核会引起地球转速的变化，造成黄赤交角的变大或变小等等。因此就更有理由来充分说明构造运动的确与核振荡有着密切的关系。

在计算核振荡对地球转速作用量的那一节里，我曾在中间专门取了一个值r′₃＝6350km作为补偿作用发生的效果中心。类似的，同样按照这样一种效应关系出发，就可以继续做出如下一段的推论：

如果假定地壳中产生了大举的质量迁动（如发生常说的古陆分裂、大陆漂移）的话，那么，它肯定会在地球体内外产生可观的“生理”效应，而且这时地球内大量地胞的协同运动是这个过程得以完成的第一个必要条件。若通过借助振荡轴，把地壳和地核的变动跨域联接起来的话，那么地壳里发生的构造运动就可以“表征”为地球沿振荡轴上一定量的核振荡了，而且这时在理论效果上就已形成一对力偶极子，偶极子将产生一定量的附加力矩，从而可能影响到地球的运转参数，而地球运转参数的更动进而又会使惯性扰动等因素反馈进来，修正和制导构造活动的方向和范围——最后完成对某一种非平衡来说的平衡效应过程，使系统的发展又进入一个新的状态。

反过来，假设由于地核、地幔或地球外界的作用使得地核中发生了额外的振荡，但又因地球内的物质分布相对来说已够均匀且和质心O的距离近，所以其实绝大部分的平衡因子被地幔、地壳所承担。话说到此，读者就可以回想前面已分析过的不少平衡效应形式，比如刚从物质迁动上来说——离O的进行，就意味着这时地球壳幔中的地胞向振荡轴处产生一定量的缩拢，总效果上形成与离O量相当的平衡量（如图5．8），而且这时从效果上我们即可找出理论上的一个中心点R₁，若称振荡轴上这R₁为“缩拢中心”的话，那么有“在离O过程中，壳幔内的地胞会向缩拢中心发生迁动紧缩”这一结论。

图5．8　离O过程发生迁动紧缩

同样反过来，在归O过程中，就意味着这时地胞从振荡轴上的“散移中心”R₂向四面散移，如图5．9所示。

至于环O量，能容易推知的是它会直接地引起地球转速、转轴和进动特征最先发生变化，进而可见它会从更复杂的形式上完成其平衡效应的过程。要作出一个只表现其物质迁动特征的示意图的话，则有如图5．10所示的形式，即在其弧形轨迹与O点共定的平面上，使这一带的地胞有发生与它旋转方向相反的运动趋势。

图5．9　由O过程发生散迁

图5．10　环O过程发生反向旋转

虽然以上三种分量的讨论为着力简化后的理想分析，但从其中已能清楚地看出，平衡效应，特别是稍大级幅的振荡效应能使地球壳幔内产生幅度不同、形式各异的构造运动，其中既有水平运动量，也有垂直运动量，至于各占“份额”多少，这则又是由地球内各结构体各自的性态函数制导了。在这里也可以看出，构造运动中的水平分量和垂直分量可以互相转化和弥补，且在本质上都同为平衡效应所导生。

关于构造运动，显然是地球表层——岩石圈里的结构体所显示出的大举迁动，因人们往昔的观测研究多处于地壳参照系，所以常说的构造运动实质就是岩石圈内的地胞间发生差动运移的显现，物质对空间重新分配的结果。由于地壳相对于地幔来说，其厚度薄，密度也小，所以振荡效应中的大部分平衡量总是被大体积、大密度的地幔所完成。但又由于地壳和地幔是直接接触的关系，所以这时有相对运动的地幔组织就会拖带其上的地壳地胞一体化运移，也或者是因受惯性因素的作用，使得上面的地胞发生滑离变位——从而构成可观的构造运动。但不管哪种情况，都说明了地壳中大举的构造运动常是由地幔的构造运动所引生的。其实，板块理论中把岩石圈与地球深部在活动性上割裂开来对待，这本身在出发点上就轻视了地球作为一个统一整体这一本身不容轻视的问题。因此，从地球本身就是一个统一的整体看来，地壳、岩石圈的构造运动必然与地球深部——地核的活动性密不可分。地核的振荡效应使得地核外的地幔、地壳发生一定形式的物质迁动，从而发生构造运动。

……

到此为止，已算我对地球构造圈的活动原因很不完整地表达了自己的看法。回思板块构造和地质力学中的逻辑体系，我觉得通过地球生理理论，可以从地球本体上，为地质力学中的应力源提供一个可靠深入的支点。平衡效应不但能使地壳内直接发生一定应力方向上的构造运动，而且能通过振荡效应等形式使地球的运转参数发生变化。而地球运转参数的改变，就会从惯性扰动的形式上反馈回来，进而引起地壳以至地幔物质发生“加速”、“刹车”和“拐弯”等效应形式。联系到板块构造理论，我已提出了一种可能引起大陆漂移发生的新力源和新机制，其中推导出的“缩拢中心”（和散移中心）的存在，似为联合古陆的形成（和分裂）提供了有力的支持。

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15．大陆漂移学说

大陆漂移认为，大陆彼此相对地以每年数厘米的速率移动。1912年，阿尔弗雷德・魏格纳正式提出了大陆漂移学说，并在1915年发表的《海陆的起源》一书中作了论证。魏格纳根据拟合大陆的外形、古气候学、古生物学、地质学、古地极迁移等大量证据，提出中生代地球表面存在一个泛大陆（Pangea），泛大陆是由冈瓦纳大陆（南方各大陆加上印度）和劳亚大陆（北美和欧亚）组成的复合古大陆。这个超极大陆后来分裂，经过2亿多年的漂移形成现在的海洋和陆地，如图5．11所示。

图5．11　大陆漂移学说

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16．海底扩张学说

海底扩张是由于地幔对流，玄武岩浆由洋中脊涌出、冷却，形成新的洋壳，推动早期形成的洋壳向两侧移动，同时老的洋壳在海沟处俯冲并返回软流圈的洋壳物质循环过程。20世纪60年代，两位英国海洋地质学家H．H．赫斯（Harry Hess）和R．S．迪茨提出了“海底扩张”假说。通过测绘手段测出海底有条洋中脊，绵延约83683．6km，穿过世界上所有的海洋，海洋底部的“山脊”叫断裂谷，断裂谷里不断地冒出岩浆，岩浆冷却后，在大洋底部形成一条条蜿蜒起伏的新生海底山脉，这个过程就叫海底扩张，而这些新生的海底山脉则称为海岭。由于断裂谷里添了新岩石，断裂谷两边的岩石就逐渐远离了洋脊中央，如图5．12所示。所以，距离“山脉”越远的岩石就越古老。所以科学家们都说“古老的海洋，年轻的洋底”。海底扩张学说是大陆漂移学说的新形式，也是板块构造学说的重要理论支柱。

图5．12　海底扩张学说