大地構(gòu)造學(xué)-第5章-地球動力學(xué)理論

1、地球動力學(xué)理論地球動力學(xué)理論地球隆起說地球隆起說 巖漿侵入沉積巖中和火山活動的壯觀景象，巖漿侵入沉積巖中和火山活動的壯觀景象，給隆起說學(xué)者以深刻啟發(fā)。他們推論地殼的給隆起說學(xué)者以深刻啟發(fā)。他們推論地殼的各種地質(zhì)現(xiàn)象都是由地下熱能在上升過程中各種地質(zhì)現(xiàn)象都是由地下熱能在上升過程中造成的。從而認(rèn)為地殼運(yùn)動中起主導(dǎo)作用的造成的。從而認(rèn)為地殼運(yùn)動中起主導(dǎo)作用的是垂直方向的上升運(yùn)動，隆起的原因在于熔是垂直方向的上升運(yùn)動，隆起的原因在于熔融巖漿的上升。巖漿向上侵入巖層，還會派融巖漿的上升。巖漿向上侵入巖層，還會派生出斜壓力或水平側(cè)壓力，導(dǎo)致巖層褶皺變生出斜壓力或水平側(cè)壓力，導(dǎo)致巖層褶皺變形并圍繞隆起中心向

2、四周推擠。形并圍繞隆起中心向四周推擠。地球隆起說地球隆起說地球收縮說地球收縮說該學(xué)說認(rèn)為地球最初是由熾熱氣體組成的，在其發(fā)展該學(xué)說認(rèn)為地球最初是由熾熱氣體組成的，在其發(fā)展的早期，從外向內(nèi)逐步冷縮而變成熔融狀態(tài)，進(jìn)一步的的早期，從外向內(nèi)逐步冷縮而變成熔融狀態(tài)，進(jìn)一步的冷卻，分異為一個(gè)鐵質(zhì)的核部和一個(gè)基本上是硅質(zhì)的幔冷卻，分異為一個(gè)鐵質(zhì)的核部和一個(gè)基本上是硅質(zhì)的幔部，幔部從液態(tài)鐵核處的基底向外凝固，通過傳導(dǎo)逐漸部，幔部從液態(tài)鐵核處的基底向外凝固，通過傳導(dǎo)逐漸變冷，地表變冷，地表700km以下范圍內(nèi)，從地球開始凝固以來還以下范圍內(nèi)，從地球開始凝固以來還沒有來得及發(fā)生任何顯著的冷卻或體積變化；沒有來得

3、及發(fā)生任何顯著的冷卻或體積變化； 700km-70km范圍內(nèi)，冷卻使這一范圍內(nèi)的物質(zhì)收縮；范圍內(nèi)，冷卻使這一范圍內(nèi)的物質(zhì)收縮；0-70km范圍內(nèi)，巖石早已冷卻，靠太陽輻射維持熱平衡。范圍內(nèi)，巖石早已冷卻，靠太陽輻射維持熱平衡。也就是說也就是說70km以下的熔融物質(zhì)冷卻收縮，以上的地殼以下的熔融物質(zhì)冷卻收縮，以上的地殼為了保持平衡而擠壓成褶皺山系，與蘋果失水干縮原理為了保持平衡而擠壓成褶皺山系，與蘋果失水干縮原理類似。類似。地球收縮說地球收縮說地球收縮說無法解釋板塊運(yùn)動與大陸位地球收縮說無法解釋板塊運(yùn)動與大陸位移，不能解釋構(gòu)造運(yùn)動的成因，而且該學(xué)移，不能解釋構(gòu)造運(yùn)動的成因，而且該學(xué)說認(rèn)為全球的應(yīng)

4、力場是相同的，這與實(shí)際說認(rèn)為全球的應(yīng)力場是相同的，這與實(shí)際事實(shí)不符。事實(shí)不符。地球收縮說地球收縮說地球膨脹說地球膨脹說地球膨脹說地球膨脹說地球膨脹的機(jī)制：地球膨脹的機(jī)制：熱效應(yīng)；熱效應(yīng)；地球內(nèi)部地球內(nèi)部物質(zhì)的化學(xué)變化或相變；物質(zhì)的化學(xué)變化或相變；萬有引力常數(shù)萬有引力常數(shù)的緩慢減小。的緩慢減小。地球膨脹說優(yōu)勢是可以解釋?shí)u弧和海溝的地球膨脹說優(yōu)勢是可以解釋?shí)u弧和海溝的形成以及海洋造山運(yùn)動。形成以及海洋造山運(yùn)動。地球膨脹說地球膨脹說地球膨脹說認(rèn)為地球的引力常數(shù)減小的速率為地球膨脹說認(rèn)為地球的引力常數(shù)減小的速率為510-11/a，地球膨脹速率約為，地球膨脹速率約為0.025mm/a，即地球，即地球半徑

5、半徑40億年間共膨脹了大約億年間共膨脹了大約100km，體積增大了，體積增大了1.18，而地球形成初期半徑只有現(xiàn)在的，而地球形成初期半徑只有現(xiàn)在的50。地球膨脹說的難題是解釋地球膨脹所引起的巨大密地球膨脹說的難題是解釋地球膨脹所引起的巨大密度變化，按照地球的直徑增加了度變化，按照地球的直徑增加了2倍來算，體積增加倍來算，體積增加了了8倍，密度就減小了倍，密度就減小了8倍，現(xiàn)在地球的平均密度為倍，現(xiàn)在地球的平均密度為5.5g/cm3，那么地球開始膨脹前的平均密度應(yīng)達(dá)到，那么地球開始膨脹前的平均密度應(yīng)達(dá)到44g/cm3 ，這樣大的密度變化帶來的結(jié)果是，地球，這樣大的密度變化帶來的結(jié)果是，地球開始膨

6、脹前的地表重力加速度是現(xiàn)今值的開始膨脹前的地表重力加速度是現(xiàn)今值的4倍，這是倍，這是不符合地質(zhì)事實(shí)的。不符合地質(zhì)事實(shí)的。地球脈動說地球脈動說地球自轉(zhuǎn)說地球自轉(zhuǎn)說地球上朝東定向的構(gòu)造現(xiàn)象：地球上朝東定向的構(gòu)造現(xiàn)象：火山弧和弧后盆地集中火山弧和弧后盆地集中在西太平洋，弧形指向東方；在西太平洋，弧形指向東方；位于加勒比海和斯科舍位于加勒比海和斯科舍海邊緣的火山弧都有弧后盆地，是另外兩個(gè)凸面朝東的海邊緣的火山弧都有弧后盆地，是另外兩個(gè)凸面朝東的火山弧；火山?。淮箨憙?nèi)的火山弧沿太平洋東緣分布，并且有大陸內(nèi)的火山弧沿太平洋東緣分布，并且有關(guān)的深海溝緊貼大陸；關(guān)的深海溝緊貼大陸；許多褶皺帶中的許多褶皺帶中的

7、SN方向的火方向的火山深成巖帶，隨著時(shí)間向東遷移；山深成巖帶，隨著時(shí)間向東遷移；走向走向NW一一SE，SWNE，WE的火山深成巖帶的尖端部分也隨時(shí)間的火山深成巖帶的尖端部分也隨時(shí)間向東遷移；向東遷移；SN向褶皺帶內(nèi)的區(qū)域構(gòu)造作用隨時(shí)間向向褶皺帶內(nèi)的區(qū)域構(gòu)造作用隨時(shí)間向東遷移；東遷移；SN向盆地的沉積中心隨時(shí)間向東遷移。向盆地的沉積中心隨時(shí)間向東遷移。地球自轉(zhuǎn)說地球自轉(zhuǎn)說這些現(xiàn)象用地球自轉(zhuǎn)的動力作用最容易解這些現(xiàn)象用地球自轉(zhuǎn)的動力作用最容易解釋，如凸面朝東的島弧釋，如凸面朝東的島弧海溝系，從地球海溝系，從地球自轉(zhuǎn)角度可以提出下述解釋：自轉(zhuǎn)角度可以提出下述解釋：在大陸塊體在大陸塊體向西運(yùn)動過程中，

8、后緣地帶普遍處于拉張向西運(yùn)動過程中，后緣地帶普遍處于拉張狀態(tài)，導(dǎo)致其與大陸分離，并相對大陸而狀態(tài)，導(dǎo)致其與大陸分離，并相對大陸而言表現(xiàn)為落后的運(yùn)動狀態(tài)而形成向東的突言表現(xiàn)為落后的運(yùn)動狀態(tài)而形成向東的突出的弧形。出的弧形。白箭頭：地幔流向東運(yùn)動；黑箭頭：各大板塊向西運(yùn)動；白箭頭：地幔流向東運(yùn)動；黑箭頭：各大板塊向西運(yùn)動；地球自轉(zhuǎn)說地球自轉(zhuǎn)說地球自轉(zhuǎn)說可以解釋地塊的有限水平位移，地球自轉(zhuǎn)說可以解釋地塊的有限水平位移，其致命弱點(diǎn)在于沒有定量計(jì)算這種自轉(zhuǎn)速度其致命弱點(diǎn)在于沒有定量計(jì)算這種自轉(zhuǎn)速度的變化到底能夠在地殼內(nèi)引起多大的構(gòu)造應(yīng)的變化到底能夠在地殼內(nèi)引起多大的構(gòu)造應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果顯示，地球自轉(zhuǎn)速度變

9、化而引力。計(jì)算結(jié)果顯示，地球自轉(zhuǎn)速度變化而引起的構(gòu)造應(yīng)力值為幾個(gè)起的構(gòu)造應(yīng)力值為幾個(gè)Pa，不到大氣壓力的，不到大氣壓力的萬分之一，而實(shí)測出來的地殼構(gòu)造應(yīng)力值卻萬分之一，而實(shí)測出來的地殼構(gòu)造應(yīng)力值卻都在幾十到上百都在幾十到上百GPa，這樣小的應(yīng)力也許能，這樣小的應(yīng)力也許能使一些共軛剪切節(jié)理發(fā)生重新活動或者在特使一些共軛剪切節(jié)理發(fā)生重新活動或者在特定條件下誘發(fā)地震，但不可能引起大規(guī)模固定條件下誘發(fā)地震，但不可能引起大規(guī)模固體巖石圈變形。體巖石圈變形。重力分異說重力分異說重力分異說認(rèn)為地球最初是冷的固態(tài)的，在重力分異說認(rèn)為地球最初是冷的固態(tài)的，在放射性熱的作用下，地殼下層物質(zhì)熔化而引放射性熱的作用下

10、，地殼下層物質(zhì)熔化而引起重力分異作用，輕的物質(zhì)上升，重的物質(zhì)起重力分異作用，輕的物質(zhì)上升，重的物質(zhì)下沉形成垂直流，引起地殼的垂直運(yùn)動。不下沉形成垂直流，引起地殼的垂直運(yùn)動。不同深度的壓力和溫度條件不同，熔化和分異同深度的壓力和溫度條件不同，熔化和分異作用的發(fā)展是多層的，主要有淺層和深層兩作用的發(fā)展是多層的，主要有淺層和深層兩層：淺層的分異作用較強(qiáng)較快；深層的分異層：淺層的分異作用較強(qiáng)較快；深層的分異作用較為緩慢。作用較為緩慢。重力分異說重力分異說重力作用可以影響一切構(gòu)造變重力作用可以影響一切構(gòu)造變形，在巖石圈形，在巖石圈-軟流圈中由各種軟流圈中由各種因素引起重力失穩(wěn)的動力系統(tǒng)中，因素引起重力失

11、穩(wěn)的動力系統(tǒng)中，會有足夠的勢能驅(qū)動全球板塊的會有足夠的勢能驅(qū)動全球板塊的水平運(yùn)動。水平運(yùn)動。重力分異說重力分異說重力分異說把地球的垂直運(yùn)動與水平運(yùn)動聯(lián)重力分異說把地球的垂直運(yùn)動與水平運(yùn)動聯(lián)系在一起，并能解釋局部的水平位移和構(gòu)造系在一起，并能解釋局部的水平位移和構(gòu)造形變，但把地表大規(guī)模的水平運(yùn)動都用巖石形變，但把地表大規(guī)模的水平運(yùn)動都用巖石圈圈-軟流圈的重力失穩(wěn)來派生卻很困難，因軟流圈的重力失穩(wěn)來派生卻很困難，因?yàn)榈乇淼乃轿灰屏窟h(yuǎn)遠(yuǎn)地大于垂直位移量。為地表的水平位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于垂直位移量。就地殼運(yùn)動而言，重力雖然無處不在，但它就地殼運(yùn)動而言，重力雖然無處不在，但它往往不是構(gòu)造作用的起始原因，而

12、是某種構(gòu)往往不是構(gòu)造作用的起始原因，而是某種構(gòu)造作用破壞了地殼或巖石圈的均衡狀態(tài)，均造作用破壞了地殼或巖石圈的均衡狀態(tài)，均衡恢復(fù)才導(dǎo)致隨后的隆起或沉降。衡恢復(fù)才導(dǎo)致隨后的隆起或沉降。地幔對流說地幔對流說地幔對流是板塊運(yùn)動的第一個(gè)動力學(xué)機(jī)制，地幔對流是板塊運(yùn)動的第一個(gè)動力學(xué)機(jī)制，認(rèn)為巖石圈板塊的運(yùn)動完全取決于深部地幔認(rèn)為巖石圈板塊的運(yùn)動完全取決于深部地幔的對流。板塊被冷的、重的、向下運(yùn)動的地的對流。板塊被冷的、重的、向下運(yùn)動的地幔所帶動而產(chǎn)生俯沖作用，在熱的、向上運(yùn)幔所帶動而產(chǎn)生俯沖作用，在熱的、向上運(yùn)動的地幔影響下造成洋底板塊擴(kuò)張，上部地動的地幔影響下造成洋底板塊擴(kuò)張，上部地幔的水平運(yùn)動帶動了

13、板塊的水平運(yùn)移。幔的水平運(yùn)動帶動了板塊的水平運(yùn)移。地 幔地 幔對 流對 流原 理原 理地幔對流說地幔對流說地幔對流說地幔對流說夏威夷火山鏈被認(rèn)為是熱地幔向上運(yùn)動、局夏威夷火山鏈被認(rèn)為是熱地幔向上運(yùn)動、局部熔融在地表的表現(xiàn)，后來稱之為部熔融在地表的表現(xiàn)，后來稱之為熱點(diǎn)。熱點(diǎn)。對對于夏威夷火山鏈的火山巖年齡，從西向東逐于夏威夷火山鏈的火山巖年齡，從西向東逐漸變新的現(xiàn)象，被解釋為地表附近的板塊在漸變新的現(xiàn)象，被解釋為地表附近的板塊在向西運(yùn)移，而代表地幔熱活動中心的熱點(diǎn)則向西運(yùn)移，而代表地幔熱活動中心的熱點(diǎn)則是其參照系，基本不動。火山鏈就是巖石圈是其參照系，基本不動?；鹕芥溇褪菐r石圈相對于熱點(diǎn)運(yùn)動的軌

14、跡。相對于熱點(diǎn)運(yùn)動的軌跡。地幔對流說地幔對流說熱點(diǎn)深部地幔運(yùn)動速度很小，幾乎靜止，巖熱點(diǎn)深部地幔運(yùn)動速度很小，幾乎靜止，巖石圈板塊則可以每年運(yùn)移幾到十幾厘米。這石圈板塊則可以每年運(yùn)移幾到十幾厘米。這樣就出現(xiàn)一個(gè)問題，樣就出現(xiàn)一個(gè)問題，運(yùn)動速度很小的地幔如運(yùn)動速度很小的地幔如何能帶動速度較快的板塊移動呢？何能帶動速度較快的板塊移動呢？這就成了這就成了地幔對流說的致命軟肋。地幔對流說的致命軟肋。涌流構(gòu)造說涌流構(gòu)造說地表構(gòu)造包括板塊構(gòu)造不能解釋的一些構(gòu)造地表構(gòu)造包括板塊構(gòu)造不能解釋的一些構(gòu)造現(xiàn)象，可用軟流圈的涌動來解釋。軟流圈涌現(xiàn)象，可用軟流圈的涌動來解釋。軟流圈涌動的驅(qū)動機(jī)制是地球收縮引起的巖石圈

15、塌陷，動的驅(qū)動機(jī)制是地球收縮引起的巖石圈塌陷，當(dāng)冷卻凝固的巖石圈塊段塌陷到軟流圈中時(shí)，當(dāng)冷卻凝固的巖石圈塊段塌陷到軟流圈中時(shí)，部分巖漿按重力法則上涌，一直達(dá)到巖漿密部分巖漿按重力法則上涌，一直達(dá)到巖漿密度與周圍巖石密度基本平衡的位置上才會穩(wěn)度與周圍巖石密度基本平衡的位置上才會穩(wěn)定下來。這一過程像巨型液壓機(jī)一樣，遵循定下來。這一過程像巨型液壓機(jī)一樣，遵循帕斯卡定律，能將所受壓力通過巖漿的涌動帕斯卡定律，能將所受壓力通過巖漿的涌動傳遞到各個(gè)方向，強(qiáng)的巖漿涌動對構(gòu)造運(yùn)動傳遞到各個(gè)方向，強(qiáng)的巖漿涌動對構(gòu)造運(yùn)動起決定作用。起決定作用。涌流構(gòu)造說涌流構(gòu)造說涌流通道可分為洋盆涌流通道、大陸邊緣涌涌流通道可分

16、為洋盆涌流通道、大陸邊緣涌流通道和大陸涌流通道三大類。大洋中脊及流通道和大陸涌流通道三大類。大洋中脊及其主要分支下的通道，是洋盆涌流通道中的其主要分支下的通道，是洋盆涌流通道中的主干通道，其長度可達(dá)幾千主干通道，其長度可達(dá)幾千km，寬度可以，寬度可以從從1000 km到大于到大于3000 km。這些通道可為構(gòu)。這些通道可為構(gòu)造運(yùn)動提供淺層作用機(jī)制，它們的存在可以造運(yùn)動提供淺層作用機(jī)制，它們的存在可以用全球地?zé)釄D來證實(shí)。用全球地?zé)釄D來證實(shí)。涌流構(gòu)造說涌流構(gòu)造說涌流構(gòu)造的觸發(fā)機(jī)制是地球收縮引起的巖石涌流構(gòu)造的觸發(fā)機(jī)制是地球收縮引起的巖石圈塌陷，但地球收縮引起巖石圈塌陷的可能圈塌陷，但地球收縮引起巖

17、石圈塌陷的可能性和強(qiáng)度以及地球收縮與地質(zhì)旋回的相關(guān)性性和強(qiáng)度以及地球收縮與地質(zhì)旋回的相關(guān)性等還不夠完善。等還不夠完善。層塊構(gòu)造熱涌說層塊構(gòu)造熱涌說層塊構(gòu)造熱涌說認(rèn)為，在熱涌過程中，被動層塊構(gòu)造熱涌說認(rèn)為，在熱涌過程中，被動的涌流物質(zhì)也表現(xiàn)為一種構(gòu)造熱動力作用；的涌流物質(zhì)也表現(xiàn)為一種構(gòu)造熱動力作用；熱作用和熱涌運(yùn)動的發(fā)源地是軟流圈，軟流熱作用和熱涌運(yùn)動的發(fā)源地是軟流圈，軟流圈中熱物質(zhì)的小對流、平流和涌動受上地幔圈中熱物質(zhì)的小對流、平流和涌動受上地幔層塊構(gòu)造變動的導(dǎo)引和驅(qū)動，軟流圈物質(zhì)的層塊構(gòu)造變動的導(dǎo)引和驅(qū)動，軟流圈物質(zhì)的運(yùn)動又驅(qū)動和控制著巖石圈層塊的運(yùn)動；熱運(yùn)動又驅(qū)動和控制著巖石圈層塊的運(yùn)動；

18、熱涌是幕式的，或者軟流圈是時(shí)空上幕式變化涌是幕式的，或者軟流圈是時(shí)空上幕式變化的動態(tài)系統(tǒng)，這是由軟流圈周期性的熱聚集的動態(tài)系統(tǒng)，這是由軟流圈周期性的熱聚集和熱釋放決定的，或者是受其它周期性動力和熱釋放決定的，或者是受其它周期性動力因素的調(diào)制。因素的調(diào)制。上地幔內(nèi)部強(qiáng)硬層的張開而造成的暫態(tài)低壓通上地幔內(nèi)部強(qiáng)硬層的張開而造成的暫態(tài)低壓通道，將產(chǎn)生對地幔物質(zhì)強(qiáng)烈的導(dǎo)引和控制作用，道，將產(chǎn)生對地幔物質(zhì)強(qiáng)烈的導(dǎo)引和控制作用，即高圍壓中的局部瞬態(tài)負(fù)壓腔效應(yīng)將驅(qū)使幔內(nèi)軟即高圍壓中的局部瞬態(tài)負(fù)壓腔效應(yīng)將驅(qū)使幔內(nèi)軟流物質(zhì)呈被動的涌入，并溝通上下的軟流圈和殼流物質(zhì)呈被動的涌入，并溝通上下的軟流圈和殼內(nèi)軟層；幔內(nèi)軟

19、流物質(zhì)涌動流的路徑可能是復(fù)雜內(nèi)軟層；幔內(nèi)軟流物質(zhì)涌動流的路徑可能是復(fù)雜的，但主要是受上地幔內(nèi)分層結(jié)構(gòu)和強(qiáng)硬層的破的，但主要是受上地幔內(nèi)分層結(jié)構(gòu)和強(qiáng)硬層的破裂格局所控制；幔內(nèi)軟流物質(zhì)幕式化涌動和涌出裂格局所控制；幔內(nèi)軟流物質(zhì)幕式化涌動和涌出地表，造成洋底的被動開裂和海底火山噴發(fā)；大地表，造成洋底的被動開裂和海底火山噴發(fā)；大陸巖石圈更薄的分層結(jié)構(gòu)和更窄的破裂通道導(dǎo)引陸巖石圈更薄的分層結(jié)構(gòu)和更窄的破裂通道導(dǎo)引幔內(nèi)軟流物質(zhì)的涌入和噴發(fā)，表現(xiàn)出更為復(fù)雜的幔內(nèi)軟流物質(zhì)的涌入和噴發(fā)，表現(xiàn)出更為復(fù)雜的大陸地區(qū)火山活動。大陸地區(qū)火山活動。層塊構(gòu)造熱涌說層塊構(gòu)造熱涌說地幔柱：地幔柱：是指地幔深處甚至核是指地幔深處

20、甚至核-幔邊界上產(chǎn)幔邊界上產(chǎn)生的圓柱狀上升的熱物質(zhì)流，它攜帶地幔物生的圓柱狀上升的熱物質(zhì)流，它攜帶地幔物質(zhì)和熱能直至地幔上層，并在巖石圈和軟流質(zhì)和熱能直至地幔上層，并在巖石圈和軟流圈分界處四散外流，激起軟流圈的水平運(yùn)動，圈分界處四散外流，激起軟流圈的水平運(yùn)動，可以解釋板塊運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制?？梢越忉尠鍓K運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱提出：地幔柱提出：太平洋中的夏威夷海嶺和天皇海嶺，是太平洋中的夏威夷海嶺和天皇海嶺，是由成線狀展布的一系列火山錐構(gòu)成的火山鏈，從夏威由成線狀展布的一系列火山錐構(gòu)成的火山鏈，從夏威夷島沿島鏈向西北，隨著距離的增加火山巖的年齡依夷島沿島鏈向西北，隨著距離的增

21、加火山巖的年齡依次增加，在夏威夷海嶺與天皇海嶺的轉(zhuǎn)折處，火山年次增加，在夏威夷海嶺與天皇海嶺的轉(zhuǎn)折處，火山年齡約齡約4000萬年。天皇海嶺呈萬年。天皇海嶺呈NNW走向伸向堪察加半走向伸向堪察加半島東側(cè)，北端的明治海山的年齡則達(dá)島東側(cè)，北端的明治海山的年齡則達(dá)7000萬年。一般萬年。一般認(rèn)為，隨著巖石圈板塊經(jīng)過熱點(diǎn)的不停運(yùn)動，先形成認(rèn)為，隨著巖石圈板塊經(jīng)過熱點(diǎn)的不停運(yùn)動，先形成的火山從熱點(diǎn)處移開并逐漸熄滅成為死火山，新的火的火山從熱點(diǎn)處移開并逐漸熄滅成為死火山，新的火山又在熱點(diǎn)上方形成，結(jié)果就形成了一串年齡定向分山又在熱點(diǎn)上方形成，結(jié)果就形成了一串年齡定向分布的線狀火山鏈?；鹕芥湹淖呦颍瑢?shí)際上記

22、錄了太平布的線狀火山鏈?；鹕芥湹淖呦颍瑢?shí)際上記錄了太平洋板塊的運(yùn)動方向，即在洋板塊的運(yùn)動方向，即在4000萬年前為萬年前為NNW向運(yùn)動，向運(yùn)動，最晚在最晚在2600萬年以后轉(zhuǎn)變?yōu)槿f年以后轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向運(yùn)動。向運(yùn)動。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱熱點(diǎn)和地幔柱的特征：熱點(diǎn)和地幔柱的特征：熱點(diǎn)底下有一個(gè)狹熱點(diǎn)底下有一個(gè)狹窄窄(150200 km寬寬)的中心熱柱，它由溫度異的中心熱柱，它由溫度異常高的地幔物質(zhì)組成；常高的地幔物質(zhì)組成；上涌地幔流在板塊上涌地幔流在板塊下散開，形成一蘑菇狀頭部，其溫度比正常下散開，形成一蘑菇狀頭部，其溫度比正常溫度高溫度高100200 ；蘑菇狀柱頭的直徑為蘑菇狀柱頭的直徑為10

23、002000 km；地幔柱引起的巖石圈上地幔柱引起的巖石圈上隆幅度可達(dá)隆幅度可達(dá)10002000 m。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱流體力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)生于地幔中的低粘度地流體力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)生于地幔中的低粘度地幔柱，好像是一個(gè)連著輸液管的上升的球形囊，也幔柱，好像是一個(gè)連著輸液管的上升的球形囊，也就是說，地幔柱的最早階段是體積很大的柱頭的發(fā)就是說，地幔柱的最早階段是體積很大的柱頭的發(fā)育和上升。它拖著一條狹窄的、可能長期活動的柱育和上升。它拖著一條狹窄的、可能長期活動的柱尾。易漂浮的源物質(zhì)通過這條管道不斷補(bǔ)充到上升尾。易漂浮的源物質(zhì)通過這條管道不斷補(bǔ)充到上升的柱頭中。地幔柱頭在通過地幔上升時(shí)

24、，其直徑估的柱頭中。地幔柱頭在通過地幔上升時(shí)，其直徑估計(jì)可達(dá)計(jì)可達(dá)8001200km。起源于核。起源于核幔邊界的地幔柱幔邊界的地幔柱頭上升至接近地表處，擴(kuò)展成一個(gè)熱物質(zhì)的圓盤。頭上升至接近地表處，擴(kuò)展成一個(gè)熱物質(zhì)的圓盤。其直徑為其直徑為15002500 km、厚度達(dá)、厚度達(dá)100200 km，這，這接近于幾個(gè)大陸溢流玄武巖區(qū)大小。起源于接近于幾個(gè)大陸溢流玄武巖區(qū)大小。起源于650km震間斷面的地幔柱，在地表擴(kuò)展的直徑僅達(dá)震間斷面的地幔柱，在地表擴(kuò)展的直徑僅達(dá)600 km。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱的產(chǎn)生：地幔柱的產(chǎn)生：要求地幔中存在一個(gè)高溫、低要求地幔中存在一個(gè)高溫、低粘度的熱邊界層，其溫

25、度要高出周圍地幔物質(zhì)粘度的熱邊界層，其溫度要高出周圍地幔物質(zhì)的溫度的溫度300400，粘度要比周圍地幔低幾個(gè)，粘度要比周圍地幔低幾個(gè)數(shù)量級，這個(gè)高溫低粘度層具有極不穩(wěn)定的物數(shù)量級，這個(gè)高溫低粘度層具有極不穩(wěn)定的物理性質(zhì)，一旦受到某種熱擾動，就會在浮力作理性質(zhì)，一旦受到某種熱擾動，就會在浮力作用下呈柱狀上升。地幔中符合這樣條件的邊界用下呈柱狀上升。地幔中符合這樣條件的邊界層只有兩個(gè)，一個(gè)是上下地幔之間的不連續(xù)面，層只有兩個(gè)，一個(gè)是上下地幔之間的不連續(xù)面，其深度在其深度在650700 km；另一個(gè)是核；另一個(gè)是核幔邊界幔邊界附近的附近的D”層。層。地幔柱地幔柱多數(shù)學(xué)者則認(rèn)為地幔柱來自核幔邊界附近的

26、多數(shù)學(xué)者則認(rèn)為地幔柱來自核幔邊界附近的D”層，層，其理由是：其理由是：與洋中脊玄武巖和島弧玄武巖相比，與洋中脊玄武巖和島弧玄武巖相比，大陸溢流玄武巖、洋底高原玄武巖和大洋島玄武巖大陸溢流玄武巖、洋底高原玄武巖和大洋島玄武巖等典型地幔柱成因的玄武巖常反映等典型地幔柱成因的玄武巖常反映“富集型富集型”地幔地幔特點(diǎn)，而上地幔由于分異出地殼后常表現(xiàn)特點(diǎn)，而上地幔由于分異出地殼后常表現(xiàn)“虧損型虧損型”地幔的化學(xué)組成，因此地幔柱不可能來源于上地幔；地幔的化學(xué)組成，因此地幔柱不可能來源于上地幔；與大洋中脊玄武巖相比，大洋島弧玄武巖具有較與大洋中脊玄武巖相比，大洋島弧玄武巖具有較高的高的3He/4He比值，反

27、映出原始地球形成物質(zhì)的特點(diǎn)，比值，反映出原始地球形成物質(zhì)的特點(diǎn)，表明地幔柱來源于地幔更深部位；表明地幔柱來源于地幔更深部位；地幔柱地幔柱理論模擬計(jì)算表明，如果地幔柱起源于上地幔底理論模擬計(jì)算表明，如果地幔柱起源于上地幔底部，那么由地幔柱釋放出的熱量將占整個(gè)地球放熱部，那么由地幔柱釋放出的熱量將占整個(gè)地球放熱的的60，而實(shí)際上由地幔柱釋放的熱量僅是整個(gè)地，而實(shí)際上由地幔柱釋放的熱量僅是整個(gè)地球放熱的球放熱的610，這個(gè)熱量釋放范圍剛好與地核，這個(gè)熱量釋放范圍剛好與地核釋放的熱量比例相近，說明地幔柱來源于核幔邊界釋放的熱量比例相近，說明地幔柱來源于核幔邊界附近；附近；理論模擬還表明，在所許可的上升

28、速度范理論模擬還表明，在所許可的上升速度范圍內(nèi)，從上下地幔邊界起動的地幔柱穿過上地幔這圍內(nèi)，從上下地幔邊界起動的地幔柱穿過上地幔這樣的距離，最多只能形成直徑為樣的距離，最多只能形成直徑為300 km的球狀柱頭，的球狀柱頭，而實(shí)際上許多地幔柱頭的直徑都超過而實(shí)際上許多地幔柱頭的直徑都超過10002000 km；上下地幔間不連續(xù)面的性質(zhì)目前并不完全清上下地幔間不連續(xù)面的性質(zhì)目前并不完全清楚，也有資料顯示其為相變界面而非化學(xué)界面。楚，也有資料顯示其為相變界面而非化學(xué)界面。地幔柱地幔柱核幔邊界附近核幔邊界附近D”層的穩(wěn)定性的二層的穩(wěn)定性的二維對流模擬結(jié)果表明，如果維對流模擬結(jié)果表明，如果D”層受層受到

29、某種局部熱擾動，地幔柱就會激到某種局部熱擾動，地幔柱就會激發(fā)產(chǎn)生。熱擾動會使發(fā)產(chǎn)生。熱擾動會使D”層物質(zhì)的粘層物質(zhì)的粘度降低，流動必增強(qiáng)，在熱梯度的度降低，流動必增強(qiáng)，在熱梯度的驅(qū)動下，所有受熱擾動作用的高溫驅(qū)動下，所有受熱擾動作用的高溫低粘度物質(zhì)會向熱邊界層最低處匯低粘度物質(zhì)會向熱邊界層最低處匯聚，并在那里形成地幔柱。聚，并在那里形成地幔柱。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱據(jù)估算外核溫度高達(dá)據(jù)估算外核溫度高達(dá)3800 K左右，而下地左右，而下地幔底部溫度為幔底部溫度為3000 K左右，二者之間存在左右，二者之間存在800K左右的溫度差。這樣地核會不斷向地左右的溫度差。這樣地核會不斷向地幔中釋放熱量。

30、由于原始地核物質(zhì)組成不幔中釋放熱量。由于原始地核物質(zhì)組成不均或其他某些因素，這種放熱作用在不同均或其他某些因素，這種放熱作用在不同位置可能有所不同，從而產(chǎn)生熱擾動，導(dǎo)位置可能有所不同，從而產(chǎn)生熱擾動，導(dǎo)致地幔柱的產(chǎn)生。致地幔柱的產(chǎn)生。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱近來的研究表明即使地幔柱與周圍地幔物近來的研究表明即使地幔柱與周圍地幔物質(zhì)的粘度差高達(dá)質(zhì)的粘度差高達(dá)l04，其上升速度也是非常，其上升速度也是非常緩慢的。并且地幔的實(shí)際粘度并非恒定，緩慢的。并且地幔的實(shí)際粘度并非恒定，而是隨溫度降低呈指數(shù)增加。因此在一個(gè)而是隨溫度降低呈指數(shù)增加。因此在一個(gè)新起動的地幔柱上升過程中，隨著熱量的新起動的地幔柱上

31、升過程中，隨著熱量的不斷散失和溫度的不斷降低，其上升速度不斷散失和溫度的不斷降低，其上升速度會變得愈來愈慢。會變得愈來愈慢。地幔柱地幔柱一個(gè)新地幔柱在上升過程中其自身化學(xué)成分會發(fā)生一定一個(gè)新地幔柱在上升過程中其自身化學(xué)成分會發(fā)生一定變化，這種變化主要表現(xiàn)在地幔柱的頭部。柱頭在上升變化，這種變化主要表現(xiàn)在地幔柱的頭部。柱頭在上升過程中，會不斷地加熱周圍地幔物質(zhì)，使其粘度降低，過程中，會不斷地加熱周圍地幔物質(zhì)，使其粘度降低，浮力增大，并與柱頭融合在一起上升。柱頭不僅含有源浮力增大，并與柱頭融合在一起上升。柱頭不僅含有源區(qū)的化學(xué)成分，還含有捕獲的地幔物質(zhì)成分。柱尾在上區(qū)的化學(xué)成分，還含有捕獲的地幔物

32、質(zhì)成分。柱尾在上升過程中始終近于直立，基本不捕獲地幔物質(zhì)，其化學(xué)升過程中始終近于直立，基本不捕獲地幔物質(zhì)，其化學(xué)成分變化很小。比如那些以苦橄質(zhì)或科馬提質(zhì)為特征的成分變化很小。比如那些以苦橄質(zhì)或科馬提質(zhì)為特征的大洋島火山鏈，可能是柱尾噴發(fā)形成的，代表源區(qū)物質(zhì)大洋島火山鏈，可能是柱尾噴發(fā)形成的，代表源區(qū)物質(zhì)成分特點(diǎn)；大陸溢流玄武巖和大洋高原玄武巖是由柱頭成分特點(diǎn)；大陸溢流玄武巖和大洋高原玄武巖是由柱頭噴發(fā)形成的，反映源區(qū)和周圍地?；瘜W(xué)成分的混合特征。噴發(fā)形成的，反映源區(qū)和周圍地?；瘜W(xué)成分的混合特征。地幔柱地幔柱洋島火山鏈和大陸溢流玄武巖是板塊構(gòu)造難以解釋洋島火山鏈和大陸溢流玄武巖是板塊構(gòu)造難以解釋

33、的兩大難題，地幔柱學(xué)說則可以成功地解釋這兩種的兩大難題，地幔柱學(xué)說則可以成功地解釋這兩種現(xiàn)象?，F(xiàn)象。溢流玄武巖是通過新地幔柱頭部的熔融而形溢流玄武巖是通過新地幔柱頭部的熔融而形成的，大洋火山鏈則是通過長期活動的柱尾上升的成的，大洋火山鏈則是通過長期活動的柱尾上升的熱物質(zhì)熔融形成的。根據(jù)地殼是經(jīng)過地幔柱頭之上熱物質(zhì)熔融形成的。根據(jù)地殼是經(jīng)過地幔柱頭之上還是柱尾之上，可以分出兩類地幔柱區(qū)，柱頭區(qū)是還是柱尾之上，可以分出兩類地幔柱區(qū)，柱頭區(qū)是等軸狀的，直徑等軸狀的，直徑15002000 km，如南非卡魯、西，如南非卡魯、西印度德干溢流玄武巖和西澳大利亞印度德干溢流玄武巖和西澳大利亞Yilgam地塊的

34、晚地塊的晚太古代花崗巖綠巖地體；柱尾區(qū)，火山作用和構(gòu)造太古代花崗巖綠巖地體；柱尾區(qū)，火山作用和構(gòu)造作用被局限在一個(gè)不到作用被局限在一個(gè)不到300 km寬的線狀窄帶內(nèi)，這寬的線狀窄帶內(nèi)，這就是熱點(diǎn)蹤跡區(qū)，如黃石地幔柱及夏威夷就是熱點(diǎn)蹤跡區(qū)，如黃石地幔柱及夏威夷天皇火天皇火山鏈。山鏈。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱規(guī)模巨大的隕擊作用，可造成隕擊坑，巨規(guī)模巨大的隕擊作用，可造成隕擊坑，巨大隕擊坑使大面積的地表巖石發(fā)生破裂，大隕擊坑使大面積的地表巖石發(fā)生破裂，并在其附近產(chǎn)生巨大的質(zhì)量虧損，為保持并在其附近產(chǎn)生巨大的質(zhì)量虧損，為保持重力均衡，可誘發(fā)深部地幔物質(zhì)的上涌，重力均衡，可誘發(fā)深部地幔物質(zhì)的上涌，形成淺

35、源的地幔柱，誘發(fā)大規(guī)模的巖漿活形成淺源的地幔柱，誘發(fā)大規(guī)模的巖漿活動，溢流玄武巖的覆蓋面積達(dá)動，溢流玄武巖的覆蓋面積達(dá)106 km2，從，從而派生出放射狀和環(huán)狀的張性斷裂，形成而派生出放射狀和環(huán)狀的張性斷裂，形成巖石圈板塊裂開的三聯(lián)點(diǎn)，推動板塊向四巖石圈板塊裂開的三聯(lián)點(diǎn)，推動板塊向四周的水平運(yùn)動。周的水平運(yùn)動。星際作用說星際作用說巨大的隕擊事件對大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和地巨大的隕擊事件對大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和地球物理場可產(chǎn)生巨大的影響：球物理場可產(chǎn)生巨大的影響：一個(gè)直徑數(shù)千米的隕石一個(gè)直徑數(shù)千米的隕石撞擊地表后，可造成直徑達(dá)數(shù)百撞擊地表后，可造成直徑達(dá)數(shù)百km深度為幾十深度為幾十

36、km的隕擊的隕擊坑，并使直徑上千坑，并使直徑上千km的范圍內(nèi)產(chǎn)生環(huán)撞和放射狀斷裂；的范圍內(nèi)產(chǎn)生環(huán)撞和放射狀斷裂；由于隕石撞擊的速度極高，可達(dá)到由于隕石撞擊的速度極高，可達(dá)到30到到50km/s，隕石，隕石和大量的地表巖石可以因撞擊形成局部高溫而爆炸、氣和大量的地表巖石可以因撞擊形成局部高溫而爆炸、氣化、粉碎，粉塵和煙霧升到空中，阻擋了太陽能的輻射，化、粉碎，粉塵和煙霧升到空中，阻擋了太陽能的輻射，使全球或相當(dāng)大的范圍內(nèi)氣候嚴(yán)寒，直到幾個(gè)月后煙霧使全球或相當(dāng)大的范圍內(nèi)氣候嚴(yán)寒，直到幾個(gè)月后煙霧消散、粉塵降落到地表，氣候才可轉(zhuǎn)暖，從震碎巖石中消散、粉塵降落到地表，氣候才可轉(zhuǎn)暖，從震碎巖石中釋放出來

37、的硫化物氣體和大氣中的水混合，便可形成酸釋放出來的硫化物氣體和大氣中的水混合，便可形成酸雨，而從石灰?guī)r中釋放出來的碳與大氣中的氧相結(jié)合，雨，而從石灰?guī)r中釋放出來的碳與大氣中的氧相結(jié)合，形成很多溫室氣體二氧化碳，使得幾個(gè)月的嚴(yán)寒結(jié)束后，形成很多溫室氣體二氧化碳，使得幾個(gè)月的嚴(yán)寒結(jié)束后，就開始了多年的酷熱。就開始了多年的酷熱。星際作用說星際作用說隕擊作用使生物大量滅絕在隕擊作用使生物大量滅絕在隕擊中心附近所有的動植物被燒死，隕擊中心附近所有的動植物被燒死，粉塵和煙霧遮蔽太陽光使植物難以粉塵和煙霧遮蔽太陽光使植物難以進(jìn)行光合作用，植物枯萎、食草動進(jìn)行光合作用，植物枯萎、食草動物挨餓，酸雨可溶解細(xì)小的

38、海洋生物挨餓，酸雨可溶解細(xì)小的海洋生物介殼，破壞了海洋的食物鏈，造物介殼，破壞了海洋的食物鏈，造成大規(guī)模種群絕滅。成大規(guī)模種群絕滅。星際作用說星際作用說星際作用說星際作用說基龍基龍(Edaphosaurus) 石炭紀(jì)晚期石炭紀(jì)晚期-二疊紀(jì)早期二疊紀(jì)早期如果隕擊事件發(fā)生在海洋，則可造成巨如果隕擊事件發(fā)生在海洋，則可造成巨大海嘯，引起海平面大幅度的變化，微量大海嘯，引起海平面大幅度的變化，微量元素也產(chǎn)生巨大變化；元素也產(chǎn)生巨大變化；巨大的隕擊事件巨大的隕擊事件還可以使地球磁極突然翻轉(zhuǎn)；還可以使地球磁極突然翻轉(zhuǎn)；巨大隕擊巨大隕擊坑造成大面積巖石的破裂及其附近質(zhì)量虧坑造成大面積巖石的破裂及其附近質(zhì)量虧

39、損，在重力均衡作用的影響下，可形成淺損，在重力均衡作用的影響下，可形成淺源的地幔柱，誘發(fā)大規(guī)模的巖漿活動，從源的地幔柱，誘發(fā)大規(guī)模的巖漿活動，從而派生出放射狀和環(huán)狀的張性斷裂，形成而派生出放射狀和環(huán)狀的張性斷裂，形成巖石圈板塊裂開的三聯(lián)點(diǎn)，推動板塊向四巖石圈板塊裂開的三聯(lián)點(diǎn)，推動板塊向四周緩慢地發(fā)生水平運(yùn)動。周緩慢地發(fā)生水平運(yùn)動。星際作用說星際作用說星際作用說星際作用說星際作用說星際作用說南南 極極 洲洲 隕隕 石石星際作用說星際作用說巨大隕擊事件的周期性和地球演化的周期性的巨大隕擊事件的周期性和地球演化的周期性的關(guān)系十分密切，主要存在著關(guān)系十分密切，主要存在著(333)Ma和和(26560)

40、Ma兩種周期性：兩種周期性：333Ma的周期與太的周期與太陽系穿越銀道面有關(guān)，在銀道面附近星際物質(zhì)密陽系穿越銀道面有關(guān)，在銀道面附近星際物質(zhì)密集分布，引力場發(fā)生變化，很容易使小行星或彗集分布，引力場發(fā)生變化，很容易使小行星或彗星等脫離原有軌道，出現(xiàn)隕石撞擊地球的現(xiàn)象；星等脫離原有軌道，出現(xiàn)隕石撞擊地球的現(xiàn)象；26560Ma的周期是銀河年的周期，即太陽系繞的周期是銀河年的周期，即太陽系繞銀河系旋轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間，地球在一個(gè)銀河銀河系旋轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間，地球在一個(gè)銀河年內(nèi)年內(nèi)8次穿越銀道面。次穿越銀道面。星際作用說星際作用說0.78 Ma左右，即早中更新世之交，存在亞澳隕左右，即早中更新世之交

41、，存在亞澳隕石撞擊事件。粒徑小于石撞擊事件。粒徑小于l mm的微玻璃隕石廣布于印的微玻璃隕石廣布于印度洋、東南亞和澳大利亞附近的洋底之下不足度洋、東南亞和澳大利亞附近的洋底之下不足l0 m的層位，在近橢圓形的范圍覆蓋面積接近固體地球的層位，在近橢圓形的范圍覆蓋面積接近固體地球表面積的表面積的1/10，隕擊撒落物總重量估算為一億噸，隕擊撒落物總重量估算為一億噸，此隕擊作用可能使印度此隕擊作用可能使印度-澳大利亞、非洲和南極洲板澳大利亞、非洲和南極洲板塊之間的進(jìn)一步擴(kuò)張。此隕擊事件使印度板塊進(jìn)一塊之間的進(jìn)一步擴(kuò)張。此隕擊事件使印度板塊進(jìn)一步向北運(yùn)移，使青藏地區(qū)發(fā)生了步向北運(yùn)移，使青藏地區(qū)發(fā)生了30

42、余余km的縮短和進(jìn)的縮短和進(jìn)一步的隆升，造成了中國西部廣泛的早、中更新世一步的隆升，造成了中國西部廣泛的早、中更新世之間的角度不整合；之間的角度不整合；35 Ma前后，大體上相當(dāng)于始新世與漸新世之交，前后，大體上相當(dāng)于始新世與漸新世之交，存在北美隕石撞擊事件存在北美隕石撞擊事件 ；星際作用說星際作用說星際作用說星際作用說微微 玻玻 璃璃 隕隕 石石65 Ma之前，即白堊紀(jì)末期，這是以恐龍為代表的大之前，即白堊紀(jì)末期，這是以恐龍為代表的大量生物種群滅絕的重要時(shí)期，被公認(rèn)是巨大隕擊作用所量生物種群滅絕的重要時(shí)期，被公認(rèn)是巨大隕擊作用所造成的，在墨西哥尤卡坦半島附近造成的，在墨西哥尤卡坦半島附近Chicxulub地區(qū)水下地區(qū)水下1100 m的深處存在一個(gè)直徑達(dá)的深處存在一個(gè)直徑達(dá)200 km的隕擊坑；的隕擊坑； l00 Ma前后，這是一個(gè)重要的全球缺氧事件，生物前后，這是一個(gè)重要的全球缺氧事件，生物種群大量滅絕，全球最主要的油氣生成時(shí)期；種群大量滅絕，全球最主要的油氣生成時(shí)期； 138 Ma前后，重要的事件是古太平洋地區(qū)各板塊的前后，重要的事件是古太平洋地區(qū)各板塊的放射狀運(yùn)移，各板塊放射狀運(yùn)動的中心，是否還有隕石放射狀運(yùn)移，