板块学的运动机制是否违反物理学原理？

在地质、地震领域，明知板块学是错误的，为什么坚持不放？

因为地幔的状态不是所谓简单的单一判断，而是一个复杂的，不均一的状态。地幔可根据性质特征的差异进一步划分为上、下地幔，而上地幔又进一步划分为岩石圈地幔和软流圈地幔，这其中岩石圈地幔为固态；软流圈地幔则多为亚固相的状态（但不绝对，既存在固相，也存在部分熔融产生的液相，总的来说很复杂不可简单一概而论），通常是高温高压使得该区域地幔物质接近熔点但未达至熔点的过渡相，因此会在地震波测速上呈现不同的特征，而这里也多为岩浆的发源地；更深的下地幔则是位于更高压环境物质密度更大的液-固相，因此地震波速更大；地震横波在地下2900km消失是因为核幔间-外核的液态层，而不能证明你说的地幔不是流体（实际上地幔中是包含流体的）。而且板块学说是建立在众多大洋科考、钻探、古地磁、岩石学、古生物学等证据之上的，它不完美，尚有一些不能说明的问题（如近些年提出的地幔柱学说就是为了解释传统板块学说不能较好解释的部分问题，如LIPs的形成等），但它确实是近代地球科学的伟大革命与进步，并非像你一言而断的那般不堪，如果你真的对板块学说感兴趣，建议你多读读相关文献，例如郑永飞院士19年在JAES期刊上发表的俯冲带地球化学一文，这还仅仅只是对板块学说其中的俯冲作用的综述，不包含威尔逊旋回中其他的几个过程。如果你不了解它，那就不要武断地去批判他，除非你取得了推翻它的铁证，这个铁证铁到能无视我上面提到的众多地质领域的证据。

简述板块构造学说的基本观点

(1)地球岩石圈不是一个整体，而是被一些构造带分成多个板块;

(2)板块在软流层上漂移运动;

(3)板块内部比较稳定，板块交界地带地壳比较活跃;

(4)世界上的地震带、火山带主要分布在板块交界地带。

一、板块构造学说

1.板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上提出的。根据这一新学说，地球表面覆盖着不变形且坚固的板块(岩石圈)，这些板块确实在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。

2.由于地球表面积是有限的，地球板块分类为三种状态:其一为彼此接近的汇聚型板块边界;其二为彼此远离的分离型板块边界;其三为彼此交错的转换型板块边界。板块本身是不会变形的，地球表面活动便都在这三种状态下集中发生。

二、基本内容

板块构造学说是1968年法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出的一种新的大陆漂移说，它是海底扩张说的具体引伸。

三、板块构造

板块构造，又叫全球大地构造。所谓板块指的是岩石圈板块，包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部，也就是说地壳和软流圈以上的地幔顶部。新全球构造理论认为，不论大陆壳或大洋壳都曾发生并还在继续发生大规模水平运动。但这种水平运动并不象大陆漂移说所设想的，发生在硅铝层和硅镁层之间，而是岩石圈板块整个地幔软流层上像传送带那样移动着，大陆只是传送带上的"乘客"。

板块构造学说解释了什么地壳运动机理

关于板块运动的动力机制，人们有很多解释。但首先这个驱动力必须满足以下几个条件：1，能产生足够大的力；2，必须合乎物理学（流体力学、热力学等）基本原理；3，符合根据地球物理观测得出的地球内部性质；4，驱动力所产生的效应要与现代岩石圈的性状和动态相一致，也就是说能圆满解说观察到的各种地质现象。按照赫斯的海底扩张说来解释，认为大洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳，以后涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移，自中脊向两旁每年以0.5～5厘米的速度扩展，不断为大洋壳增添新的条带。现在很多人认为这个驱动力就是地幔对流，虽然这中间还有很多问题没有解决。除了地幔对流以外

什么是板块运动学说

板块运动学说是在对大陆漂移和海底扩张现象认可的基础上提出来的。因此，有必要先了解大陆漂移和海底扩张。大陆漂移的发现，本身就是一个有趣的传奇——20世纪初时，年轻的德国气象学家魏格纳发现：美洲大陆和非洲大陆的边缘形态十分相似，如果将它们互相移近，则两者的边缘几乎可以完全嵌合。于是，他进一步根据古生物化石、岩石和地质构造的相似性，大胆提出大西洋两岸曾属于一个统一的联合古陆。直到2亿年前，这一盘古大陆才开始破裂、漂移，逐步形成了今天的陆洋分布格局。大陆漂移假说曾经轰动一时，但由于当时魏格纳认为“硅铝质的大陆漂移在硅镁质的洋壳之上”，这一漂移机制与地球物理资料不符，并且也因古生物学的证据不足，遭到了强

岩石圈板块为什么会运动———板块构造的动力学机制问题

现在，地球科学家一致认为，岩石圈的变形与变位都受到板块运动的控制，在同一过程中形成，互相关联。同一时期，不同的板块可具有不同的运移方向和速度，不同时期的同一板块，也可以有不同的运移方向和速度。而且运移的距离可以很大，可达上千千米的距离，可以跨越赤道，发生全球性的大运移。然而，岩石圈板块到底为什么会运移呢?也即岩石圈板块构造的动力学机制问题，则仍是一个至今尚未解决的难题。

板块构造学说刚提出来时，不少学者曾经以为刚性的岩石圈既然在软流圈上面运移，想当然地认为一定是地幔对流带着它运移，认为地幔中由于存在温度差异或密度差异，可能引起物质的缓慢移动，热的、轻的物质上升，造成大洋脊的热显示，同时带动大洋脊两侧岩石圈板块作相背移动，在俯冲带处大洋板块下插，使冷的、重的物质下沉。于是地幔物质就形成了对流环，好像“传送带”一样带着岩石圈板块运移。这就是板块构造学说早期所主张的地幔对流的“传送带模式”。初看起来，这种板块驱动机制的解释十分精彩，但事实上，问题很多。在全球“热点”(即地幔物质向上运动的热显示处)研究中，共发现100多处热点，除少数分布在大洋脊上，大多数却都散布在板块内部。由热点位置变化所反映的地幔物质运移速度，一般认为都只有几毫米每年，而岩石圈板块的平均运移速度却比软流圈大一个数量级，即平均在几厘米每年(据M.H.P.Bott，1984)。于是问题就出来了，低速运行的“传送带”怎么能够带动其上的岩石圈以较高的速度运移呢?更何况，现在能肯定存在的是由超临界热流体所构成的地幔热对流，至于固体的地幔物质是否能够发生比板块运动速度大的运移和大对流，则至今尚无足够的证据。

近20年来，有些学者曾经认为板块的扩张作用不是主要的，“冷”板块俯冲时下沉拖拉力才是板块运移的主要驱动力，他们用数学模拟的方法论证了这种可能性。然而，近年来也有人证明，这种下沉拖拉力不可能太大，毕竟这些“冷”的洋底玄武岩的密度(约2.8g/cm³)不可能比深部地幔岩石的密度(3～5g/cm³)更大。

地球是一个不停旋转的行星，并且旋转速度也还是有一点变化的。地球自转速度变化对改变地球面貌似乎应有点作用，例如大气环流的形成。曾经有一些学者认为地球自转速度变化是造成岩石圈变形的主要动力。但是，由地球自转速度变化所造成的固体地球表层岩石应力增大或减小的数值，经国内外许多学者计算，只可能达到1～10Pa，即小于万分之一的大气压力，仅能达到使岩石变形所需构造应力的百万分之一至千万分之一。因而，由地球自转速度变化而促使岩石圈板块运动的可能性几乎近于零。也有的学者想用地球周期性的膨胀、收缩或有限膨胀来解释板块运动，主要根据是海平面的确一直在不断地升降变化，古大陆残留的面积远远小于地球总面积，因而，以为地球有胀缩变化，并在不断地膨胀着。这种设想似乎颇能适合宇宙大爆炸说。然而，天文与地质观测资料都不支持地球在近40亿年来曾经有过显著膨胀(例如10%～15%或者更多)的观点，而认为地球在近40亿年以来，体积没有显著的变化，质量仅增加了1/600左右，体积加大了1/100多一点，主要靠陨石撞击地球来增加质量。另外，如果想要采用地球膨胀观点，来解释岩石圈曾经发生过数百万米的水平位移的事实，也是难以想象的。

近20年多来，根据大洋钻探的成果，发现大洋中有两次巨大的陨石撞击事件(B.P.Glass，1982)，在海底沉积物中形成上亿吨的微玻璃陨石(microtektite)。撞击中心点正好与几个板块的拼接点位置相近。巨大陨击作用(陨石直径约1km)有可能造成直径几十万米、深度几万米的陨击坑，使岩石圈表层物质发生显著的亏损，在岩石圈均衡补偿作用的影响下，诱发深部地幔物质局部上涌，造成海洋板块的放射状张裂、扩张，从而使周邻板块沿着不同的方向运移(图10-14)。这种观点，尽管似乎比以前的假说更合理一点，然而受到当前技术条件的限制，所获的资料有限(洋底钻探的深度一般仅为上千米)，只能较好地解释古近纪以来的两次陨击作用与板块运动的关系。

图10-14 微玻璃陨石与洋脊的分布(据B.P.Glass，1982，改编)

要想解决岩石圈板块构造的动力学机制问题，还要积累更多的资料，预计在未来几十年内是有可能解决的。其动力来源无非是地球内部的变化和宇宙体系中的某些因素。应该注意的是，岩石圈毕竟只是固体地球上的一层表皮(其厚度仅为地球半径的1/100到1/30)，仅仅从地球内部来找寻原因，看来是不够的，有必要从宇宙因素与地球内部变化的角度综合起来考虑问题。但要确定什么是主导因素，目前看来，依据还不够充分，有待于进一步的努力。

思考题

1.岩石圈为什么会发生变形?变形的主要表现形式是什么?

2.通过哪些现象可以认识岩石圈的垂直变位?

3.岩石圈的水平变位是怎样被认识的?

4.为什么板块构造学说能在20世纪中叶出现?它依靠的基础是什么?

5.有哪些因素在影响岩石圈板块的运动?解释这些运动遇到了什么难题?

进一步阅读书目

1.Glass B P.1982.Introduction to planetary geology.Cambridge University Press.

2.Bott M H P，Kusznir N J.1984.The origin of tectonic stress in the lithosphere.Tectonophysics，105:1～13.

3.Press F，Siever R.1982.Earth.Freeman W H and Company，613pp.

4.万天丰.1988.古构造应力场.北京:地质出版社.

5.万天丰.2004.中国大地构造学纲要.北京:地质出版社.