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重新认识我们的地球（之十四）全球构造运动莫霍面内波说回顾与小结
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重新认识我们的地球（之十四）
全球构造运动莫霍面内波说回顾与小结
池顺良
（1） 前言
当前全球构造学说的主流理论是板块构造学说。虽然学界对这一理论褒扬之词甚多，但认真地思考不难发现，这个学说既未能阐明板块运动的驱动机制，又不适用于大陆地质。
板块说是“靠研究海洋地质起家的，研究对象的这种局限性必然限制了它真正成为全球构造理论的可能性。从产生到现在，它一直在为其登陆而奋斗，由于遇到难以克服的困难，致使这种愿望迄今未能实现。这一事实本身也说明了它并不具备全球构造理论应当具备的素质”（罗永国，1992）。正如罗永国所料，十年后的2002年9月在美国丹佛市召开了“构造地质学和大地构造学的新航程”研讨会。研讨会明确指出板块构造理论不适合大陆地质。
如果不去寻找新的全球构造理论框架，我们面对的将是一个二元的理论体系；解释大洋地质是一套体系，解释大陆地质又是一套体系。这对于地球科学将是一件十分尴尬而遗憾的事。
另一方面，随着资料积累和探索的深入，“已发现很多与板块理论不相符合的事实，大洋内也有很多现象不能用板块构造理论解释，过去作的深海钻探其实很浅。地球科学理论的发展已出现多元化局面和用新理论替代的趋势。已有很多新资料对板块理论提出了质疑和反证”（马宗晋）。由此可见，地球科学迫切需要能与板块说竞争的新全球构造假说，以供科学家们比较、验证和选择。
作者因寻找地震的根本成因，从1975年起思考大地构造运动的起因，到1990年自己感觉思路大致走通。1991年，得到中科院测量与地球物理研究所动力大地测量开放实验室支持，申请到了“全球动力的内波机制研究”课题及经费支持。经过两年工作， 1993年11月18日，动力大地测量开放实验室主持召开了“板块运动与地壳形变的内波理论”研讨会。会议开得很热烈。以后，又应邀到国家地震局分析预报中心、武汉地震研究所报告。“全球动力的内波机制”新观点得到了学术界初步反响。
照片是1994年9月4日《中国科学报》（现为《科学时报》） “池顺良深入研究地壳运动和动力机制，提出地壳变形的动力机制新说” 的报道。
1996年第30届国际地质大会在北京召开。我向大会提交了“大地构造的内波假说”。在大会的正式出版物中，这一假说列在5-8专题（板块构造理论之外的构造理论）的第1篇。
2002年，与骆鸣津合著的阐述我们新观点的“海陆的起源”一书出版。遗憾的是，新华书店不愿经销这类图书，只能邮寄赠送了一些我熟悉的学者。除收到了刘东生、任纪舜、唐孝威、杨文采几位院士等人鼓励的信件，没有实质性的响应。国人对大的科学问题之谨慎与规避由此可见一班。
2004年，接到钻孔应变仪全国布网的任务，又全身心投入仪器方面的工作。一干就是五年，直得最近才得闲暇重新检起。这就是“全球构造运动潮汐动力说”或 “全球构造运动内波假说”35年走过的路程。
（2）全球构造运动莫霍面内波说小结
在分析地质事实的基础上，内波说认为一个海陆位置相对固定、地幔无对流，也不存在板块运动及板块碰撞的大地构造模型更合理、更真实。新假说根据的是以下事实：
(1)重力分异形成了地球的圈层结构；由于“幔汁辐射”地球内部的放射性物质被带到地表；分异出的玄武岩浆成为地壳的基本物质成分，是地壳运动的物质基础；地壳与地幔间的分界面——莫霍面是个化学界面，因此，在某个时间段中，地壳是个相对独立的物质系统。
(2)地球表面存在强烈的剥蚀作用，大陆物质不断被搬运到海中，如果没有某种反向的物质迁移运动，就无法理解地球上怎么会有陆地及大陆生长的事实，寻找这种物质反向迁移过程是理解大陆维持和生长的关键。
(3)大陆地质总结出的“地槽”活动的现象规律，可以看作在较短的波长上重复了大陆和海洋这两种正向和负向单元之间的物质迁移运动；由于地槽是地壳运动剧烈的地区，运动的强度与幅度大，地质学家通过大量野外工作，基本搞清了地槽运动的现象规律，因而有可能从中找到支配运动现象背后的实体机制。
(4)地球的自转动能和热能是仅有的两种从数量上可提供地壳运动能量支出的能源，地球自转对地壳运动的驱动作用应给于充分研究；只有潮汐作用才消耗地球自转能，因而寻找地球自转动能向地壳运动能的转化必须从潮汐作用着手。
(5)因地球的转动和日、月引潮力的作用，地球中存在交变潮汐应力；由于地球介质的非弹性，交变的潮汐作用将在介质特征不连续的化学界面处引起物质定向迁移造成地壳厚度变化，将地球的转动能转化为储存于地壳厚度差异中的重力位能，此项能量数量巨大，足够地震、造山等构造运动所需。
(6)重力位能的释放造成一系列大地构造现象。
在以上事实基础上，作者提出：由于交变潮汐应力的作用，在莫霍面两侧存在一种驱动下地壳及上地幔物质相向水平迁移的“潮波驱动力”。由于这种驱动力的作用，莫霍面产生自激波动起伏，而导致地壳厚度变化。由于这是发生在分层介质内部的波动而称为“内波”。发生在下地壳中的物质迁移正是与地表物质从高处向低洼处迁移反向的，因而抵消了陆壳的被侵蚀。莫霍面内波的短波部分，支配了地槽一造山活动过程。长波部分则支配了海陆的分化。新假说属于动力学性质的假说，驱动力是由潮汐作用派生的，所需的能量则来自地球的自转动能。
地壳活动区莫霍面两侧壳、幔物质在潮汐力驱动下水平相向迁移机制是内波说依赖的主导动力机制。但这一机制并非我们首先提出。据我们所知，提出过类似想法的地质学家就有：李四光、克鲁泡特金、梁元博、白文吉、李德威等。
内波假说指出：地壳运动的驱动能源来自地球自转能的耗散；热能的积聚则是内波发生地点和波动生长速率的主要控制因素；大陆地壳受到源于太阳辐射能的外动力地质作用，重力均衡不断被破坏而地壳活动激烈；大洋地壳因受到的外动力作用微弱而活动平静，造成比巨厚的陆壳更富“刚性”的错觉。因此，地壳运动是在地球自转能为主导能源、地热及外部太阳辐射能为控制及激发因素，这三种能源共同作用下的能量耗散过程。
内波假说对作为短波过程的地槽演化进行了初步的数值模拟，对地槽活动和造山过程中的岩浆、断裂、褶皱、回返等活动的现象规律，给出了可以进行数值模拟的、动力学的解释。内波假说已描述了作为长波过程的陆地从海洋中分化的过程，指出这一在球面上发生的过程，是陆地从高阶球谐分布向低阶球谐分布发展的过程。目前地球上海陆的四面体分布即是二阶分布，地球最终会像月球那样成为一侧陆地、一侧海洋的一阶球谐分布；提出了全球大洋中脊体系的“波节线”成因模式。；对大陆地壳上部硅铝层的成因也给出了简明的解释；对大洋中的热点及岩浆活动，提出了负荷潮外部加热的模型。以上的各种演化过程，原则上都可以在计算机上实现数值模拟。长波过程只有在超强计算能力的“地球计算机”上才能模拟其过程。
两极地区缺少地震活动及全球单位陆壳面积地震能量发射强度南、北对称的纬度分布特征，是潮汐作用支配地壳运动的反映。
内波假说从地壳中发生的垂直运动现象出发，最后不仅得到了地壳垂直运动的解释，还获得了关于地壳底部发生大规模水平运动的新图像。这种关于地壳与上地幔物质大规模水平运动的概念与大陆漂移、板块移动的概念完全不同。这是一种发生在地壳深处的大规模的物质水平迁移。迁移运动的时间尺度可跨越数十亿年，空间尺度可跨越上万公里。但正是这种物质迁移运动，抵偿了“阳光之犁”对陆地无情地吞食，创造出入类赖以生存的大陆！
当前，不少地球科学家寄希望于全球动力的地幔对流实体机制，希望它能提供地壳运动需要的动力。但是，进一步的大洋地质调查及地震波成像技术等方面的最新工作结果却指出了一系列不利于地幔对流模式的事实。地球化学资料与地幔对流及各种热幔柱模型同样存在严重矛盾。地球内部的放射性元素在地史早期就被带到地表的事实；地球形成的星子模型和上地幔化学成分的不均匀性、大型和超大型矿藏的独一无二性，都说明地幔从形成以来没有发生过大规模对流。地震层析及卫星重力资料发现各大陆均存在深达400～500 km的高波速、高密度“大陆根”的观测事实使任何形式的大规模地幔对流运动事实上不可能发生。由此看来，摆脱“地幔对流一板块运动”的定势思维。认真地考虑地幔对流之外的地球动力实体机制是十分必要的。根据地质运动现象规律提出的地壳运动的莫霍面内波假说就是这样一种尝试。
内波说与板块说从完全不同的角度解释全球构造。与此相应的是：板块说高度重视地幔对流在它的理论体系中的作用，对地幔对流作了大量研究；内波说则十分重视地幔分异的作用，因为地壳正是地幔分异的产物。按照这一思路，我们根据地震层析和卫星重力、大地水准面资料得出的地幔波速及密度异常与大陆根现象，用地幔分异来解释“大陆根”的起源。由此，分析计算了大陆下部上地幔分异物质上升速率的量级；解释了大地水准面梨形形状的由来。对于长期困扰人们的放射性物质分布之谜，同样用地球物质的分异（地球排气或“幔汁辐射”）而得到解释。
内波说源于对地槽运动的认识，是一种“新槽台说”，只是在地槽运动的动力和物质迁移运动问题上有新的认识，并将地槽运动与海陆分化视为莫霍面内波生长运动不同波长的表现。因此，我们对中国区域大地构造运动主要运动图像的解释与槽台说相似。对中国大陆地区的地震，尤其是发生在相对稳定的华北等地台区的地震，摒弃了流行的板块碰撞机制，提出中下地壳物质塑性流带动上地壳向洋扩散形成拉分盆地引发地震的成因解释。
目前在您面前给出的内波假说显然是个极粗略的假说，但它正与人们对地幔分异过程同样粗浅的认识相对应。将“潮波驱动力”作为莫霍面起伏微扰结果的分析显然是一种近似，也不一定适于海陆交界处莫霍面出现巨波的情形。更严格的数学、力学分析也许只有在考虑到地球的横向不均匀与地球介质加卸载非线性的潮汐理论中才能作到。
对地幔岩包裹体中浆胞的研究，揭示了原始玄武岩、碱性岩岩浆的生成过程。地壳是由地幔物质分异形成的，分异过程的速率、方式对大地构造运动的重要性是不言而喻的。但是，我们对玄武岩浆在地幔中是如何分异集中到地表的仍然知道得很少。加强对地幔分异的研究，将是地球科学未来发展的重要方向。地幔物质分异过程的研究无论从理论上或从实验上进行难度都很大，但既然分异过程对地球科学十分重要，总会找到方法逐步深入地解答这一问题。
20世纪地球科学的发展表现在分析过程的不断深化及细化；同时，将各个领域的知识互相渗透，以便对地球整体的演化得到尽可能完整认识的综合过程也在加速进行中。
从分析方面看，现在，地学学科已经划分得相当细，分支学科不下数十种。如岩石、矿物、矿床、大地构造、地球物理、地球化学、地层、古生物、第四纪、气象、海洋、地震、地理等。每一分支学科又划分了许多专业，如岩石学又分为岩浆岩、沉积岩、变质岩、构造岩等，矿床又分为金属矿、非金属矿、煤、石油、天然气等，作为研究方法的同位素地质也分出了O、S、C、Ar、Rb - Sr、U- Pb、Sm - Nd、N、Si、Os等，现在还有继续分细的趋势。从事专门化研究的人往往毕生只能在一个领域中工作，其结果是在这种无限细分过程中对地球的整体观不是越来越明朗，而是恰恰相反，越来越淡薄、模糊[1]。
全球大地构造和海陆起源问题正是需要各地学学科及天文、力学等领域的知识互相渗透、综合研究的问题。但绝大部分生产与科研工作面对的是各种专业领域，故现有的教学与科研体制主要侧重于专业人才的培养，而难以考虑为解决高度综合性的问题培养相应的人才。
由于这类综合问题牵涉到如此之多的学科和领域，只是熟悉相关领域的基本概念就需 多年努力，也不见得就能了解得深入透彻。因此，本书提出的新观点是否有理还须得到各有关领域专家们的认同。但我们相信，各学科专家进行通力合作研究，地球科学的这一重大的综合问题也可能在已有各学科分析深化基础上得到加速进行并取得令人瞩目的成果。
参考文献：
[1]杜乐天，地球排气作用——建立整体地球科学的一条统纲，地学前缘，vol.7，No.2，2000。
https://blog.sciencenet.cn/blog-51667-307966.html
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