矛盾的海底扩张和地幔柱-该信谁?

梁光河

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地幔柱假说是板块构造学说创立者们提出来的，起源于夏威夷群岛上火山测年呈现严格的线性关系。但这个重大发现却出现了逻辑问题，因它与海底扩张存在极大矛盾。

图1是得到普遍引用的关于地幔柱的权威解释。其解释是：以地幔热活动中心的热点夏威夷为参照系，保持不动。由于海底扩张的传送带模式，使得太平洋板块发生北西方向运动，从而产生这些火山岛。

图1 太平洋中夏威夷-皇帝海岭测年数据特征(据 Raymondet al., 2000)

众所周知，现代板块学说把洋中脊分为快速、慢速和超慢速扩张洋中脊，东太平洋洋脊属于快速扩张的洋中脊，运动速度达13 cm/yr(万天丰2011)。夏威夷火山岛链存在这种绝对年龄线性展布，其隐含的必然的结论就是地幔运动速度很小，几乎静止，而岩石圈板块则可以每年十几厘米。这就成了传送带模式的致命伤。通常深部地幔的水平位移速度一般仅为n mm/yr,绝对都小于2 cm/yr(Minster and Jordan，1978）。小一个数量级的地幔水平位移速度是不可能带动速度较快的岩石圈板块运移的(利布特里，1986)。近年来研究结果表明，典型的热幔柱是从2900公里深的D”层到达地表的，热幔柱上升速率是非常慢的，其相对移动速度一般低于1cm/yr。

图2是地幔对流和地幔柱示意图，其矛盾是：如果地幔对流速度快，必然冲断冲散上升的地幔柱，使得地幔柱均匀散布，难以形成柱状特征；而如果地幔对流非常小，运动速度很小的地幔如何能带动其上面速度较快的板块漂移呢？因此，所谓的“地幔对流”不可能是大陆板块运移的动力来源。

图2 地幔对流和地幔柱示意图，该图的矛盾是地幔对流对垂直上升的地幔柱不起作用

针对这些矛盾，英国皇家地球物理学会会长BottM.H.P.和KusznirN.J.发表了著名的论断：“与其说地幔对流带动岩石圈板块运动, 不如说岩石圈板块带动上地幔运动”。20世纪90年代初，美国大地测量与地球物理学会（IUGG）的主席只好说，他相信板块构造的动力学机制将在未来20-30年内得到解决。实际上是委婉地承认了板块构造传送带模式有问题。由此美国科学家提出了超越板块构造的概念，但至今并没有发现哪个地方超越了。

近些年部分学者提出了大洋板块“拖拽模式”，认为大陆漂移的主要动力不是地幔对流的传送带或者洋中脊的推力，而是大洋板块的拖拽力，即俯冲到大陆板块下面的大洋板块产生的拖拽力拖动大洋板块漂移。首先这个解释不符合基本的物理学原理，因为密度2.9的大洋板块下插到密度高达3.3的上地幔中，而且越深密度越高，只会产生更大的浮力而不会产生向下的拖拽力。其次，按照这个模式，大西洋型洋壳就不会存在洋壳下插的拖拽力，那么它是如何驱动大陆板块发生漂移的？第三，传统认为洋壳俯冲后相变成榴辉岩，密度比地幔橄榄岩更大，因此能够产生拖拽力。如果这样，地球经过长期无数次俯冲，地幔应该充满榴辉岩而不是橄榄岩。这不矛盾吗?

如果海底扩张不存在，对夏威夷岛链成因按地幔柱假说进行解释就不合逻辑了。作者认为地幔柱现象是存在的，具体表现为大火成岩省的方式，其起因是大陆裂谷而不是地幔柱，而且很难证明其起源于哪个深度。诸多证据说明海底扩张不符合逻辑，也与诸多观测事实不符，并不存在，夏威夷那些岛链应该是大陆板块漂移后的火山喷发形成的岛屿。

Minster, J.B., Jordan, T.H., 1978. Present-day plate motions. J. Geophys. Res. 83,5331–5354