大陆漂移的源动力

——热力不平衡驱动模式

The source power for Continental drift

——Plate self-drive mode

（本文为2013年第六届构造地质与地球动力学学术研讨会部分内容）

（全文发表在Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2013, 3, 86-96）

梁光河

中国科学院地质与地球物理研究所

中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京，100029

摘要：大陆板块会在热力驱动下发生大规模漂移。大陆板块运动划开洋壳引起部分熔融状态的岩浆上涌，在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。就好比大陆板块自带了一个螺旋桨，靠自身漂移过程产生的热力前后的不平衡而驱动前行。道理很简单：大陆板块运动中其前面处于挤压环境，地下深处的岩浆无法外泄。而大陆板块滑过洋壳并切割洋壳，其后面处于开放环境，地下深处的岩浆不断上涌，推动大陆板块向前运动。

 1 引言  

   魏格纳100年前提出的大陆漂移学被认为是百年以来最伟大的科学进展之一(路甬祥，2012）。大陆会漂移是一个不争的事实，图1是美国地质调查局（USGS）给出的全球1.5亿年以来各个板块的漂移动画图，但这个驱动大陆漂移的动力源是什么，一直困扰着全世界的地质学家。

图1 全球1.5亿年以来各个板块的漂移动画图（据美国USGS）

   魏格纳当时给出的力源是：向赤道的离极力；因地球自转产生向西的力；重力均衡产生的垂直向上的力（赵文津，2009）。这些力后来被证明是不可能的驱动大陆板块漂移的。因此大陆漂移学说被否认，形成了所谓的海底扩张说和板块构造说。

   可以说现代大地构造学说的发展历程是三部曲：“大陆漂移说—海底扩张说—板块构造说”，三个学说都是基于大陆漂移学说提出的“大陆块漂浮在较重的粘性大洋软流圈上”这一基本出发点。形象地比喻：“就好像很多轮船（大陆板块）漂浮在大洋上（大洋软流圈）”。它们的关键不同点是：大陆漂移说认为轮船能够自己行走，海水是不动的；而海底扩张说和板块构造说认为轮船是自己不会行走的，是依靠海水流动（动力源是地幔对流）带动轮船行走。大陆漂移说之所以遭到后来者的抛弃就是因为其提出的驱动轮船行走的动力机制是错误的。魏格纳也因此遭到无情抛弃，孤独地客逝在寻找这个力源的野外考察中。

   那么这个驱动大陆漂移的力到底是什么呢？简单地说就是板块运移划开洋壳引起岩浆上涌，在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。并在后面留下了尾迹。按照海底扩张假说，陆块漂移后不会留下尾迹，就像海洋中的漂流瓶子一样。而如果陆块自己会漂移，它应该像轮船一样留下尾迹（图2）

 图2 大陆漂移、海底扩张和板块构造概念

2 理论模型

  当板块漂移过后，会留下尾迹，因为板块底部并不光滑，类似我们在地板上推动一个不规则的石块，会刮蹭出来一些深沟。这些深沟会逐步充填那些刮蹭堆积物。同时由于深沟属于洋壳的薄弱地方，会引起深部岩浆的上涌，甚至喷出地表（图3）。注意图中下部红色的“大洋地壳下层”是指我们并不确定板块能切割到哪个是深度，因此用一个模糊的概念，指的是大洋地壳以下的岩层，这个岩层会随着深度逐渐增温，处于一种黏滞状态（具有热塑性），而且越往深处热塑性越好，处于半流动状态。

图3 板块漂移后轨迹处地下岩层随时间变化

   沿着上述图形的阶段（Ｃ）垂直切割一个剖面，可以得到如下图形模式（图4）。该模型说明大陆板块在大洋中是通过热力驱动的，简单地说就是板块运移划开洋壳引起半熔融状态的岩浆上涌，在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。就好比大陆板块自带了一个螺旋桨，靠自身漂移过程产生的热力前后的不平衡而驱动前行（图5）。事实上，这种运动需要一个初始推动力，这个力从哪里来？参见：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1074480&do=blog&id=738873 。

     逻辑很简单：大陆板块运动中其前面处于挤压环境，地下深处的岩浆无法外泄。而大陆板块滑过洋壳并切割洋壳，其后面处于开放环境，地下深处的岩浆上涌，推动大陆板块向前运动。

   从这个板块运动模型我们可以看出，其有几个特点，在板块运动的前端会形成一个下地壳流，并使洋壳隆起。同时在陆块的前端形成高山和逆冲断层。在陆块的尾部会形成深海沉积和一系列正断层。板块的后面会形成尾迹（包括火山、遗撒物或刮蹭堆积）。

图4 大陆漂移模式图 

图5 大陆漂移动画图， 板块运移划开洋壳引起岩浆上涌，在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前跑

３ 实际例证

 　　　如果作者提出的模型是正确的，那么必然会从当前已经确认正在漂移的板块上面得到体现。众所周知的印度板块是从南往北正快速移动的一个较大板块，从下图（图6）中我们可以很清楚地看出，印度板块向北漂移中在尾部遗留下来了两个明显的边界轨迹（近南北向），就好像一架马车留下的两个车辙。西边的轨迹（车辙）形成了马尔代夫火山岛链。东边的轨迹（车辙）目前是一个水下海山，其中熔岩正在上拱，正处于蓄势待发阶段。我们大致以马尔代夫岛链上的马累岛做两个横切面，在深度剖面上会看的更清楚。其中A-B线位置如图中的近东西向红线所示。它横跨了印度板块漂移后留下的两个轨迹，西边的轨迹处就是马累岛，深度剖面图如图中右下角所示。可以看出，其中马累岛是一个高出海平面大约200米的海岛，而东侧的轨迹是一个水下海岭。这两个轨迹在印度板块划过后都上涌鼓起，从而推动了印度板块的向北漂移。剖面C-D线是一条近南北向的红色线条。其深度剖面示意图如图右侧中部所示。这个模型示意图就是我们的自驱动模型的截图。该模型说明当印度板块划过大洋板块时，由于海水的迅速冷却可能并不能直接发生岩浆喷发，而是岩浆上涌到一定的高度后迅速冷却，从而在大陆板块后方留下一个大大岩浆鼓包，该岩浆鼓包会随着时间的推移在板块的更后方迅速冷却，从而变的深度加大，形成一个熔岩推动大陆板块漂移的自驱动模式。理论上该驱动力可以足够大，足以推动大陆板块的漂移。 

 图6 印度板块与大陆漂移模式对比图

   印度板块后面是否存在上述模式中的岩浆上涌推动？图7给出了一个很明确的答案，该图展示的是印度洋东北部的孟加拉湾地区的高精度地震勘探结果，结果表明无论是90度海岭还是85度海岭处，其深部都存在深部物质的上涌，这与模型3中的阶段C和D吻合。图右侧的黑色部分可以解释为深部岩浆的上涌所致，而且该地区沉积物都是新生代的，这与漂移时间吻合，也就是说这些沉积是印度板块漂移碰撞之后形成的。

   图8给出了印度洋地区的重力异常图，从该图也可以很明显地看出近南北向的高重力异常条带，显示的是地下高密度玄武岩上涌所致。图9给出的是该地区的磁异常和大西洋地区的磁异常对比，可以看出大西洋地区洋中脊区域磁异常条带特别明显，而印度洋地区所谓的洋中脊区域磁异常很杂乱，没有大西洋洋中脊处的那种磁异常条带特征。说明推动印度板块北漂的并不是海底扩张。

图7 印度洋孟加拉湾地震测线位置及4条地震勘探剖面图（Laju Michael and K. S.Krishna，2011）

图8 印度板块及印度洋地区重力异常图

图9 大西洋及印度洋地区磁异常对比图

    印度板块南部3个海岭（图10），对东侧90度海岭有两种认识，一是地幔柱，二是2012年伦敦大学Robert模拟的古洋中脊，但从地形地貌图上，看不出东侧的90度海岭存在洋中脊的特征（比如转换断层）。中间的马尔代夫岛链-地幔柱，地幔柱成因已经被古地磁数据否定。西侧的Owen断裂被认为是转换断层，可以看出它与附近的转换断层明显不同。更重要的是印度洋洋中脊的扩展方向与目前观测到的印度板块的运动方向近乎垂直，因此印度板块的北漂的动力不可能是海底扩张。

图10 印度洋地区地形图及海底扩张方向及印度板块运动方向

　　位于澳大利亚东北方向的新喀里多尼亚岛（中心点坐标南纬21°25'43.62"，东经165°30'40.98"东）是一个长条形岛屿，长大约420公里，宽60公里。这是一个典型的正在大洋漂移的岛屿，从尾迹可以看出，它正在向东南方向运动。值得关注的是这个小小的岛屿竟然镍矿储量居世界第一位，约占世界储量的25%，同时是世界上最大的铁镍生产国。这说明深部物质聚集到该区域。从下面的鸟瞰图我们会更清楚地发现图中所呈现的特征与我们给出的板块运动自驱动模型几乎完全吻合。该岛屿及后面拖尾两侧都是深达3000米以上的海沟。岛屿后面浅红色部分是后面相对鼓起的一个红包（图11)。

图11 新喀里多尼亚岛与大陆漂移模式图

   位于南非板块东部的马达加斯加是一个较大的陆块，其中心点位置是南纬19°18'37.37"，东经46°47'25.49"。图中可以清晰地看出其正朝北漂移，留下了一个拖尾隆起。位于马达加斯加岛东部的一个非常小的岛屿（中心坐标南纬19°44'12.23"，东经63°23'2.36"，在本图中像一个小蝌蚪），名字叫Rodrigues岛。面积大约只有20公里长20公里宽，经放大后同样可以看到该地块正在超东偏南方向移动。后面同样存在拖尾隆起(图12）。

 图12 马达加斯岛与大陆漂移模式图

   我们熟知的冰岛，是骑在大西洋洋中脊上的板块，正在超北东漂移（图13），后面同样存在一个拖尾隆起（按照海底扩张假说，冰岛早就该四分五裂了，但仍很完整）。例子还有很多，比如毛里求斯等等岛屿，数不胜数。

  图13 冰岛与大陆漂移模式图

４ 类比试验及讨论

　　　如果作者提出的板块自驱动模式是合理的，理论上是应该可以通过实验室来再现的。但目前作者的实际条件并不能满足要求，首先没有实验室可以模拟大规模熔融的岩浆，还要求上覆一定厚度的沉积物，当然上面还少不了海水。这个模型实现起来需要国家层面的实验室才可以完成，而且投入一定不小。但我们可以通过3个类比试验，来说明这个模式是否合理。

类比试验（1）：上初中时候的一节化学课对我印象印象特别深刻，那就是“金属钠和水的反应”。老师把一小块金属钠放入水中，金属钠发出嘶嘶的响声并四处游动。这是由于化学生热产生了热力的不平衡驱动金属钠漂移了。

类比试验（2）：作者也做了一个茶色冰块的类比试验，我们大都认为冰块放在水上是不会自己移动的，但事实上，只要冰块形状前后不一样大（比如下面视频中的菱形冰块），是自己会移动的，这是一种物理吸热产生的冰块前后热力不平衡驱动所致。视频如下：

   任何人都可以在家做个类比试验来证明：只要存在热力的不平衡就有可能产生运动。我们的冰箱都可以造冰块，要求冰块一头大一头小，把冰块轻轻放进一个装满水的大碗里，看看是不是会自己漂移动起来？答案是肯定的。

类比试验（3）：另外一个类比试验就像我们做菜，用那种凝固的猪油，放在热锅上是不是会跑？这与大陆板块漂浮在热的软流圈上类似。

   大陆漂移本来是个简单的问题，因为源动力的问题，让国外权威专家弄出所谓的“海底扩张假说”把问题复杂化了。事实证明海底扩张是一个错误的假说，把地学带入了歧途。    

５ 结论与讨论

   （1）首先从最简单的物理力学和沉积学原理从理论上给出了一个板块自驱动模式。然后通过5个实际例子印证该自驱动模式的普适性。最后给出了一个类比试验，说明大陆板块在大洋中是通过热力驱动的，就好比大陆板块自带了一个螺旋桨。

  （2） 本文的结论支持了魏格纳的大陆漂移学说的大部分内容。大陆板块自己是会漂移的，并会在后面留下尾迹。

  （3）本文所说的热力不平衡驱动力应该是驱动板块运动的主要力源，次要力源还包括地球自转造成的板块整体向西漂移的力，这点在google-earth地图上可以很清楚地看到，它表现为板块划过后在太平洋上留下的近东西向的斑马条纹。

　（4）理论上该模型是可以通过实验室再现的，因此建议从国家层面实验室立项进行试验，如果试验成功，将对地球科学产生巨大的影响力，至少能将现代大地构造研究带回正确的轨道。

全文发表在Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2013, 3, 86-96

全文免费下载：http://www.hanspub.org/DownLoad/Page_DownLoad.aspx?FileName=AG20130200000_56699589.pdf

  作者的12篇最新论文均可在网上免费阅读，这些论文没有简单的说教，以大量的图表事实为依据，中心思想是“大陆会在热力驱动下自己漂移，并留下尾迹”，很多人愿意把地学复杂化，好像越复杂越有学问，普通大众听不懂学问就更大。

（1）大陆漂移的源动力是什么？

（2）海南岛从哪里来？

（3）日本从哪里来？

（4）台湾从哪里来？

（5）夏威夷、马尔代夫从哪里来？

（6）朝鲜半岛哪里来及郯庐断裂动力机制？

（7）北极冰川融化的根源？

（8）加拿大破碎山河成因之谜？

（9）全球山脉成因之谜？

（10）美国黄石公园间歇泉成因之谜？

（11）“海底扩张”—将地学引向歧途的错误假说，

（12）地震的预测与消减方法等。

具体参见：探密地球http://blog.sciencenet.cn/u/liangguanghe1