30 塑造地球外貌的力量可能来自内部 /杨学祥 杨冬红
科学画报 2012年12期
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摘要： 

许多人认为魔鬼已经来了，其中最流行的的想法是世界末日正在开始。乔治·亨利希·克里斯特在1812年1月23日撰写了地震的系列文章，密西西比河谷的断裂解释了人们的大量死亡。两个世纪过去了，我们仍未接近真相。按照板块构造假说，美国中西部不是发生地震的地方。

需要解释的事例不仅仅是这一件。远离苏格兰西海岸被海水淹没的化石，南太平洋的海底火山，南非内陆的膨胀穹窿，整个世界我们都可以看到板块理论无法解释的地貌。

一项新的研究被接受，全部答案在我们的星球内部。如果是这样，它将撼动半个世纪以来建立起的板块构造基础。 

地球在其深部发生了什么？在不属于板块理论的地域之下，板块理论的开创人美国地球物理学家贾森·摩根在20世纪70年代第一个发现板块理论解释夏威夷岛特殊地貌的缺欠。该岛远离太平洋板块边界数千里，而板块里理论认为，在板块边界线，火山喷发起源于板块脆弱地区允许热物质从地幔上涌喷出。摩根恢复了加拿大地球物理学家约翰·威尔逊的早期观点，主张在数千里之下地幔热物质构成的地幔柱（亦称地幔）上涌，打破了地球表面的地壳。

中国在20世纪90年代也兴起了地幔柱研究的热潮。傅承义教授认为，地球形成初期的密度分布是均匀的，后来由于重力分异，重物质下沉，轻物质上升，逐渐形成现在的分层地球。理论模型研究和实际测量表明，地球表面的重物质在重力作用下向地心集中的同时，地球动能也向地核集中，加快了内核的自转速度，减慢了地壳和地幔的自转速度，形成了不同圈层旋转速度的差异，其中内核旋转最快，地壳最慢。1996年宋晓东等人在英国自然杂志发表文章指出，地震波测量表明，内核每年相对东向旋转约0.4°- 1.8°。

地球内外圈层的差异旋转，使核幔边界不仅是热交换边界，而且是圈层角动量交换的边界。圈层角动量使地壳和地幔自转变快，内核自转变慢，部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模热幔柱喷发的原因。

在过去450百万年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。在志留纪至早泥盆纪和中生代，这阶段由于地球旋转速度加快，使地磁极具正极性、洋脊活动增强、火山和热幔柱活动增强、全球性海侵和古气候变暖；自晚泥盆纪至二叠纪和新生代，是地球旋转速度减慢时期，表现为负极性为主、洋脊活动减弱、火山和热幔柱活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。

火山热幔柱活动高峰对应全球气候变暖和地球自转加快，火山热幔柱活动低谷对应全球气候变冷和地球自转减慢。历史数据证明，圈层角动量交换是热能集中在核幔边界的原因，是超级热幔柱剧烈喷发的动力和源泉。

    距今252~247百万年前早三叠世时期是石炭-二叠纪大冰期和中生代温暖期的转折时期，超级火山喷发、致命高温与地球自转加速相一致。目前，地球气候也面临从第四纪大冰期向下一个温暖期的转变，我们现在正处于地球气候最坏时期的前夕。在致命高温发生前，一定要发生超级火山喷发，而核幔角动量交换是超级火山产生的原因，所以地球自转速度加快是超级火山喷发的前兆。我们有充分的时间应对致命高温的到来。