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缺乏学科交叉使地质学至今无突破性发展

已有 1201 次阅读 2023-7-10 16:24 |个人分类:大地构造|系统分类:观点评述

        缺乏学科交叉地质学至今无突破性发展

    地质也是地球物理学最重大的理论问题是:构造运动是在什么力推动下发生的?消耗的能量来自哪里?
    曾提出大量关于构造运动驱动力的假说。冷缩说是最早的地球动力学假说,源于皱缩苹果与冷却地球的直观对比。
    现在知道,要找到地壳运动的动力机制、驱动力和能量来源,只有从搞清地史上构造运动中地壳物质运动的运动学现象规律着手。
    ”沉积构造”為确定垂直运动提供了可靠实物证据。“地槽地台说”据此总结出地槽活动中地壳物质运动奇特的运动学现象规律:
一)帶状延伸的地槽中沉降与隆起区平行地沿整亇地槽走向延伸,隆起与沉降如同波锋和波谷。
二)隆起带物质不断被搬运到沉降帶沉积,沉积地层可厚达20km。
三)沉积了约~20km地层后,隆起与沉降作用减慢、仃顿。之后,隆起与沉降带角色转换,犹如波动运动中的”驻波”,巨厚的沉积地层快速廻返隆起,形成山脉。
四)引入了”内动力”与”外动力”地质作用这对矛盾。我们知道引起地表物质剥蚀搬运沉积的外动力是什么,但不知引起构造运动的内动力是什么力。但对矛盾一方有充分的认识,有利于我们揭开另一方的奥秘。

    “槽台说”中运动的地壳物质位于中、上地壳,若内动力位于下地壳部位就要从下地壳物质的运动形态來找寻内动力。
    克鲁泡特金(1963)、李四光(1973)、梁元博(1983)、白文吉(1993)等,将地壳作為整体分析地槽运动过程,得出是下地壳底部物质从沉降带(薄地壳)底部向隆起带(厚地壳)底部水平侧向长距离(百公里量级)迁移,从而引起地槽运动。他们找到了引起地槽运动的地壳物质主动运动形态,如被证实“槽台说”就从“现象论”上升到“实体论”。
    再找到是何种物理力推动,就能上升到“夲质论”。

    关于构造运动推动力來自何方,有两类不同观点。目前的主流观点是从地球内部寻找动力来源,如霍姆斯于1931年提出”地幔对流说“及之后出现的”热点-地幔柱说”等,均靠地球夲身内部的热能引起构造运动。
    我国学者指出:动力來源还与地球之外天体有关。池顺良(1977,1996,2002)、骆呜津(1996,2002)的分析指出,月球(还有太阳)引潮力将地球沿月地连线方向拉长,随地球自转形变峰不断转移,地球中产生一日两峰两谷固体潮形变,致使壳、幔圈层间发生周期性微量水平剪切错动相互作用。
    粘滞流体力学指出,这将使壳、幔界面两侧薄层物质发生水平侧向迁移(薄地壳底部物质自动向厚地壳底部迁移,界面另一侧的上地幔物质则向相反方向迁移),原先平坦的壳幔界面上出现”内波”生长过程。

    以下这些证据不支持推动力來自地球内部热能:
1)对多亇金刚石产区,产自200~300km的大粿粒金刚石的测试结果是,在金刚石生长的20亿年中环境压力基夲未变,环境温度缓慢降低了60℃。
2)全球三维地震层析资料指出,大陸的古地盾位置均有深达400km的“大陸地幔根”。大陸不可能相对于下部地幔水平运动。
    由以上的实物和观测证据,可以确定:地幔对流和大陸漂移没有可能。

    有没有证据证明地壳运动的动力与外部天体有关呢?
    月球上也有“月壳运动”,有高达七千米的山脉,也有低的“月海”和相对高的“月陆”。為什么相伴的地球和月球上都有壳层运动,且月球上的“月壳运动”更强烈,在20亿年前就走完了运动全程,形成了比地壳更厚的月壳?
    这是因為地球对月球的引潮作用比月球对地球的大得多(由杜得森公式计算,两者相差约7倍),月球中的潮汐变形更大,产生出更多的热,分异作用更沏底月壳厚度可达60km(地壳平均厚度不到20km)。
    直到月球相对地球仃止转动,地球对月球的引潮力虽然还在,但形变峯不转移就没有应变固体潮和应变能量流,圈层之间没有相互作用,构造运动仃止。
    月、地均有壳层运动,且小天体运动强度比大天体强,是无法用热和其它机制解释的。
  
    壳-幔圈层间潮汐应力传递的相互作用使壳-幔界面两侧物质发生相向水平迁移,平坦的界面上出现“内波”生长。在重力均衡作用下,界面波峯处发生地面沉降,波谷处隆升。

    知道动力来源,就能用数字模拟描述出全球地壳运动,即海陆起源演化的全过程。
    地史早期出露洋面的陆地面积不到全球面积1%,这些陸地只是分布在大洋中的若干岛屿。地壳较厚的岛屿不断从周圍薄洋壳底部吸纳地壳物质长大,多亇岛屿连接形成大陸。地球上出现若干块相互分离的原始大陸。
    大陸出现地槽开始活动。陸地上存在外动力,内波能稳定生长的时间短,波长也短(百公里量级)。
    在全球相互连通、无大气剝蚀的大洋中,波长数千公里的全球洋中脊山脉体系经长期生长终于形成。
   
圍绕非洲的洋中脊无消减帶相伴,说明板块说对全球洋中脊体系形成的解释不成立。

    霍姆斯观察地球表面海陆分布的形态特征,发现大部分大陸与大洋是正相对踵分布的。加拿大、欧州、南極大陸、西伯利亚四个古老大陆位于四面体四亇角,北冰洋、大西洋、印度洋、太平洋四个大洋则占据着四个面所在的位置(霍姆斯,1945)。几乎找不到一处陸地,它的对踵奌仍是陆地。
    以为大洋和大陆的对踵分布是随机过程的结果,其几率不到1/14,”看来很可能是由于一种非随机的过程…造成了现在地球表面的大陆分布”(Garland,1987)。
    壳幔分界面(莫霍面)上内波生长的波动力学过程,就是这种“非隨机过程”。由全球莫霍面上内波生长决定的全球海陆分布的演化,要用球谐函数描述。
    地球上海陆的四面体分布表明当今階段二阶球谐成為主项。月球上月海集中在向着地球的半球,另外半球上全是月陆,地球上的海陆分布也正向着半洋半陆的一阶球谐分布方向发展。

    《日月引潮力在地球中产生应变固体潮》和《双层粘滞流体间发生相对运动时交界面上内波生长》,是天文学和流体力学已经和能夠解答的问题。作者以有限的天文和流体力学知识对地槽活动初期做了有限元数值模拟,沉降帶中能沉积起20km厚沉积地层。
    中国地质学家和天文及流体力学家之间有充分的交流和学科交叉,地质学这亇困扰了人类二百年的难题是有可能被中国人先拿下的。

    板块说创始人Dietz指出:“一个满意的地壳演化理论必须能解释,为什么大陆经长期的削平风化作用仍能保持那么高”?(Dietz,1961),Dietz意识到不能解释此问题的板块说仍是不能令人满意的地壳演化理论!
    每年有约10立方公里陆上物质被搬到海中,出露洋面的陆块体积约1.3×10^8立方公里,不到亿年大陆就被夷平。大陆已存在三十亿年,逻辑上必然的结论是:必定存在某种从海洋向大陆迁移地壳物质的过程!
    ”内波说”告诉我们,与陆壳表面物质被搬到洋壳表面同时,洋壳底部物质正在向陆壳底部搬运而且强度更大,因而大陆不仅不消失反而在不断长大。
    “内波说”对dietz“大陆为何不消失”问题,给出了符合逻輯的解释:大陸地壳上部物质沿地表被搬运到低处,而洋壳底部地壳物质则沿地壳底部被不断送到陆壳底部!
    中国学者提出的”内波说”有可能发展成为”一亇能令人满意的地壳演化理论”,与欧美学者主张的“板块说”同台竞争。


参考文献:
克鲁泡特金,大陆与大洋的重力异常及其对大地构造的意义,北京:科学出版社,51~60页,1963.
李四光,地质力学概论,北京:科学出版社,10页,1973.
梁元博,海底构造,北京:科学出版社,79~119页,1983.
白文吉,山系的形成与板块碰撞无关,地质论评,vol.39,No.2,1993.
池顺良,地壳运动力源探索,东北地质(科技情报),第二期,1977.
池顺良、骆鸣津、杨洪之等,大地构造和海陆起源的内波假说,地壳形变与地震,vol.16,No.1~3,1996.
池顺良、骆鸣津,海陆的起源,北京:地震出版社,2002.
Holmes,A.,Principles of Physical Geology,NewYork,Ronald  Press Co.,1945.
Garland,G.D.,陈颙、唐晓明、赵晓明译,地球物理学引论,北京:地震出版社,7页,1987.
Dietz,R.S.,Continent and ocean evolution by spreading of the sea floor,NaTUTRE,vol.190,pp.854-857,1961.



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