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中国地学往何处去,内波说公开挑战板块说

已有 752 次阅读 2023-7-16 17:17 |个人分类:大地构造|系统分类:观点评述

 

        “板块说”的缺陷与“内波说”的优势……谁能最终胜出!
       
    地球上为何会形成山脉、地层褶皱和海陆的差异?
    ”海陆起源”是“天地生”三大起源问题之一,是地学一直在追索答案的核心问题。
    新中国成立,在地质勘查实践基础上地质界出现多亇学派,探寻地壳运动发生的内因。
    1973年,李四光在《地质力学概论》书中指出:沉降和隆起运动的发生,起因于沉降带底部的地壳物质侧向水平迁移到隆起带底部(李四光,1973)。
    笔者于1977年写了“地壳运动力源探索”,发表在《东北地质》上。此文说明是什么力量推动沉降带底部地壳物质向隆起带底部迁移。这种力量消耗地球转动能,转动停止地壳运动消逝。
     找到推动力后提出了地壳运动的动力学假说《内波说》(池顺良、骆鸣津,2002)。
     建立海陸起源动力学理论的工作在逐步推进中。

    1960年代,欧美学者在“地幔对流”、“洋底扩张”假说基础上提出“板块说”。
    七十年代是中美“蜜月期”,八十年代主张一切与国际接轨。
    板块说传入后,很快成为地学主流理论,“大陆漂移”、“板块碰撞”广泛流传,被编入教科书。非板块说的探索文章得不到发表机会和支持。
    中国地学只能成为“板块说”的追随者?
    对板块说国内並非没有质疑声。
    地质学家任纪舜院士指出:大洋底多处发现古老地层与海底扩张说矛盾(任纪舜,2015)。
    地质学家马宗晋院士直率地指出了板块理论的严重缺陷:“板块运动机制至今没有确定,板块运动驱动力不能确定,始终是板块构造理论的严重缺陷。动力学机制是任何一种学说或理论赖以立足的根基,所以是一个不能回避的问题“。
    地球物理学家滕吉文院士针对板块运动的动力机制指出:“板块构造理论以地幔对流來解释其运动的力源,……但也应当看到,它毕竟仍是一亇猜想,十分缺乏观测数据的检验”(滕吉文,2009)。建立在缺乏观测数据支持的“地幔对流”假说上的”板块说”基础是不稳固的。

    马先生进一步指出建立地壳运动的动力学假说至少要满足三亇条件:”任何一种合理的地壳动力学或地球动力学假说,至少要满足以下一些条件:①能对全球的构造运动特征及其空间分布规律和构造演化过程作出解释;②所依赖的动力因子既有足够的能量,其作用方式又能合理说明构造变形场的特征;③应符合物理学的基夲原理和地球内部物质的物理-化学性质。从这些条件看,迄今还没有一种地球动力学假说是完善的”----板块说只是一种不完善的地球动力学假说(马宗晉,2007)。

    国内了解“板块说”缺陷的学者提出了“龟裂说”、“膨胀说”、“收缩说”、“内波说”等多种地球动力假说。
    笔者提出“内波说”,现就马先生“合理的地球动力学假说”需要满足的三亇条件,看“板块说”和“内波说”谁能满足条件作一比较。

    (一)要符合全球构造运动特征及其空间分布规律和构造演化过程
a)大山脉形成是全球重要的构造运动,构成山脉的地层是年代有序的层状结构。
    板块说认為山脉是板块碰撞造成;野外地质学家认為“山系的形成与板块碰撞无关”(白文吉、杨经绥,1993)。
    喜山顶部水平、年代有序的层状岩层结构,难以想像由板块碰撞形成。
    槽台说揭示了山系形成中年代有序层状结构地层的形成过程。  内波说是在“槽台说”山系形成事实上提出,能解释构成山系的地层结构特征。

b)全球构造最重要的空间分布规律是海陆的四面体分布。
    大部分大陸与大洋是正相对踵分布的。四个古老大陆位于四面体四亇角,四个大洋则占据着四个面所在的位置。几乎找不到一处陸地,它的对踵奌仍是陆地。
    内波说指出这是厚地壳吸引较薄地壳物质到其底部,最终形成数量较少大陸块,洋陆对踵是海陆演化后期最可能的分布形式。
    太阳系形成是尘埃物质团在三维空间中互相吸引形成中心天体和众多行星的过程。地壳运动发生在二维球面上,是地壳物质间吸引与排斥运动的结果。吸引力来自“波的迎风面应力增强,背风面应力减弱的对称性破缺”。
    板块说认為大洋和大陆的对踵分布是目前大陆恰好漂移到此。
    但板块随机运动出现此结果的几率不到1/14。加上大陆分裂与合併的漂移方案众多,令全球海陸分布及运动无规律性可言。

c)全球构造演化过程的主要特征
    地史学指出,37亿年前地球上陆地面积很小(<1%),20亿年前陸地面积占7%,现今占29%(荣书之,1983)。
    全球构造演化过程的主要特征是陸地面积不断扩大。
    地球形成之初地表曾经历岩浆洋阶段,冷却后形成厚度相对均匀的地壳,被水覆盖后全球均為大洋。
    原始地壳总有一些厚度稍厚处,它们将周围地壳底部的玄武岩物质吸纳到底部,加厚的地壳
出露洋面成為岛屿。島屿又生长為陆地,陆地面积不断扩大,大洋面积继续缩小。
    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,不到亿年大陆就应被夷平。
    板块说创始人Dietz意识到这一矛盾,指出:“一个满意的地壳演化理论必须能解释大陸为何没有消失?“
    解释不了“大陆为何没有消失”的板块说,是一亇不能令人满意的地壳演化理论!
    ”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长大。
     “内波说”对dietz“大陆为何不消失”给出了符合逻輯的解释。
 
(二)地壳运动的动力因子既有足够能量,其作用方式能合理说明构造变形场的特征  

a) 全球地震活动释放能量為5×10^18J,此值为构造运动所需能量下限。地球只有热能和自转能耗散比它大。
    板块说以“地幔热对流”推动,但多地产于200~300km深的大棵粒金刚石的环境压力在20亿年中基夲未变的事实不支持存在大尺度地幔对流。
    剩下可能的地壳运动能量來源是地球自转能耗散。
    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,驱动茣霍面两侧物质水平相向迁移。加上摩擦损耗,地球自转能每年耗散达1.3×10^20J,比地壳运动所需能量下限大一亇数量级。

b)内波说所需能量來自转动能耗散,与此相关的现象是:地球自转轴通过的两极地区地震活动极微弱,强震与构造运动激烈的地区位于35~55纬度带。
     全球构造运动与纬度相关,支持构造运动与地球自转有关。

(三)符合物理学基夲原理和地球内部物质的理-化性质

a)对缓慢的地质运动,地球内部壳、幔物质的运动可用粘滞系数10^20~22Pa.s的粘滞流体近似。

b)地球中各处产生的潮汐应力应变和位移的计算已由《行星地球的固体潮》学科解决。
    日月引力造成的固体潮中,能量最大的是一日双峯双谷的半日潮。与潮汐运动相伴的是在地球周身流动的“潮汐能流”,其值达到0.1W/m^2,比热能流大。

c)“槽台说”描述了原先平坦的地壳和地面是如何分化為平行分布的若干条沉降和隆起地帶。
    内波说在简化的壳-幔二维模型中,用数值模拟演示了平坦的地壳和地面出现隆起与沉降活动的过程。模拟计算中沉降帶可沉积20km厚地层。过程大致如下:
    平坦的莫霍面上总有微弱的起伏,壳、幔间周期性水平剪切应变将推动地壳底部玄武岩物质向莫霍面凹陷(地壳较厚处)迁移,微弱起伏发展為大的波动。重力均衡作用下莫霍面波峯处成為沉降带,波谷成为隆起带。
    随莫霍面内波波幅增大,逆重力迁移物质的过程因驱动力与重力回复力平衡而仃顿。地面波动与莫霍面内波呈现為起伏相反的波动。这种情况出现在没有大气剥蚀作用的洋底,波动运动向优势波长增加方向发展,数十亿年后形成延展全球大洋,总长6万km的洋中脊山脉系统。
    陸地上外动力地质作用将隆起带物质剥蚀搬运到沉降带沉积。负荷作用令莫霍面波动幅度降低,壳底物质迁移得以继续进行。直到沉降带沉积起巨厚(~20km)沉积地层。
    大量物质从隆起帶搬运到沉降帶,在负载作用下隆起沉降交接处的地壳和上地幔在巨大垂直剪切力作用下形成深大断裂,生成于上地幔的大棵粒金刚石得以到达地表。

    此时,出现在莫霍面处的已是温度低,粘滞系数大的上地壳地层,壳底玄武岩物质的迁移过程仃止。笔者的二维数值模拟到此为止。

    而板块说中板块和大陆俯冲是违反物理原理根本不可能发生。地球内部物质深度越深密度越大,板块俯冲是违反阿基米德原理的。


    内波说就“合理的地球动力学假说”需要满足的三亇条件作了检查。“板块说”是否向公众介绍一下,哪些能满足哪些不能满足要求。
    或者回答以下公众的疑问:1)大陸漂移和板块运动中,大陸古地盾下方深400公里高密度“大陆地幔根”如何能保持在古地盾下方不被切掉的?;2)在200~300公里深处经20亿年生成的大棵粒金刚石的环境压力为何基本不变。难道金刚石能抗拒地幔对流的带动?;3)在剝蚀作用下大陸为什么不消失?。

    地学需要一亇行星地球圈层分异地壳形成,行星演化阶段完成,地质演化阶段开始直至构造运动能量耗尽地壳运动仃止,全过程演化可数值模拟演示的动力学理论。
    内波说将在全球壳幔球面上建立地壳演化模型,再现一亇类地球的地壳演化过程。
    这是一亇科学工程,需要国家力量投入才能完成。
    我国的”内波说”如果发展成“一亇能令人满意的地壳演化理论”,在与欧美学者主张的“板块说”同台竞争中取胜。我国将在基础科学领域取得自已应有的地位。我国将不再冒目追随洋人的”时髦新理论”,科学创新能力和判断能力和自信心大为增强。


 


参考文献
李四光,地质力学概论,北京:地质岀版社,1973,10页.
池顺良、骆鸣津,海陆的起源,北京:地震出版社,2002.
任纪舜、徐芹芹、赵磊,寻找消失的大陆,地质论评,2015,61(5):969~989.
滕吉文、白武明、张宗杰等,中国大陆动力学研究导向和思考,地球物理学进展,2009,24(6):1913~1936.j
马宗晋、杜品仁,地球的非对称性,合肥:安徽教育出版社,2007,158,332~334.:
白文吉、杨经绥,山系的形成与板块构造碰撞无关,地质论评,1993,39(2):110~117.
荣书之、齐有科,地质学概论,兰州:甘肃人民出版社,237页,1983.

 



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