板块构造是指地球外壳岩石圈块体在地球表面的水平运动及其相互作用，是地球区别于其他行星的最重要特征。板块运动的驱动力问题是板块构造的基本问题，也是自20世纪60年代末板块构造理论提出以来地球科学界一直关注和争论的焦点，分歧主要在于是地幔对流驱动的“Bottom up”机制还是板块本身性质决定的俯冲驱动“Top down”机制（图1）。对这两种机制及其在地球动态演化过程中相互作用模式的深入理解、准确评估与判断，是认识地球整体演化的关键。

中国科学院地质与地球物理研究所陈凌研究员等从板块运动驱动力这一基本问题入手，系统总结了过去半个世纪以来与板块构造和地幔对流相关的运动学、动力学系列研究，从不同时空尺度和动力学演化角度分析讨论了两者的相互关系和相互作用及其对地球系统时空演化的影响，并论述了未来板块运动驱动力研究的两个主要方向。该文作为封面文章发表在《中国科学：地球科学》英文版2020年第3期。

图1 板块运动的“Bottom up”和“Topdown”驱动机制

对于板块运动的驱动力问题主要存在两派观点。一派是基于“Bottom up”的认识，认为板块运动受控于板块之下的地幔对流系统，特别是起源于核幔边界的地幔柱作用于板块底部，促使大陆裂解，并驱动板块运动（图1左半部分）。这种观点强调了地幔对流，尤其是地幔柱在驱动板块运动过程中的作用，因此又被称为地幔柱构造观点。而“Top down”机制则认为板块运动的驱动力主要来源于板块自身的负浮力，板块构造和地幔对流均受控于板块的俯冲作用，因此板块构造又被称为俯冲构造（图1右半部分）。

“Top down”是目前地球科学界较为普遍接受的观点。根据该观点，板块构造和地幔对流都取决于地球表面的板块性质和状态。其中，大洋板块在自身的重力作用下发生俯冲。一方面，俯冲板片密度大于周围地幔，受到的浮力小于重力，因而能够持续俯冲，并对地表与之相连的板块产生拖拽作用（slab pull），促使其运动；另一方面，俯冲板片通过与周围地幔的黏滞耦合作用带动地幔对流（slab suction），并进一步由对流地幔产生的剪切牵引力带动上覆板块运动（图2）。“Top down”观点的产生，多来源于显生宙, 特别是200Ma以来的地质学、地球物理研究证据和板块重构结果，表明这一时期地球系统以板块（俯冲）构造为主导。然而地球系统经历了约45亿年的演化，从太古代早期到显生宙，浅表和深部结构与性质都发生了强烈改变，板块构造自形成以来也经历了显著时间演变。因此，对板块运动驱动力问题的全面认识必须考虑时间演化。进一步研究表明，板块构造与地幔柱构造在地球长期演化过程中是紧密联系的，两者存在不同时空尺度的相互作用，地幔柱构造对板块运动产生了不可忽视的影响。例如，个别板块增速、减速与单一地幔柱活动在百万年时间尺度具有耦合关系；多个板块内稳定克拉通地区地表隆升、沉积速率与地幔柱相关的岩浆活动在亿年时间尺度存在时空相关性；而全球范围的超大陆聚合、裂解与超级地幔柱活动在二十亿年以来的地质历史时期表现为周期性耦合关系(图3)。

图2 板片拖拽力和板片吸力驱动地表板块运动示意图

图3 地球历史时期超大陆时间演化与大火成岩省事件概率分布的对比

关于板块构造与地幔柱构造以及两者之间相互作用模式的争论，涉及了对板块及板块构造本身的认识和对板块构造与地球系统关系的认识。因此，未来关于板块运动驱动力的研究仍需要围绕以下两个方面展开：

(1) 将地震学、重力、形变等多学科观测与动力学模拟和实验相结合，对不同时空尺度的板块变形进行综合约束，深入开展板块流变性质研究，为进一步厘定板块运动驱动力、理解和认识板块构造本质提供基础依据。

(2) 将板块构造置于地球系统之中，作为其不可分割的一部分，将浅部与深部、自上而下与自下而上的构造过程紧密结合，从地球整体角度来开展系统深入的研究。

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http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCES/63/3/10.1007/s11430-019-9538-2?slug=fulltext