1.  前言

我们居住、生活在地球上，但对她的认识却很肤浅。地球科学为解释山脉的形成，提出了一个又一个假说，至今没有一个令人满意。陆地和海洋的起源仍是地球科学未能阐明的问题。

对地球的探索，主要是“……探究那些不但是我们所不曾经历过的，而且一般地是任何人所不曾经历过的过程，所以在这里要获得终极的最后真理是非常费力的事情……。”（恩格斯，“反杜林论”）

板块说只是我们认识地球漫长过程中的一幕。随着资料积累和探索的深入，“已发现很多与板块理论不相符合的事实，大洋内也有很多现象不能用板块构造理论解释，过去作的深海钻探其实很浅。地球科学理论的发展已出现多元化局面和用新理论替代的趋势。已有很多新资料对板块理论提出了质疑和反证。”（香山科学讨论会上马宗晋发言）

开始于上世纪六十年代的“地球科学革命”，用“活动论”图像代替了经典地质学的“固定论”图像。

固体地球物理学用上地幔存在“软流层”及地幔刚度与作用力持续时间有关，最后支持了“活动论”。但也在人门头脑中造成地幔物质柔软的错觉。

在新的“活动论”图像中，各大陆有时聚成超大陆，有时分散到各地。板块说主张的这些大尺度运动的动力都建立在“地幔对流”假说之上。

但霍姆斯在大胆提出“地幔对流”设想同时，谨慎地指出，“地幔对流这种为适应特别需要而虚构的推测，在得到独立的证据支持之前是没有科学价值的”。 “……地幔对流能否驱动板块有规律运动，并合理解释全球构造现象，也是一个存有重大争论而未确定的问题。甚至说，大规模地幔对流究竟能否发生，也尚属疑问” （盖保民1991）。

地球科学中一些重要事实也不支持“地幔对流”。

上世纪70年代“国际上地幔计划”的主要成果是发现了上地幔的不均一性。各大洋洋岛及洋中脊玄武岩同位素成分的系统差异、超大型矿床的点状分布和独一无二性说明上地幔承袭了原始地球从星子聚积时的不均一性。地热学研究发现放射性元素含量随深度指数衰减，地球深部放射性元素稀少，对流缺少热能支持。这些事实都不利于对流说。加上推动板块运动的动力机制一直没有搞清，全球板块活动图像究竟是真是假？各方争执不下。

有没有地幔对流存在或不存在的直接证据呢？

 

2. 大颗粒金刚石带来上地幔不对流的实物证据

1984年，Richardson测定了Kimberley 和Finsch金刚石中石榴石包裹体的年龄，均为太古代（32-33亿年）结晶产物，它们的寄主岩侵位于中生代。这些成果使人们认识到大颗粒金刚石是生长在地幔中的。大颗粒金刚石属古老地幔结晶成因的观点获得了有力的证据，并得到了广泛认可。

    金刚石在数十亿年生长过程中捕获的包裹体中包含了关于地幔环境条件的丰富信息。金刚石是最硬的矿物，加上本身的化学惰性，使金刚石成为携带地幔流体和包裹体成分到地球表层最好的矿物信使。

金刚石在其生长过程中环境压力、温度、氧逸度、碳饱和程度等的改变，导致杂质和晶体缺陷在晶体中形成环带构造。这种环带构造为研究金刚石生长过程中环境的变化提供了可能。

金刚石不同环带包裹体中的共生矿物对可用来计算金刚石生长温度及压力的变化。Bulanova 用Ellis 和Greend地质温度计对Yakutian 金刚石不同环带生长的温度进行了推算，结果表明环带从中心到边缘，其形成温度从1250℃下降到1190℃,压力无大的变化。对有关金刚石硅酸盐包裹体的温、压测定表明，大多数金刚石形成于温度1000～1300℃、压力4～7GPa，即 150～230km 深度的环境中。少数有可能形成于450km深处。

随深度增加，地幔中温度与压力急剧增大。大颗粒天然金刚石的形成经过了数十亿年时间，在此漫长的地质时间中，金刚石中记录下的环境温度和压力的变化却很小。说明金刚石是在相对固定深度的上地幔中经长期生长生成的。

矿物学家从矿物学角度出发的研究出乎意料地给“地幔对流”研究提供了重要的实物证据。根据这些资料我们已可作出结论：在20～30亿年的长时间中，金刚石安静地待在150-230km或更深的上地幔中，慢慢地生长，金刚石的位置30亿年中没有明显的上下变动。

地幔对流学者认为，在地幔中既存在全地幔范围的大尺度对流，也存在上地幔小尺度（二级）对流和局部层状对流。Morgan、Deffeys、Loper、Olson、Maruyama(丸山茂德) 等人又提出了“地幔羽”、超级冷、热地幔柱等地幔运动驱动机制。在将地幔运动概念用于具体大地构造问题研究中，进一步发展出：超级大陆会聚、裂解，岩石圈拆沉、去根，超级冷地幔下降流、大陆深俯冲等概念。呈现在我们面前的是一幅地幔物质高度活动的图象。在这样一幅活动图象中，上地幔中难以找到一处地方能够在数十亿年中是静止的。

    既然“板块说”认定地幔对流是它的驱动机制，整个地幔物质如煮开的粥似地翻腾正是这个理论体系的必然结果。

    但是，金刚石的生长史却与这样的图象冲突！从上地幔来的金刚石作为实物证据，给我们带来了确凿的信息：30亿年来，这些金刚石所在的上地幔没有参与对流。

地表没有发现下地幔矿物，难以判断下地幔对流状态，但是，只要上地幔不存在对流，“地幔对流”在地球科学中的地位就要重新考虑。因为设想的“地幔对流”正是通过对流上边界影响全球大地构造运动的。

由于这一问题对地球科学的重要性，对产于各地的大颗粒天然金刚石进行年龄、温压、生长史的测定应是地球科学的重要课题。

 

3. 地震层析成像发现“大陆根”，大陆无法漂移

板块说建立后过了十多年，地震学家发展了三维地震层析成像技术，希望能找到地幔对流的观测证据。

地震学家给地球作CT透视，绘出地球三维地震层析图（Dziewonski and Anderson，1984）,没有显示地幔中存在对流的证据，却发现了“大陆根”现象。波速扰动大于2％的高速体位于各大陆块下方，深达400公里以上。（图1）显示横切北美古陆核的层析剖面图。

 

图1. 古大陆陆核下方高波速的大陆地幔根，深度达到400公里以上（Grand,1987）

 

高波速大陆根存在是普遍现象，这在各个地震层析研究组发表的层析图上都能看到。加拿大－格陵兰地盾、西伯利亚－北欧地盾、西澳大利亚地盾、南美地盾、非洲地盾都存在高波速大陆深地幔根

（图2）是上地幔P波层析图上高波速异常区与地表地质对比图。图中所有古大陆底部都发育高波速大陆根，高波速区延伸到大约400公里深处。关于大陆根的深度，各种层析图由于使用的资料和成像反演方法不同，各家的结果有一些差别，细节上也有一些不同。在（图1）中，陆根看来深达500-600公里，但在有些S波层析图上，陆根在400公里深度便趋于尖灭。总的看来，陆根深度约400公里。 

图2. 太古界、元古界陆核的分布及全球上地幔P波高波速异常区

与地表地质对比图（Fokao，1994）

 

大陆存在地幔根使得以150-200公里深处软流圈底部为上界的地幔对流设想被否定，地幔对流被限制在比400公里深的区域。

大陆的“深根”成了所有要求大陆发生运动的假说的致命障碍（Meyerhoff，1992）。  这就是为什么在发现大陆地幔根现象后不久，Lowman (1985) 就提出了‘大陆固定不动的板块说’的原因。

谁也无法说明具有深地幔根的大陆在漂移后，陆根如何还能保存在大陆下方！

“大陆根”这一观测事实使“大陆漂移”、“板块运动”实际上不可能发生。地球科学家必须又一次在“活动论”和“固定论”间作出选择！

大陆根这一具有全球性特征的现象肯定具有重要的大地构造学意义。1994年，Fokao 提出，高波速区与太古界和元古界陆核的分布基本吻合，但他未指出高波速区与陆核吻合的大地构造意义。

大陆存在地幔根这一地球物理观测事实，使地壳与上地幔连接成了整体。但在板块大尺度漂移观念控制地球科学思维的情况下，大陆根这一重要观测事实不能引起地球科学应有的重视。因为板块在软流层上漂移的概念，将大陆与下方地幔的物质联系切断了。将地壳与地幔作为整体进行思维的正常思路被错误观念阻断了。

一旦放弃大陆漂移、板块运动‘活动论’观点，不难发现：“大陆根”现象中蕴藏着大地构造过程的重要线索。

关于“大陆根”现象的大地构造学意义，请见下篇：

摒弃‘板块’说的理由（二）大陆从“陆根”中生长

 

 

 

 

 

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