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左右地球科学发展的重要假说广东海洋大学廖永岩著电子信箱：rock6783@就地球演化、大地构造及地球动力学方面，目前提出的对地学界影响较大的假说，主要有地球膨胀说、地球收缩说、地球脉动说、地槽与地台说、海底扩张说、地幔对流说、地幔柱假说、板块构造说、潮汐说、地球自转说、地洼说、涌流构造说等下面，我们对其进行简单介绍1 地球收缩说地球收缩说是最早的一种地球动力学假说，源于皱缩苹果与冷却地球的直观对比这一假说通常按 Jeffreys（1929）的提法表述假定地球起初是一个炽热的天体，在其发展的早期，分异为一个铁质的核部和一个基本上是硅质的幔部幔部从液态铁核处的基底开始向外凝固，通过传导而不是对流逐渐冷从地心到地表 700km 以下的范围内，从地球开始凝固以来还没有来得及发生任何显著的冷却或体积变化在 700-70km 的深度区间内，传导所引起的冷却正在发生，致使这一层收缩，并因围绕内核受到拉张而处于内部拉伸状态在靠近地表处，岩石早已冷却，靠太阳辐射维持热平衡，不会有大的温度变化在浅于 70km 的范围内，处于一种内部压缩状态70km 深处为无应变面收缩假说基本上是一种固定论，无法解释板块运动或大陆位移。

更有甚者，收缩说认为全球的应力场是同样的，无应变面以上是压缩，无应变面以下是拉伸这和地球的实际应力状态大相径庭有人详细考察全球大陆和大洋的分布，发现大部分大陆和大洋是正相对应的还提出过四面体收缩来解释这种分布它所依据的假说是，一个收缩的球体趋向于缩成具有最小体积的四面体形四面体的四角将与大陆相对应，它的面则与大洋盆相对应调整四面体的尺寸，还可以解释大陆和大洋面积的比值为 1：2Davison （1888）提出过类似设想：地球只在上层中发生收缩（由冷却引起），这些层处于内部引张的状态由于大陆压力的影响，大陆之下的引张量必将远小于大洋区下的引张量这种状况趋于使大洋盆地更进一步沉降，而且也是导致大洋盆地成为永久性的一条物理上的原因任何造山效应都是在大洋与大陆交接的地方表现得最为突出，这就使人们提出了大地生长的思想对四面体收缩说的主要批评意见是，从性能上看，地球最上层的皮无法阻止其本身的面积因切向力的作用而发生改变此外，这样一个外壳的变形理论似乎表明，这种变形应该是屈曲，而屈曲球壳的变形是对称于一条直径的，其形状的偏离由一系列沿着以对称直径为轴的平行纬圈的球调和函数给出这就反把四面体收缩的设想给排除了。

早期的收缩说一直流行至 20 世纪 50 年代由于地球在地质历史进程中很可能发生过某种收缩，因此，对收缩说的研究并没有因它有上述明显不足而终止后来还发展过两种收缩假说第一种是弹性不稳定说按这种假说，当地球变冷时，岩石圈因褶皱作用而变弯（皱缩的苹果）Jeffreys （1962）认为，这种皱缩幅度极大，以致它们在弹性上可能不稳定，即断裂-收缩假说 （Jeffreys， 1962； Meyerhoff et al.， 1972）MacDonald（ 1963）论证，由于放射性元素衰变产生的热量，地球并不是一开始就产生收缩，而是一直到最后的 11 亿年前左右才有收缩发生他主张的收缩模式也是断裂-收缩模式最近 Meyerhoff et al.（1992）等提出了一种全球构造的新概念-涌流构造，把地球的收缩作用作为构造运动的触发器可见，虽然单独的收缩作用不能解释所有构造运动的成因，但地球的收缩作用在地球动力学中的影响仍是需要考虑的2 地球膨胀学说地球膨胀说认为地球一直在不断膨张从 1620 年培根（F. Bacon ）提出地球膨胀的观点以来，曾经提出过好几个地球膨胀的假说，来解释造山运动和大陆及大洋的形成等。

膨胀说假定地球是由若干层组成的，最顶上一层代表地壳，其下相邻的一层代表膨胀层造山效应就发源于这个膨胀层，所产生的应力又转而使地壳屈服这一假说可以岛弧和海沟的形成以及造山要素之间的联系做出解释，特别是能解释海洋造山运动也有人用地球膨胀作为大陆的成因例如 Hilgenberg（1933）根据大陆可以拼合为一个球面的实况，认为初期的地球比现在小得多，并被硅铝壳所覆盖，后因地球膨胀，体积增大，硅铝壳因受拉张而破裂，其碎块逐渐分离形成大陆与此同时，地球的大洋也随表层的崩解而形成和发展地球的洋脊、裂谷系统理所当然地被地球膨胀论者作为支持其据说的重要证据据推测，膨胀是从像大西洋中脊那样的大破裂口开始的随着对洋脊、裂谷系探测研究的深入开展，20 世纪 50-60 年代以来，地球膨胀说一度又显得十分活跃Carey （1976）把大陆漂移、海底扩张和地球上各级规模的构造都归因于地球的膨胀他提出，地球的膨胀是非对称的，南半球比北半球膨胀得更显著，因此所有大陆皆向北移动，而所有环绕太平洋的大陆看来正向着太平洋运动地球膨胀说的主要问题是其难以解释地球膨胀所引起的巨大密度变化例如，如果地球的直径以因数 2 增加，将引起面积以因数 4 增加，体积以因数 8 增加，密度以因数 8 减小。

现代地球的平均密度为 5.5g/cm3，地球开始膨胀前的平均密度就必然达到大约 44g/cm3这样大的密度变化带来的结果是，地球表面相应的重力加速度将是现代的 4 倍，地球的惯性矩将是现代的 1/4，地球的自转将比现代快得多古生物钟和天文观测证实，一天的长度（日长）只比现代的少约 10%，远不是地球膨胀说所期望的值引起地球膨胀的可能机制据认为主要有：1、热效应；2、地球内部物质的化学变化或相变；3、万有引力常数的缓慢减小虽然在地球历史中，特别是在地球的早期，有可能存在着热的纯增长，因而有地球整体的轻微膨胀，但是，其效应看来只不过能造成一些深海沟等，不可能有更大的影响将引起膨胀所要求的能量和在化学键中的可用能量进行对比，来估计地球内部的化学变化或相变能否导致地球大规模的膨胀，发现地球半径均匀地膨胀 20%所要求的能量，要等于打破组成地球的分子的几乎全部化学键所需的能量因此，地球内部物质的化学变化这种机制产生的能量也不足以造成大陆的大规模膨胀估算由引力常数的减小所能得到的能量，同样无法说明大于 100km 的地球半径增长存在可能性总之，地球膨胀说在机制问题上也遇到不可克服的困难，很难找到引起膨胀的机制。

虽然地球膨胀说存在种种问题，这些问题目前仍未能得到合理解决，但仍有一些支持者在继续探索ΚРОПОТΚИЙ（1989）得出伴有质量增大的地球膨胀会使自由落体加速度（g）的值大增古地球的 g 仅为现今地球 g 值的 40%G 的增大伴随着地壳下物质密度增大，最终将导致较老地壳相对于年轻地壳不断上浮地壳的这一性状正好被地质资料所证实例如，在大西洋型和太平洋型洋壳与陆壳的相连地区，老地壳逐步占据了较高位置所以，相对于更年轻地壳发生了老地壳的不断出露他还作了地球质量和体积随时间呈指数增长来探讨地球发展历史的 8 项推断由它们引伸的主要论点，与实际资料不相矛盾，又可详细说明地质现象的物理化学原理，一些重要的大地构造作用得到合乎逻辑的阐明，同时许多大地构造概念得到了运用他还推断，由于膨胀，地球族行星的爆炸是不可避免的Owen（1992 ）认为，Carey 的地球膨胀说正处于大陆漂移说早期被否定的那种状况；Carey 对地球动力学的贡献未受到应有的重视Owen 根据大量海洋地壳扩张数据和地质及古生物资料，论证了地球在过去 200Ma 期间不仅发生过大陆漂移，还发生过膨胀，从今天直径的 80%膨胀到今天的值。

他还用横贯太平洋的卫星激光测距结果来证明其论断卫星激光测距结果表明，太平洋中大陆的收敛明显小于为了平衡扩张所需要的值他指出，从地核是稳态和均变论的思想出发无法理解地球膨胀的概念Kremp（1992）依据核-幔边界处的外核温度比地幔底部 D’’层的温度至少高200℃的地震学新探测结果，讨论了地球在过去 200Ma 期间快速膨胀的可能性他的结论是地球的大小在过去 200Ma 时为现在的 60%3 地球脉动说地球收缩说和地球膨胀说都包含一定合理性，又都存在一定问题在这两种假说基础上很自然地便产生了地球一段时期膨胀，另一段时间收缩，膨胀和收缩交替发生的地球脉动说在地球膨胀期，地壳受到引张作用，产生出大规模的隆起与拗陷，大型裂谷和岩浆喷发；在地球收缩期，地壳受到挤压作用，产生出褶皱山系，并伴有岩浆活动脉动学说虽然较好地解释了构造运动的周期性，但却不能解释地壳构造的方向性，并且对胀、缩的原因有不同看法，因此，自 1933 年布契尔（W. N. Bucher）提出这一学说以来，一些研究者曾试图将此学说加以改进ΚРОПОТΚИЙ（1989）提出了一个将脉动说与壳下流和大陆活动论结合起来的地球动力学新模式。

他认为，地球动力学模式既要考虑地球的收缩，也要考虑它的膨胀，即建立在脉动假说的原则上按此观点，当地球收缩和膨胀交替时，收缩效应集中在一些带上，而膨胀效应集中在另一些带上，在此种情况下，处于中间的断块应该从拉张带移向挤压带，所以在脉动的地球动力学模式中自然包括大陆活动论原则这一模式还考虑了在地球半径增减交变作用下地幔内物质的移动，认为地球挤压力可促使壳下流观点主张的物质分离和移动该模式的提出者认为，体现脉动假说和解释岩石圈移动的假说相结合的地球动力学模式是目前最有前景的模式4 涌流构造（Surge Tectonic）说涌流构造是迈耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）提出的一个新全球构造和地球动力学模型他们认为，大多数地表构造，包括板块构造不能解释的一些构造现象，可用软流圈的涌动来解释软流圈涌动的驱动机制是地球收缩引起的岩石圈塌陷当冷却凝固了的岩石圈块段塌陷到软流圈中时，部分岩浆按重力法则上涌，一直达到岩浆密度与周围岩石密度基本平衡的位置上，才会稳定下来这一过程像巨型液压机一样，遵循帕斯卡定律，能将所受压力通过岩浆的涌动传递到各个方向强的岩浆涌动对构造运动起决定作用岩浆涌动的通道，迈耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）称为涌流通道，是岩石圈中最基本的构造单元，可以通过近 40 种物性标志加以鉴别。

涌流通道暂分为洋盆涌流通道、大陆边缘涌流通道和大陆涌流通道三大类大洋中脊及其主要分支下的通道，是洋盆涌流通道中的主干通道，其长度可达几百万米，宽度可以从 1000km 到大于 3000km这些通道可为构造运动提供浅层作用机制它们的存在可以用全球地热图来证实迈耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）认为，全球高热流带（ >55mW/m2）相互连通的网状分布形式，用现有的地球动力学假说无法解释，但可以认为这些高热流带是由下伏的浅层岩浆通道-涌流通道形成的如果涌流通道被强烈压缩，它们应该变成裂谷带或褶皱带每个通道的变形形式是它上面的岩石圈厚度的函数据说，在由从事板块构造研究的科学家自 1965 年以来汇集的 36 个数据集中，用板块构造学说只能解释 13 个它们是洋中脊、大陆裂谷、走滑带、岩浆弧、大洋和大陆山区、深海沟、贝尼奥夫带、地槽、造山岩体、蛇绿岩套、混杂岩、变质核杂岩体和拆离断层带其余 23 种构造现象的时代都为侏罗纪或更新一些，它们仅出现在高热流带之下，都和浅部的岩浆运动，因而和涌流通道有关这 23 种现象包括高热流带、微地震带、长的线性断裂和裂隙带、构造带分段性、两侧对称的双向褶皱带、地幔底辟、构造地层地体、与褶皱带平行的拉抻线理、反向变质梯度、地幔片麻岩穹隆、热泉链、成行的熔岩区、岩墙群、非造山岩体链、金伯利岩筒、长条状蒸发岩盆地、岩石圈低速带、异常上地幔透镜体、高导层、向东迁移的构造带、弥散板块边界、大地电磁复合体和旋卷构造等。

声谱仪显示洋中脊被成千上万条平行洋中脊的裂隙切割，证实洋中脊下面软流圈流动并不与洋中中脊垂直，而是与洋中脊平行迈耶霍夫等（1992）把这作为批判海底扩张和证实岩浆通道存在的证据涌流构造假说的提出者。