漫话地球岩石圈板块构造（2）
胡经国
三、板块运动
㈠、运动模式
1、一般模式：海（洋）底扩张
海（洋）底扩张是板块运动的核心。板块从大洋中脊轴部向两侧不断地扩张推移（见海底扩张说）。就板块的相对运动方向而言，海沟和活动造山带是板块的前缘，而大洋中脊则是板块的后缘。大洋中脊轴部是软流圈物质上涌，岩石圈板块生长的地带；其热流值很高，岩石圈极薄（厚仅数公里），水深较浅（平均在2500米左右）。随着板块向两侧扩张，热流值与地温梯度降低，岩石圈逐渐增厚，密度升高，洋底冷缩下沉。大洋边缘的古老洋底岩石圈的厚度大约为100公里，水深可达6000米左右。洋底水深是洋底年龄的函数。新生的洋底岩石圈下沉最快，下沉作用随时间呈指数衰减。这就解释了以下事实：大洋中脊斜坡在靠近脊顶处坡度较陡，远离脊顶坡度逐渐减缓；快速扩张的洋中脊边坡较缓（如东太平洋海隆），慢速扩张的洋中脊边坡较陡（如大西洋洋中脊)。
2、大洋开合
若大陆与洋底组成同一板块，则这时陆－洋过渡带构成稳定（或被动）大陆边缘；若大洋板块在洋缘俯冲潜入地幔，则形成活动（或主动）大陆边缘。周缘广泛发育被动大陆边缘的大洋逐渐扩张拓宽；而周缘广泛发育活动大陆边缘的大洋则收缩关闭。在面积不变的地球上，一些大洋的张开必然伴随着另一些大洋的关闭。因此，大洋的开合与大陆漂移都是板块分离和汇聚的结果。大洋开合的发展过程，又称为“威尔逊旋回”（见海洋起源与演化）。
㈡、运动形式
地球岩石圈板块具有以下三种可能的运动形式：
1、新板块形成
第一种板块运动形式是新板块的形成。在板块交界处或者边缘，由于熔岩涌出和冷却而产生新板块。这类边缘板块一般都位于洋底；但是如果这些板块上面有陆地，那么板块边界两侧的陆地就会随之而相对分离运动。
这类板块边界或边缘可能由一块大陆中间的断裂开始。例如，东非大峡谷（TheGreatRiftValleyinEastAfrica），即东非大裂谷，就是两个板块分离初期阶段的例子。在这两部分大陆彻底分开以后，海水就会淹没断层部分，进而形成一个新大洋。在分离的初期，这两块陆地还具有相同的植物和动物区系；但是随后，原种的灭绝和新种属的进化将导致两块陆地的动植物区系发生变化。
2、板块相对趋近运动
第二种板块运动形式是板块相对趋近运动。如果一个或者两个板块边缘都是很薄的海洋地壳（洋壳），那么一个板块就可能滑向另一个板块。当两个板块运动到一起时，由于它们之间的摩擦而造成戳穿和剧烈运动，从而形成地震带。在下沉洋壳向更深层地壳运动的时候，当接近热核（HotCore）深层时就会融化，然后融化的岩浆喷出地表，从而形成火山喷发现象。如果这两个板块携带着大陆，那么它们将相互接近。由于大陆地壳（陆壳）比洋壳密度小，因而如果一个大陆接近一个下沉板块边缘的时候，那么就不会滑向该下沉板块的下面，所以就会防止它下面的板块继续下沉。如果两个板块各具有一片陆地，那么当它们相互碰撞时，都不会塌陷退让，撞击的结果会形成长长的山脉。例如，喜马拉雅山脉是世界上最高的山脉，就是由于在4000～4500万年前，印度板块和亚欧板块相撞而形成的，并且现今仍然在缓慢上升。
3、板块边缘相互碰撞滑开
第三种板块运动形式是板块边缘相互碰撞滑开。例如，美国加利福尼亚州的圣安德烈斯（SanAndreas）断层（Fault）显示向北滑动的太平洋板块和向南滑动的北美板块。
大家知道，地球上的大陆都是由于一块被称为泛大陆（Pangea）的超级古陆分离而形成的；大约在2亿年前它分成两半，一半是Laurasia，一半是GondwanaLand。一旦大陆被分割成不同的陆块，那么它们互相之间就被浩瀚的大洋隔开而彼此孤立；同时每块大陆上的动植物也被隔离，各自独立进化的结果导致彼此不同的生物地理格局。
㈢、运动几何学
全球所有板块可能都在移动。板块运动通常是指一板块相对于另一板块的相对运动。鉴于板块内部变形与板块之间的大幅度水平运动相比，仅仅具有次要意义，因而当从全球角度考察板块运动时，可以近似地将板块当作刚体来处理。
球面刚体板块沿地球表面的运动，遵循球面几何学中的欧勒定律，环绕某一通过地心的轴作旋转运动。平行于旋转赤道的一系列同轴圆弧，标示出板块旋转运动的方向，它们的垂线（大圆）相交于旋转极。正因为板块的运动是一种旋转运动，板块上不同地点的运动线速度随远离旋转极而增大，至旋转赤道线速度最大。板块的旋转运动由旋转极的位置和旋转角速度确定。
转换断层的走向平行于邻接板块之间相对运动的方向。采用求转换断层垂线交点的方法，不难得出以转换断层为界的各对板块之间相对运动的旋转极。据线速度的递变也可以得出旋转极的位置。已知板块任何一点的线速度，同时求出该点相对于旋转极的纬度，便可以换算出旋转角速度。
三个板块或三条板块边界相汇合的点或一个小区域，称为“三联接合点”（简称“三联点））。任何一对板块间的边界总是以三联点作为端点。围绕三联点的三对板块之间相对运动的向量之和等于零。根据已知的两对板块的相对运动向量，就可以确定第三对板块之间的相对运动向量。两个背离板块之间的扩张运动向量一般是已知的，利用一系列三联点，已经求出了全球所有主要板块之间的相对运动向量，包括汇聚型边界处的相对运动向量。板块运动的速率多为每年数厘米。
四、地幔柱与热点
在板块运动的研究中，地幔柱或热点可作为重要的参考系统。地幔柱是指发源于软流圈之下的地幔深部并且涌升至岩石圈底部的圆柱形上升流。热点的含义与地幔柱相近，也可将热点视为地幔柱的地表反映。
地幔柱导致地表穹形隆起，重力和热流值增高。一般认为，热点－地幔柱的位置大体固定。当岩石圈板块跨越于热点之上时，板块仿佛被“烧穿”了，地幔物质喷出地表，形成火山。先形成的火山随着板块运动移出热点，逐渐熄灭成为死火山；而在热点处地幔物质又会喷发形成新的火山。这样不断地“推陈出新”，便发育成由新到老的一列火山构成的火山链。皇帝－夏威夷海岭就是近8000万年来太平洋板块越过夏威夷热点的产物，其火山年龄向西北方向变老。这些火山链标示出板块漂移过热点的轨迹，记录下乐板块运动的方向。北北西向皇帝海岭与北西西向夏威夷海岭之间走向的转折显示，距今大约4000万年前，太平洋板块的运动方向从北北西转变为北西西向。热点还可能成为分析板块绝对运动的参照系统；但是，热点位置不动这一点还有待证实。
五、动力学驱动机制
㈠、驱动力条件
关于板块运动的动力学驱动机制，人们有很多解释。但是，首先这个板块运动的驱动力必须满足以下几个条件：
⑴、能产生足够大的力；
⑵、必须合乎物理学（流体力学、热力学等）基本原理；
⑶、符合根据地球物理观测得出的地球内部性质；
⑷、驱动力所产生的效应要与现代岩石圈的性状和动态相一致，也就是说能圆满解说观察到的各种地质现象。
㈡、地幔对流
按照赫斯的海底扩张说来解释，认为大洋中脊是地幔对流上升的地方；地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳；以后，涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移，自中脊向两旁每年以0.5~5厘米的速度扩展，不断为大洋地壳增添新的条带。
很多人认为，这个驱动力就是“地幔对流”。虽然这中间还有很多问题没有解决。
除了地幔对流以外，人们还提出了俯冲板块“动力拖拉机制”、“顺坡下滑机制”等。这些说明都各有自己的道理，但是也都有让人怀疑的地方。它们之间最大的不同是：在地幔对流模式中，软流圈是主动的，岩石圈是被动的；在其他几种模式中，软流圈是被动的，岩石圈是主动的。
㈢、两种主要驱动机制
引起板块运动的驱动机制是当前尚未解决的难题。许多学者提出不同的看法，主要有：
1、主动驱动机制
主动驱动机制认为，下插板块因温度较低和相变导致密度增大，可以把整个板块拉向俯冲带；或设想上侵于大洋中脊轴部的地幔物质能把两侧板块推出去；板块还可以沿大洋中脊侧翼倾斜的软流圈顶面顺坡滑移。
在这些机制中，板块与下伏软流圈相互脱离，板块的移动是主动的，而不是由软流圈地幔流所带动；板块的持续运动导致地幔中产生反方向的补偿回流。主动驱动机制的弱点是，岩石圈必须先通过别种机制破裂成板块，它难以解释联合古陆的破裂，也难以解释大洋中脊和俯冲带开始是如何形成的。
2、被动驱动机制
不少学者主张，板块运动由地幔对流所驱动，这可以称为被动驱动机制。但是，还缺乏地幔对流的直接证据，也不了解对流的确切性质、涉及范围和具体形式（见地幔对流说）。
六、意义与问题
㈠、评价与意义
板块构造说以极其简洁的形式（最基本的就是板块的生长、漂移、俯冲和碰撞)，深刻地解释了地震和火山分布，地磁和地热现象，岩浆与造山作用；它阐明了全球性大洋中脊和裂谷系、环太平洋和地中海构造带的形成；也阐明了大陆漂移、洋壳起源、洋壳年青性、洋盆的生成和演化等重大地球科学问题。地球科学第一次对全球地质作用有了一个比较完善的总的理解。全球板块构造研究所阐明的地质构造背景和岩石圈活动规律，对于寻找金属矿、石油等矿产资源，以及对于预测地震、火山等地质灾害，都具有重要的指导意义。
㈡、存在问题
板块构造说还存在一些有待解决的难题。除了板块运动驱动机制这一最大难题以外，现有的板块构造模式不能有效地解释板块内部的地震、火山和构造活动，包括水平变形、隆起和陷落。
有些学者试图将板块构造模式远溯至古生代以至前寒武纪，将大陆边缘和大洋与地槽相类比，进而运用大洋开合的发展旋回解释地槽造山带的演化，追索消逝于山脉中的古海洋。但是，有关古板块的研究，仍然有一些分歧意见。
板块构造模式尚不能圆满地解释大陆岩石圈的成因和演化。
需要进一步研究的课题还可举出：板块的生长、漂移和俯冲是连续的还是幂次性的；板块俯冲如何开始；俯冲过程中沉积物的结局；边缘盆地的形成机制等。如今，板块构造说仍然在不断修正和发展之中。
2022年8月5日编写于重庆
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