大地构造学-第5章-地球动力学理论

1、地球动力学理论地球动力学理论地球隆起说地球隆起说 岩浆侵入沉积岩中和火山活动的壮观景象，岩浆侵入沉积岩中和火山活动的壮观景象，给隆起说学者以深刻启发。他们推论地壳的给隆起说学者以深刻启发。他们推论地壳的各种地质现象都是由地下热能在上升过程中各种地质现象都是由地下热能在上升过程中造成的。从而认为地壳运动中起主导作用的造成的。从而认为地壳运动中起主导作用的是垂直方向的上升运动，隆起的原因在于熔是垂直方向的上升运动，隆起的原因在于熔融岩浆的上升。岩浆向上侵入岩层，还会派融岩浆的上升。岩浆向上侵入岩层，还会派生出斜压力或水平侧压力，导致岩层褶皱变生出斜压力或水平侧压力，导致岩层褶皱变形并围绕隆起中心向

2、四周推挤。形并围绕隆起中心向四周推挤。地球隆起说地球隆起说地球收缩说地球收缩说该学说认为地球最初是由炽热气体组成的，在其发展该学说认为地球最初是由炽热气体组成的，在其发展的早期，从外向内逐步冷缩而变成熔融状态，进一步的的早期，从外向内逐步冷缩而变成熔融状态，进一步的冷却，分异为一个铁质的核部和一个基本上是硅质的幔冷却，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向外凝固，通过传导逐渐部，幔部从液态铁核处的基底向外凝固，通过传导逐渐变冷，地表变冷，地表700km以下范围内，从地球开始凝固以来还以下范围内，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；没有来得

3、及发生任何显著的冷却或体积变化； 700km-70km范围内，冷却使这一范围内的物质收缩；范围内，冷却使这一范围内的物质收缩；0-70km范围内，岩石早已冷却，靠太阳辐射维持热平衡。范围内，岩石早已冷却，靠太阳辐射维持热平衡。也就是说也就是说70km以下的熔融物质冷却收缩，以上的地壳以下的熔融物质冷却收缩，以上的地壳为了保持平衡而挤压成褶皱山系，与苹果失水干缩原理为了保持平衡而挤压成褶皱山系，与苹果失水干缩原理类似。类似。地球收缩说地球收缩说地球收缩说无法解释板块运动与大陆位地球收缩说无法解释板块运动与大陆位移，不能解释构造运动的成因，而且该学移，不能解释构造运动的成因，而且该学说认为全球的应

4、力场是相同的，这与实际说认为全球的应力场是相同的，这与实际事实不符。事实不符。地球收缩说地球收缩说地球膨胀说地球膨胀说地球膨胀说地球膨胀说地球膨胀的机制：地球膨胀的机制：热效应；热效应；地球内部地球内部物质的化学变化或相变；物质的化学变化或相变；万有引力常数万有引力常数的缓慢减小。的缓慢减小。地球膨胀说地球膨胀说优势是优势是可以解释岛弧可以解释岛弧和和海沟的海沟的形成形成以及以及海洋造山运动海洋造山运动。地球膨胀说地球膨胀说地球膨胀说认为地球的引力常数减小的速率为地球膨胀说认为地球的引力常数减小的速率为510-11/a，地球膨胀速率约为，地球膨胀速率约为0.025mm/a，即地球，即地球半径半

5、径40亿年间共膨胀了大约亿年间共膨胀了大约100km，体积增大了，体积增大了1.18，而地球形成初期半径只有现在的，而地球形成初期半径只有现在的50。地球膨胀说的难题是解释地球膨胀所引起的巨大密地球膨胀说的难题是解释地球膨胀所引起的巨大密度变化，按照地球的直径增加了度变化，按照地球的直径增加了2倍来算，体积增加倍来算，体积增加了了8倍，密度就减小了倍，密度就减小了8倍，现在地球的平均密度为倍，现在地球的平均密度为5.5g/cm3，那么地球开始膨胀前的平均密度应达到，那么地球开始膨胀前的平均密度应达到44g/cm3 ，这样大的密度变化带来的结果是，地球，这样大的密度变化带来的结果是，地球开始膨胀

6、前的地表重力加速度是现今值的开始膨胀前的地表重力加速度是现今值的4倍，这是倍，这是不符合地质事实的。不符合地质事实的。地球脉动说地球脉动说地球自转说地球自转说地球上朝东定向的构造现象：地球上朝东定向的构造现象：火山弧和弧后盆地集中火山弧和弧后盆地集中在西太平洋，弧形指向东方；在西太平洋，弧形指向东方；位于加勒比海和斯科舍位于加勒比海和斯科舍海边缘的火山弧都有弧后盆地，是另外两个凸面朝东的海边缘的火山弧都有弧后盆地，是另外两个凸面朝东的火山弧；火山弧；大陆内的火山弧沿太平洋东缘分布，并且有大陆内的火山弧沿太平洋东缘分布，并且有关的深海沟紧贴大陆；关的深海沟紧贴大陆；许多褶皱带中的许多褶皱带中的S

7、N方向的火方向的火山深成岩带，随着时间向东迁移；山深成岩带，随着时间向东迁移；走向走向NW一一SE，SWNE，WE的火山深成岩带的尖端部分也随时间的火山深成岩带的尖端部分也随时间向东迁移；向东迁移；SN向褶皱带内的区域构造作用随时间向向褶皱带内的区域构造作用随时间向东迁移；东迁移；SN向盆地的沉积中心随时间向东迁移。向盆地的沉积中心随时间向东迁移。地球自转说地球自转说这些现象用地球自转的动力作用最容易解这些现象用地球自转的动力作用最容易解释，如凸面朝东的岛弧释，如凸面朝东的岛弧海沟系，从地球海沟系，从地球自转角度可以提出下述解释：自转角度可以提出下述解释：在大陆块体在大陆块体向西运动过程中，后

8、缘地带普遍处于拉张向西运动过程中，后缘地带普遍处于拉张状态，导致其与大陆分离，并相对大陆而状态，导致其与大陆分离，并相对大陆而言表现为落后的运动状态而形成向东的突言表现为落后的运动状态而形成向东的突出的弧形。出的弧形。白箭头：地幔流向东运动；黑箭头：各大板块向西运动；白箭头：地幔流向东运动；黑箭头：各大板块向西运动；地球自转说地球自转说地球自转说可以解释地块的有限水平位移，地球自转说可以解释地块的有限水平位移，其致命弱点在于没有定量计算这种自转速度其致命弱点在于没有定量计算这种自转速度的变化到底能够在地壳内引起多大的构造应的变化到底能够在地壳内引起多大的构造应力。计算结果显示，地球自转速度变化

9、而引力。计算结果显示，地球自转速度变化而引起的构造应力值为几个起的构造应力值为几个Pa，不到大气压力的，不到大气压力的万分之一，而实测出来的地壳构造应力值却万分之一，而实测出来的地壳构造应力值却都在几十到上百都在几十到上百GPa，这样小的应力也许能，这样小的应力也许能使一些共轭剪切节理发生重新活动或者在特使一些共轭剪切节理发生重新活动或者在特定条件下诱发地震，但不可能引起大规模固定条件下诱发地震，但不可能引起大规模固体岩石圈变形。体岩石圈变形。重力分异说重力分异说重力分异说认为地球最初是冷的固态的，在重力分异说认为地球最初是冷的固态的，在放射性热的作用下，地壳下层物质熔化而引放射性热的作用下，

10、地壳下层物质熔化而引起重力分异作用，轻的物质上升，重的物质起重力分异作用，轻的物质上升，重的物质下沉形成垂直流，引起地壳的垂直运动。不下沉形成垂直流，引起地壳的垂直运动。不同深度的压力和温度条件不同，熔化和分异同深度的压力和温度条件不同，熔化和分异作用的发展是多层的，主要有浅层和深层两作用的发展是多层的，主要有浅层和深层两层：浅层的分异作用较强较快；深层的分异层：浅层的分异作用较强较快；深层的分异作用较为缓慢。作用较为缓慢。重力分异说重力分异说重力作用可以影响一切构造变重力作用可以影响一切构造变形，在岩石圈形，在岩石圈-软流圈中由各种软流圈中由各种因素引起重力失稳的动力系统中，因素引起重力失稳

11、的动力系统中，会有足够的势能驱动全球板块的会有足够的势能驱动全球板块的水平运动。水平运动。重力分异说重力分异说重力分异说把地球的垂直运动与水平运动联重力分异说把地球的垂直运动与水平运动联系在一起，并能解释局部的水平位移和构造系在一起，并能解释局部的水平位移和构造形变，但把地表大规模的水平运动都用岩石形变，但把地表大规模的水平运动都用岩石圈圈-软流圈的重力失稳来派生却很困难，因软流圈的重力失稳来派生却很困难，因为地表的水平位移量远远地大于垂直位移量。为地表的水平位移量远远地大于垂直位移量。就地壳运动而言，重力虽然无处不在，但它就地壳运动而言，重力虽然无处不在，但它往往不是构造作用的起始原因，而是

12、某种构往往不是构造作用的起始原因，而是某种构造作用破坏了地壳或岩石圈的均衡状态，均造作用破坏了地壳或岩石圈的均衡状态，均衡恢复才导致随后的隆起或沉降。衡恢复才导致随后的隆起或沉降。地幔对流说地幔对流说地幔对流是板块运动的第一个动力学机制，地幔对流是板块运动的第一个动力学机制，认为岩石圈板块的运动完全取决于深部地幔认为岩石圈板块的运动完全取决于深部地幔的对流。板块被冷的、重的、向下运动的地的对流。板块被冷的、重的、向下运动的地幔所带动而产生俯冲作用，在热的、向上运幔所带动而产生俯冲作用，在热的、向上运动的地幔影响下造成洋底板块扩张，上部地动的地幔影响下造成洋底板块扩张，上部地幔的水平运动带动了板

13、块的水平运移。幔的水平运动带动了板块的水平运移。地 幔地 幔对 流对 流原 理原 理地幔对流说地幔对流说地幔对流说地幔对流说夏威夷火山链被认为是热地幔向上运动、局夏威夷火山链被认为是热地幔向上运动、局部熔融在地表的表现，后来称之为部熔融在地表的表现，后来称之为热点。热点。对对于夏威夷火山链的火山岩年龄，从西向东逐于夏威夷火山链的火山岩年龄，从西向东逐渐变新的现象，被解释为地表附近的板块在渐变新的现象，被解释为地表附近的板块在向西运移，而代表地幔热活动中心的热点则向西运移，而代表地幔热活动中心的热点则是其参照系，基本不动。火山链就是岩石圈是其参照系，基本不动。火山链就是岩石圈相对于热点运动的轨迹

14、。相对于热点运动的轨迹。地幔对流说地幔对流说热点深部地幔运动速度很小，几乎静止，岩热点深部地幔运动速度很小，几乎静止，岩石圈板块则可以每年运移几到十几厘米。这石圈板块则可以每年运移几到十几厘米。这样就出现一个问题，样就出现一个问题，运动速度很小的地幔如运动速度很小的地幔如何能带动速度较快的板块移动呢？何能带动速度较快的板块移动呢？这就成了这就成了地幔对流说的致命软肋。地幔对流说的致命软肋。涌流构造说涌流构造说地表构造包括板块构造不能解释的一些构造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

15、陷，动的驱动机制是地球收缩引起的岩石圈塌陷，当冷却凝固的岩石圈块段塌陷到软流圈中时，当冷却凝固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传递到各个方向，强的岩浆涌动对构造运动起决定作用。起决定作用。涌流构造说涌流构造说涌流通道可分为洋盆涌流通道、大陆边缘涌涌流通道可分为

16、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，其长度可达几千主干通道，其长度可达几千km，宽度可以，宽度可以从从1000 km到大于到大于3000 km。这些通道可为构。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。用全球地热图来证实。涌流构造说涌流构造说涌流构造的触发机制是地球收缩引起的岩石涌流构造的触发机制是地球收缩引起的岩石圈塌陷，但地球收缩引起岩石圈塌陷的可能圈塌陷，但地球收缩引起岩石

17、圈塌陷的可能性和强度以及地球收缩与地质旋回的相关性性和强度以及地球收缩与地质旋回的相关性等还不够完善。等还不够完善。层块构造热涌说层块构造热涌说层块构造热涌说认为，在热涌过程中，被动层块构造热涌说认为，在热涌过程中，被动的涌流物质也表现为一种构造热动力作用；的涌流物质也表现为一种构造热动力作用；热作用和热涌运动的发源地是软流圈，软流热作用和热涌运动的发源地是软流圈，软流圈中热物质的小对流、平流和涌动受上地幔圈中热物质的小对流、平流和涌动受上地幔层块构造变动的导引和驱动，软流圈物质的层块构造变动的导引和驱动，软流圈物质的运动又驱动和控制着岩石圈层块的运动；热运动又驱动和控制着岩石圈层块的运动；热

18、涌是幕式的，或者软流圈是时空上幕式变化涌是幕式的，或者软流圈是时空上幕式变化的动态系统，这是由软流圈周期性的热聚集的动态系统，这是由软流圈周期性的热聚集和热释放决定的，或者是受其它周期性动力和热释放决定的，或者是受其它周期性动力因素的调制。因素的调制。上地幔内部强硬层的张开而造成的暂态低压通上地幔内部强硬层的张开而造成的暂态低压通道，将产生对地幔物质强烈的导引和控制作用，道，将产生对地幔物质强烈的导引和控制作用，即高围压中的局部瞬态负压腔效应将驱使幔内软即高围压中的局部瞬态负压腔效应将驱使幔内软流物质呈被动的涌入，并沟通上下的软流圈和壳流物质呈被动的涌入，并沟通上下的软流圈和壳内软层；幔内软流

19、物质涌动流的路径可能是复杂内软层；幔内软流物质涌动流的路径可能是复杂的，但主要是受上地幔内分层结构和强硬层的破的，但主要是受上地幔内分层结构和强硬层的破裂格局所控制；幔内软流物质幕式化涌动和涌出裂格局所控制；幔内软流物质幕式化涌动和涌出地表，造成洋底的被动开裂和海底火山喷发；大地表，造成洋底的被动开裂和海底火山喷发；大陆岩石圈更薄的分层结构和更窄的破裂通道导引陆岩石圈更薄的分层结构和更窄的破裂通道导引幔内软流物质的涌入和喷发，表现出更为复杂的幔内软流物质的涌入和喷发，表现出更为复杂的大陆地区火山活动。大陆地区火山活动。层块构造热涌说层块构造热涌说地幔柱：地幔柱：是指地幔深处甚至核是指地幔深处甚

20、至核-幔边界上产幔边界上产生的圆柱状上升的热物质流，它携带地幔物生的圆柱状上升的热物质流，它携带地幔物质和热能直至地幔上层，并在岩石圈和软流质和热能直至地幔上层，并在岩石圈和软流圈分界处四散外流，激起软流圈的水平运动，圈分界处四散外流，激起软流圈的水平运动，可以解释板块运动的驱动机制。可以解释板块运动的驱动机制。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱提出：地幔柱提出：太平洋中的夏威夷海岭和天皇海岭，是太平洋中的夏威夷海岭和天皇海岭，是由成线状展布的一系列火山锥构成的火山链，从夏威由成线状展布的一系列火山锥构成的火山链，从夏威夷岛沿岛链向西北，随着距离的增加火山岩的年龄依夷岛沿岛链向西北，随着距离的增加

21、火山岩的年龄依次增加，在夏威夷海岭与天皇海岭的转折处，火山年次增加，在夏威夷海岭与天皇海岭的转折处，火山年龄约龄约4000万年。天皇海岭呈万年。天皇海岭呈NNW走向伸向堪察加半走向伸向堪察加半岛东侧，北端的明治海山的年龄则达岛东侧，北端的明治海山的年龄则达7000万年。一般万年。一般认为，随着岩石圈板块经过热点的不停运动，先形成认为，随着岩石圈板块经过热点的不停运动，先形成的火山从热点处移开并逐渐熄灭成为死火山，新的火的火山从热点处移开并逐渐熄灭成为死火山，新的火山又在热点上方形成，结果就形成了一串年龄定向分山又在热点上方形成，结果就形成了一串年龄定向分布的线状火山链。火山链的走向，实际上记录

22、了太平布的线状火山链。火山链的走向，实际上记录了太平洋板块的运动方向，即在洋板块的运动方向，即在4000万年前为万年前为NNW向运动，向运动，最晚在最晚在2600万年以后转变为万年以后转变为NWW向运动。向运动。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱热点和地幔柱的特征：热点和地幔柱的特征：热点底下有一个狭热点底下有一个狭窄窄(150200 km宽宽)的中心热柱，它由温度异的中心热柱，它由温度异常高的地幔物质组成；常高的地幔物质组成；上涌地幔流在板块上涌地幔流在板块下散开，形成一蘑菇状头部，其温度比正常下散开，形成一蘑菇状头部，其温度比正常温度高温度高100200 ；蘑菇状柱头的直径为蘑菇状柱头的直径为100

23、02000 km；地幔柱引起的岩石圈上地幔柱引起的岩石圈上隆幅度可达隆幅度可达10002000 m。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱流体力学模拟实验表明，产生于地幔中的低粘度地流体力学模拟实验表明，产生于地幔中的低粘度地幔柱，好像是一个连着输液管的上升的球形囊，也幔柱，好像是一个连着输液管的上升的球形囊，也就是说，地幔柱的最早阶段是体积很大的柱头的发就是说，地幔柱的最早阶段是体积很大的柱头的发育和上升。它拖着一条狭窄的、可能长期活动的柱育和上升。它拖着一条狭窄的、可能长期活动的柱尾。易漂浮的源物质通过这条管道不断补充到上升尾。易漂浮的源物质通过这条管道不断补充到上升的柱头中。地幔柱头在通过地幔上升时，

24、其直径估的柱头中。地幔柱头在通过地幔上升时，其直径估计可达计可达8001200km。起源于核。起源于核幔边界的地幔柱幔边界的地幔柱头上升至接近地表处，扩展成一个热物质的圆盘。头上升至接近地表处，扩展成一个热物质的圆盘。其直径为其直径为15002500 km、厚度达、厚度达100200 km，这，这接近于几个大陆溢流玄武岩区大小。起源于接近于几个大陆溢流玄武岩区大小。起源于650km震间断面的地幔柱，在地表扩展的直径仅达震间断面的地幔柱，在地表扩展的直径仅达600 km。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱的产生：地幔柱的产生：要求地幔中存在一个高温、低要求地幔中存在一个高温、低粘度的热边界层，其温度

25、要高出周围地幔物质粘度的热边界层，其温度要高出周围地幔物质的温度的温度300400，粘度要比周围地幔低几个，粘度要比周围地幔低几个数量级，这个高温低粘度层具有极不稳定的物数量级，这个高温低粘度层具有极不稳定的物理性质，一旦受到某种热扰动，就会在浮力作理性质，一旦受到某种热扰动，就会在浮力作用下呈柱状上升。地幔中符合这样条件的边界用下呈柱状上升。地幔中符合这样条件的边界层只有两个，一个是上下地幔之间的不连续面，层只有两个，一个是上下地幔之间的不连续面，其深度在其深度在650700 km；另一个是核；另一个是核幔边界幔边界附近的附近的D”层。层。地幔柱地幔柱多数学者则认为地幔柱来自核幔边界附近的多

26、数学者则认为地幔柱来自核幔边界附近的D”层，层，其理由是：其理由是：与洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩相比，与洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩相比，大陆溢流玄武岩、洋底高原玄武岩和大洋岛玄武岩大陆溢流玄武岩、洋底高原玄武岩和大洋岛玄武岩等典型地幔柱成因的玄武岩常反映等典型地幔柱成因的玄武岩常反映“富集型富集型”地幔地幔特点，而上地幔由于分异出地壳后常表现特点，而上地幔由于分异出地壳后常表现“亏损型亏损型”地幔的化学组成，因此地幔柱不可能来源于上地幔；地幔的化学组成，因此地幔柱不可能来源于上地幔；与大洋中脊玄武岩相比，大洋岛弧玄武岩具有较与大洋中脊玄武岩相比，大洋岛弧玄武岩具有较高的高的3He/4He比值，反映

27、出原始地球形成物质的特点，比值，反映出原始地球形成物质的特点，表明地幔柱来源于地幔更深部位；表明地幔柱来源于地幔更深部位；地幔柱地幔柱理论模拟计算表明，如果地幔柱起源于上地幔底理论模拟计算表明，如果地幔柱起源于上地幔底部，那么由地幔柱释放出的热量将占整个地球放热部，那么由地幔柱释放出的热量将占整个地球放热的的60，而实际上由地幔柱释放的热量仅是整个地，而实际上由地幔柱释放的热量仅是整个地球放热的球放热的610，这个热量释放范围刚好与地核，这个热量释放范围刚好与地核释放的热量比例相近，说明地幔柱来源于核幔边界释放的热量比例相近，说明地幔柱来源于核幔边界附近；附近；理论模拟还表明，在所许可的上升速

28、度范理论模拟还表明，在所许可的上升速度范围内，从上下地幔边界起动的地幔柱穿过上地幔这围内，从上下地幔边界起动的地幔柱穿过上地幔这样的距离，最多只能形成直径为样的距离，最多只能形成直径为300 km的球状柱头，的球状柱头，而实际上许多地幔柱头的直径都超过而实际上许多地幔柱头的直径都超过10002000 km；上下地幔间不连续面的性质目前并不完全清上下地幔间不连续面的性质目前并不完全清楚，也有资料显示其为相变界面而非化学界面。楚，也有资料显示其为相变界面而非化学界面。地幔柱地幔柱核幔边界附近核幔边界附近D”层的稳定性的二层的稳定性的二维对流模拟结果表明，如果维对流模拟结果表明，如果D”层受层受到某

29、种局部热扰动，地幔柱就会激到某种局部热扰动，地幔柱就会激发产生。热扰动会使发产生。热扰动会使D”层物质的粘层物质的粘度降低，流动必增强，在热梯度的度降低，流动必增强，在热梯度的驱动下，所有受热扰动作用的高温驱动下，所有受热扰动作用的高温低粘度物质会向热边界层最低处汇低粘度物质会向热边界层最低处汇聚，并在那里形成地幔柱。聚，并在那里形成地幔柱。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱据估算外核温度高达据估算外核温度高达3800 K左右，而下地左右，而下地幔底部温度为幔底部温度为3000 K左右，二者之间存在左右，二者之间存在800K左右的温度差。这样地核会不断向地左右的温度差。这样地核会不断向地幔中释放热量。由

30、于原始地核物质组成不幔中释放热量。由于原始地核物质组成不均或其他某些因素，这种放热作用在不同均或其他某些因素，这种放热作用在不同位置可能有所不同，从而产生热扰动，导位置可能有所不同，从而产生热扰动，导致地幔柱的产生。致地幔柱的产生。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱近来的研究表明即使地幔柱与周围地幔物近来的研究表明即使地幔柱与周围地幔物质的粘度差高达质的粘度差高达l04，其上升速度也是非常，其上升速度也是非常缓慢的。并且地幔的实际粘度并非恒定，缓慢的。并且地幔的实际粘度并非恒定，而是随温度降低呈指数增加。因此在一个而是随温度降低呈指数增加。因此在一个新起动的地幔柱上升过程中，随着热量的新起动的地幔柱上升

31、过程中，随着热量的不断散失和温度的不断降低，其上升速度不断散失和温度的不断降低，其上升速度会变得愈来愈慢。会变得愈来愈慢。地幔柱地幔柱一个新地幔柱在上升过程中其自身化学成分会发生一定一个新地幔柱在上升过程中其自身化学成分会发生一定变化，这种变化主要表现在地幔柱的头部。柱头在上升变化，这种变化主要表现在地幔柱的头部。柱头在上升过程中，会不断地加热周围地幔物质，使其粘度降低，过程中，会不断地加热周围地幔物质，使其粘度降低，浮力增大，并与柱头融合在一起上升。柱头不仅含有源浮力增大，并与柱头融合在一起上升。柱头不仅含有源区的化学成分，还含有捕获的地幔物质成分。柱尾在上区的化学成分，还含有捕获的地幔物质

32、成分。柱尾在上升过程中始终近于直立，基本不捕获地幔物质，其化学升过程中始终近于直立，基本不捕获地幔物质，其化学成分变化很小。比如那些以苦橄质或科马提质为特征的成分变化很小。比如那些以苦橄质或科马提质为特征的大洋岛火山链，可能是柱尾喷发形成的，代表源区物质大洋岛火山链，可能是柱尾喷发形成的，代表源区物质成分特点；大陆溢流玄武岩和大洋高原玄武岩是由柱头成分特点；大陆溢流玄武岩和大洋高原玄武岩是由柱头喷发形成的，反映源区和周围地幔化学成分的混合特征。喷发形成的，反映源区和周围地幔化学成分的混合特征。地幔柱地幔柱洋岛火山链和大陆溢流玄武岩是板块构造难以解释洋岛火山链和大陆溢流玄武岩是板块构造难以解释的

33、两大难题，地幔柱学说则可以成功地解释这两种的两大难题，地幔柱学说则可以成功地解释这两种现象。现象。溢流玄武岩是通过新地幔柱头部的熔融而形溢流玄武岩是通过新地幔柱头部的熔融而形成的，大洋火山链则是通过长期活动的柱尾上升的成的，大洋火山链则是通过长期活动的柱尾上升的热物质熔融形成的。根据地壳是经过地幔柱头之上热物质熔融形成的。根据地壳是经过地幔柱头之上还是柱尾之上，可以分出两类地幔柱区，柱头区是还是柱尾之上，可以分出两类地幔柱区，柱头区是等轴状的，直径等轴状的，直径15002000 km，如南非卡鲁、西，如南非卡鲁、西印度德干溢流玄武岩和西澳大利亚印度德干溢流玄武岩和西澳大利亚Yilgam地块的晚

34、地块的晚太古代花岗岩绿岩地体；柱尾区，火山作用和构造太古代花岗岩绿岩地体；柱尾区，火山作用和构造作用被局限在一个不到作用被局限在一个不到300 km宽的线状窄带内，这宽的线状窄带内，这就是热点踪迹区，如黄石地幔柱及夏威夷就是热点踪迹区，如黄石地幔柱及夏威夷天皇火天皇火山链。山链。地幔柱地幔柱地幔柱地幔柱规模巨大的陨击作用，可造成陨击坑，巨规模巨大的陨击作用，可造成陨击坑，巨大陨击坑使大面积的地表岩石发生破裂，大陨击坑使大面积的地表岩石发生破裂，并在其附近产生巨大的质量亏损，为保持并在其附近产生巨大的质量亏损，为保持重力均衡，可诱发深部地幔物质的上涌，重力均衡，可诱发深部地幔物质的上涌，形成浅源

35、的地幔柱，诱发大规模的岩浆活形成浅源的地幔柱，诱发大规模的岩浆活动，溢流玄武岩的覆盖面积达动，溢流玄武岩的覆盖面积达106 km2，从，从而派生出放射状和环状的张性断裂，形成而派生出放射状和环状的张性断裂，形成岩石圈板块裂开的三联点，推动板块向四岩石圈板块裂开的三联点，推动板块向四周的水平运动。周的水平运动。星际作用说星际作用说巨大的陨击事件对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和地巨大的陨击事件对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和地球物理场可产生巨大的影响：球物理场可产生巨大的影响：一个直径数千米的陨石一个直径数千米的陨石撞击地表后，可造成直径达数百撞击地表后，可造成直径达数百km深度为几十深度为几十k

36、m的陨击的陨击坑，并使直径上千坑，并使直径上千km的范围内产生环撞和放射状断裂；的范围内产生环撞和放射状断裂；由于陨石撞击的速度极高，可达到由于陨石撞击的速度极高，可达到30到到50km/s，陨石，陨石和大量的地表岩石可以因撞击形成局部高温而爆炸、气和大量的地表岩石可以因撞击形成局部高温而爆炸、气化、粉碎，粉尘和烟雾升到空中，阻挡了太阳能的辐射，化、粉碎，粉尘和烟雾升到空中，阻挡了太阳能的辐射，使全球或相当大的范围内气候严寒，直到几个月后烟雾使全球或相当大的范围内气候严寒，直到几个月后烟雾消散、粉尘降落到地表，气候才可转暖，从震碎岩石中消散、粉尘降落到地表，气候才可转暖，从震碎岩石中释放出来的

37、硫化物气体和大气中的水混合，便可形成酸释放出来的硫化物气体和大气中的水混合，便可形成酸雨，而从石灰岩中释放出来的碳与大气中的氧相结合，雨，而从石灰岩中释放出来的碳与大气中的氧相结合，形成很多温室气体二氧化碳，使得几个月的严寒结束后，形成很多温室气体二氧化碳，使得几个月的严寒结束后，就开始了多年的酷热。就开始了多年的酷热。星际作用说星际作用说陨击作用使生物大量灭绝在陨击作用使生物大量灭绝在陨击中心附近所有的动植物被烧死，陨击中心附近所有的动植物被烧死，粉尘和烟雾遮蔽太阳光使植物难以粉尘和烟雾遮蔽太阳光使植物难以进行光合作用，植物枯萎、食草动进行光合作用，植物枯萎、食草动物挨饿，酸雨可溶解细小的海

38、洋生物挨饿，酸雨可溶解细小的海洋生物介壳，破坏了海洋的食物链，造物介壳，破坏了海洋的食物链，造成大规模种群绝灭。成大规模种群绝灭。星际作用说星际作用说星际作用说星际作用说基龙基龙(Edaphosaurus) 石炭纪晚期石炭纪晚期-二叠纪早期二叠纪早期如果陨击事件发生在海洋，则可造成巨如果陨击事件发生在海洋，则可造成巨大海啸，引起海平面大幅度的变化，微量大海啸，引起海平面大幅度的变化，微量元素也产生巨大变化；元素也产生巨大变化；巨大的陨击事件巨大的陨击事件还可以使地球磁极突然翻转；还可以使地球磁极突然翻转；巨大陨击巨大陨击坑造成大面积岩石的破裂及其附近质量亏坑造成大面积岩石的破裂及其附近质量亏损

39、，在重力均衡作用的影响下，可形成浅损，在重力均衡作用的影响下，可形成浅源的地幔柱，诱发大规模的岩浆活动，从源的地幔柱，诱发大规模的岩浆活动，从而派生出放射状和环状的张性断裂，形成而派生出放射状和环状的张性断裂，形成岩石圈板块裂开的三联点，推动板块向四岩石圈板块裂开的三联点，推动板块向四周缓慢地发生水平运动。周缓慢地发生水平运动。星际作用说星际作用说星际作用说星际作用说星际作用说星际作用说南南 极极 洲洲 陨陨 石石星际作用说星际作用说巨大陨击事件的周期性和地球演化的周期性的巨大陨击事件的周期性和地球演化的周期性的关系十分密切，主要存在着关系十分密切，主要存在着(333)Ma和和(26560)M

40、a两种周期性：两种周期性：333Ma的周期与太的周期与太阳系穿越银道面有关，在银道面附近星际物质密阳系穿越银道面有关，在银道面附近星际物质密集分布，引力场发生变化，很容易使小行星或彗集分布，引力场发生变化，很容易使小行星或彗星等脱离原有轨道，出现陨石撞击地球的现象；星等脱离原有轨道，出现陨石撞击地球的现象；26560Ma的周期是银河年的周期，即太阳系绕的周期是银河年的周期，即太阳系绕银河系旋转一周所需要的时间，地球在一个银河银河系旋转一周所需要的时间，地球在一个银河年内年内8次穿越银道面。次穿越银道面。星际作用说星际作用说0.78 Ma左右，即早中更新世之交，存在亚澳陨左右，即早中更新世之交，

41、存在亚澳陨石撞击事件。粒径小于石撞击事件。粒径小于l mm的微玻璃陨石广布于印的微玻璃陨石广布于印度洋、东南亚和澳大利亚附近的洋底之下不足度洋、东南亚和澳大利亚附近的洋底之下不足l0 m的层位，在近椭圆形的范围覆盖面积接近固体地球的层位，在近椭圆形的范围覆盖面积接近固体地球表面积的表面积的1/10，陨击撒落物总重量估算为一亿吨，陨击撒落物总重量估算为一亿吨，此陨击作用可能使印度此陨击作用可能使印度-澳大利亚、非洲和南极洲板澳大利亚、非洲和南极洲板块之间的进一步扩张。此陨击事件使印度板块进一块之间的进一步扩张。此陨击事件使印度板块进一步向北运移，使青藏地区发生了步向北运移，使青藏地区发生了30余

42、余km的缩短和进的缩短和进一步的隆升，造成了中国西部广泛的早、中更新世一步的隆升，造成了中国西部广泛的早、中更新世之间的角度不整合；之间的角度不整合；35 Ma前后，大体上相当于始新世与渐新世之交，前后，大体上相当于始新世与渐新世之交，存在北美陨石撞击事件存在北美陨石撞击事件 ；星际作用说星际作用说星际作用说星际作用说微微 玻玻 璃璃 陨陨 石石65 Ma之前，即白垩纪末期，这是以恐龙为代表的大之前，即白垩纪末期，这是以恐龙为代表的大量生物种群灭绝的重要时期，被公认是巨大陨击作用所量生物种群灭绝的重要时期，被公认是巨大陨击作用所造成的，在墨西哥尤卡坦半岛附近造成的，在墨西哥尤卡坦半岛附近Chicxulub地区水下地区水下1100 m的深处存在一个直径达的深处存在一个直径达200 km的陨击坑；的陨击坑； l00 Ma前后，这是一个重要的全球缺氧事件，生物前后，这是一个重要的全球缺氧事件，生物种群大量灭绝，全球最主要的油气生成时期；种群大量灭绝，全球最主要的油气生成时期； 138 Ma前后，重要的事件是古太平洋地区各板块的前后，重要的事件是古太平洋地区各板块的放射状运移，各板块放射状运动的中心，是否还有陨石放射状运移，