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岩石圈板块为什么会运动？
还有哪些问题有待解决？
万天丰
(中国地质大学教授)
现在, 地球科学家都一致认为，岩石圈的变形与变位都受到板块运动的控制，在同一过程中发生，互相关联。同一时期，不同的板块可具有不同的运移方向和速度。不同时期的同一板块，也可以有不同的运移方向和速度。 然而, 岩石圈板块到倒底为什么会运移呢? 也即岩石圈板块构造的动力学机制问题, 则是一个至今尚未解决的难题。
板块构造学说, 刚提出来时, 不少学者曾经以为刚性的岩石圈既然在软流圈上面运移,想当然地认为一定是地幔对流带着它运移，认为地幔中由于存在温度差异或密度差异, 可能引起物质的缓慢移动, 热的、轻的物质上升, 造成大洋中脊的热显示, 同时带动中脊两侧的岩石圈板块作向背移动, 在俯冲带处大洋板块下插, 使冷的、重的物质下沉。于是地幔物质就形成了对流环, 好象“传送带”一样带着岩石圈板块运移。这就是板块构造学说早期所主张的地幔对流的“传送带模式”。初看起来, 这种板块驱动机制的解释十分精彩。但事实上,问题很大。在全球“热点”(即地幔物质向上运动的热显示处) 研究中, 发现共有一百多处热点, 除少数分布在大洋脊上, 大多数却都散布在板块内部。由热点位置变化所反映的地幔物质运移速度, 一般认为都只有每年几毫米, 而岩石圈板块的平均运移速度却比软流圈大一个数量级, 即每年几厘米(据Bott,1984)。于是问题就出来了, 低速运行的“传送带”怎么能够带动其上的岩石圈以较高的速度运移呢? 更何况地幔热对流是肯定存在的, 而固体的地幔物质是否能够对流, 至今尚缺乏足够的证据。
近二十年来, 有些学者认为板块的扩张作用不是主要的,“冷”板块俯冲时下沉拖拉力才是板块运移的主要驱动力, 他们用数学模拟的方法论证了这种可能性。然而, 近年来也有人证明, 这种下沉拖拉力不可能太大, 毕竟这些“冷”的洋底玄武岩的密度(约2.8 g/cm3)不可能比深部地幔岩石的密度(3～5 g/cm3)更大。
地球是一个不停旋转的行星, 并且旋转速度也还是有一点变化的。地球自转速度变化对改变地球面貌应有作用，但地球自转速度变化而造成地球表层应力增大或减小的数值, 经国内外许多学者计算，只可能达到1～10 Pa, 即小于万分之一的大气压力, 仅及使岩石变形所需的构造应力的百万分之一至千万分之一。因地球自转速度变化而使岩石圈板块运动的可能性几近于无。
也有的学者想用地球周期性的膨胀、收缩或有限膨胀来解释板块运动, 主要根据是海平面的确一直在不断地升降变化，古大陆残留的面积远远小于地球总面积。因而, 以为地球有胀缩变化，并在不断地膨胀着。这种设想颇能适合宇宙体大爆炸说。然而, 天文与地质观测资料都不支持地球在近40亿年来曾经有过显著膨胀 (例如10%～15%), 而认为地球在近四十亿年以来，体积没有显著的变化，仅有1/600左右或不足1/100的体积加大。 另外, 如采用地球膨胀观点,解释岩石圈如此规模巨大的的水平变位，也是十分困难的。
近年来, 根据大洋钻探的成果, 发现大洋中有两次巨大的陨石撞击事件(据Glass,1982),在海底沉积物中形成上亿吨的微玻璃陨石。撞击中心点正好与几个板块的拼接点位置相近。巨大陨击作用有可能造成直径上百千米、深度几十千米的陨击坑, 使岩石圈表层物质发生显著的亏损, 在岩石圈均衡补偿作用的影响下, 诱发深部地幔物质上涌, 造成海洋板块的张裂、扩张, 从而使周邻板块沿着不同的方向运移 (图10—16)。这种观点, 尽管似乎比以前的假说更合理一点, 然而，受到当前技术条件的限制, 所获的资料有限 (海底钻探深度一般仅为几百米), 只能较好地解释早第三纪以来的两次陨击作用与板块运动的关系。
要想解决岩石圈板块构造的动力学机制问题,还要积累更多的资料, 预计在未来二、三十年内是有可能解决的。其动力来源无非是地球内部的变化和宇宙体系中的某些因素。应该注意的是, 岩石圈毕竟只是固体地球上的一层表皮(平均厚度仅为地球半径的百分之一左右), 仅仅从地球内部来找寻原因，看来是不够的，有必要从宇宙因素与地球内部变化的角度综合起来考虑问题。但要确定什么是主导因素, 目前看来，依据还不够充分, 有待于进一步的努力。
本文是陶世龙、万天丰、程捷编著的《地球科学概论》的第10章中的第5节，万天丰是本章的第一作者。
《地球科学概论》，地质出版社，1999年11月，北京第一版