地壳变动的动力源

关于地壳变动的动力源魏格纳曾提出“两种分力”，但未找出这些力来自何方。这是理论思考的核心，即地球动力学的主要问题。这个问题被归结为三个来源：一个是地球体积的胀缩，另一个地球内部的地幔对流，再一个是地球自转相关力。

●地球体积胀缩说

地球收缩说是解决地壳运动动力来源的最早的假说。它可以追溯到16世纪的干瘪苹果的类比，自康德一拉普拉斯星云说提出以后，就以科学的形态出现了。波蒙（1798—1874）第一个提出比较完整的地球收缩假说（1852年）。他认为地球从太阳分离出来时是一个炽热的熔融体，表面冷却成固体地壳后，由于内部继续冷却使地壳失去支撑而塌陷，产生侧向压力，造成褶皱和坳锄陷。休斯（1831—1914）在其《地球面貌》（1885—19O9年）中也采取地球收缩说，以刚性地块推挤和压缩柔性地块说明褶皱山脉的形成。杰弗里斯（]89T—?）把地球的收缩过程设想得更具体，认为地球收缩发生在地表下70—700公里深度的范围，使得70公里厚的地壳遭受挤压，发生褶皱。

地球膨胀的思想，培根在162O年就已提出。用地球膨胀解释大西洋两岸的相似性始于曼托瓦尼（Mantovani）。他在19世纪末提出了这种观点。进入2O世纪，林迪曼（B.Lindeman）认为大西洋的形成是地球体积膨胀导致地壳拉张破裂的结果（1927年）。希尔根伯格（O．C．Hilgenberg）根据大陆可以拼合成一个球面，提出地球是从很小的体积急剧膨大而使表面张裂，逐渐分离成现在的各大陆块的（1933年）。哈尔姆（J．K．E．Halm）依据天体演化的观点，认为原始地球的密度很高，半径可能仅为543O公里，经不断膨胀才到今日的6371公里。埃吉德（L．Egyed）以水体总量不变为前提（1955年），依据古地图计算各时期的大陆面积，推算出地球半径增长的速率为O．14毫米／年。凯里（S．W．Carey）自1958年以来，通过排除后期变化，对大陆进行各种合并，复原漂移前的形状，推论出原始地球的半径仅为今日地球半径的3／4。但另有一些研究表明，几亿年前的地球半径与今日地球半径的差别并不大。

虽然地球膨胀说的信奉者仍在研究，并为其论点辩护，但因其尚有许多疑问，而不为多数研究者接受。地球大规模膨胀的可能很值得怀疑，如果半径以2的因数增加，地球表面则以4的因数增加，体积则以8的因数增加。因而地球物质的密度当以8的因数减小，从现今的平均密度5．52克／厘米’回推过去，原始地球的密度当为44克／厘米3，这样的高密度尚难解释。1968年，贝尔茨（F.Birch）根据地球内部高压冲击波的资料，推断地球半径的变化不会超过1OO公里。

由于收缩说和膨胀说的种种困难，于是缩胀交替的脉动说被提出。布契尔（W．H．Bucher）在1933年提出地球的收缩和膨胀周期性地交替发生，在收缩期地壳受挤压产生褶皱，在膨胀期地壳受拉张产生裂谷。1936年，葛利普（187O—1946）把地质史上古生代全球性的反复进行的海进和海退同地球的脉动联系起来考虑，得出地球的脉动周期与这个代的纪相当的结论。1943年，施奈德罗夫（A．J．Shneiderov）用地球脉动说解释全球大地构造的发展过程，认为每次地球收缩都比前次膨胀的幅度要小些，亦即地球是脉动地膨胀着的，并据此得出较大幅度的急剧膨胀使地壳受拉张作用而形成大洋。较小幅度的缓慢收缩使地壳受挤压作用而褶皱成山脉的结论。195O年，乌姆格罗夫（J.H．F.Umbgrov）把造山运动、岩浆活动、海进海退和生物演化等全球性循环都归因于地球脉动。1962年，沃德（M．A．Ward）通过对古地磁资料的研究，计算出几亿年前地球半径的变化，与泥盆纪、二叠纪和三叠纪相应时的地球半径，分别为今日地球半径的1．12倍、O．94倍和O．99倍，似乎证明了地球的脉动。

●地幔对流说

作为地壳运动的动力来源之一，地幔对流早已被推测。虽然霍普金斯（W．HoPkins）早在1839年就推断地壳下部存在物质对流，但把它作为地质动力提出来的是费希尔（O．Fisher）。费希尔在其著作《地壳物理学》（1881年）中用地幔对流解释火山和造山的尝试，曾一度被认为是无稽之谈而被忽视。霍姆斯（A．Holmes）首次用地幔对流解释大陆漂移的理论（1928年）也未引起重视。1935年皮克里斯（C.L．Pekeris）建立了对流模式（见右图），以上升流动解释大陆的生成，以下降流动解释大洋的生成，并认为只要大陆能自动保持比大洋热些，地幔对流就将持久维持下去。皮克里斯的工作引来了格里格斯（D．Griggs）、迈纳兹（F．A．Vening Meinesz）和钱德雷斯卡（S．Chandrasekhar）等后继者。到196O年代，作为海底扩张和板块运动的主要动力机制，地幔对流说得以进一步发展。各种地幔对流模式相继提出，先是“深地幔对流模式”居主导，后来为“浅地幔对流模式”取代。后来又有考虑地球自转的对流模式，以及把深浅地幔对流结合起来考虑的模式，如波动模式和热柱对流模式。福塞思（D．Forsyth）通过对板块运动的整理分析认为，即使地幔对流存在也不起主要作用。就目前的状况，有关地幔对流的机制还是众说纷纭，至于它是否能驱动板块作有规律的运动也仍是悬而末决的问题。

●地球自转相关力

由于地球体积胀缩力和地幔对流力都不足以形成大陆定向漂移运动，地球相关力就显得尤为重要。它涉及三个方面的问题：一是地壳所受到的自转惯性离心力，二是自转速度变化造成的地壳物质移动的构造力，三是地壳与内圈层自转速度差造成的相对运动力。

20世纪初，泰勒把大陆漂移的动力归结为地球自转产生的离心力。这种力在赤道处最大，向两极方向逐渐减小，到极地处变为零。为说明大陆漂移发生在第三纪，他假定那时地球因俘获了快速旋转的月球作为卫星而增大了自转速度，因而导致离心力增大，造成大陆漂移。

因为地球自转离心力很小，只为引力的1/300，所以魏格纳主张，月球和太阳对地球表面的潮汐摩擦减小了地球的自转速度，其所产生的力推动着大陆向系漂移。

杜托特以重力驱动机制说明大陆漂移。这种重力说实际上是一种古老的地质构造说。重力指地球的引力与地球自转离心力的合力。在地球内部，重力随深度而增加，到核面开始直线下降，到地心为零。所谓大陆漂移的重力机制，指地球重力的不平衡是地壳运动的重要原因。

姚特佛斯（R．V.Eotvos）提出“离极力说”。“离极力”指浮力与重力的合力，它的方向指向赤道，也是一种同地球自转相关的力。魏格纳以它作为驱动大陆块向赤道移动的原动力。其后爱泼斯坦（P．S．Epstein）等人通过计算证明，离极力确实能推动大陆块移动。

地壳与地球内圈的相对运动是地球自转的一种次级效应。由于在地球的地质演化过程中，内圈物质不断向中心集中，使内困的转动质量不断变小，因而自转动量不断加大。又由于地幔与地壳之间有一薄的软流层，造成内圈的自转速度大于地壳的自转速度。这种相对运动，即地壳相对于内圈反自旋方向运动，提供了一种驱动大陆块向西移动的原动力。近年已报道了来自地震波分析的结果：内核自转速度比地壳的自转速度快少许。

1982年，张伯声等把地球体积的胀缩同地球自转速度的变化联系起来，根据地球自转速度、地质演变期变慢，认为地球是脉动地收缩着的。