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user: 3. 以Fc力为主导动力的内波说对多种大地构造运动现象的解释 从地槽沉降活动中，找到驱动地槽活动的“潮波驱动力”Fc，提出了大地构造运动的“内波假说”。若在主导动力Fc驱动下，能够重演地槽沉降活动过程，内波说动力机制就初步得到验证。如果能对更多大地构造现象，如“陆壳双层结构”、“大洋中脊”、“大陆溢流玄武岩”等形成作出解释，“内波假说”就有进一步发展的前景。 3.1. 二维有限元模拟沉降期地槽活动 对于地质时间尺度的运动，我们将壳、幔物质简化为不可压缩牛顿粘滞流体。图5(a)是计算起始模型。上层是密度2.7，粘滞系数10 20 Pa·s的地壳，下层为密度3.3，粘滞系数10 21 Pa·s的上地幔。重力作用在整个体系上，潮波驱动力只作用在莫霍面两侧薄层中，大小与莫霍面斜率成比例。在这个模型中，莫霍面两侧物质的粘滞系数超过10 20 Pa·s，微弱的潮波驱动力(强度不到物质自重1%)不能引起明显变形而产生地壳运动。莫霍面因经受交变潮汐剪应力长期作用，一旦放射性热等积累温度升高到临界值，两侧薄层的壳、幔物质，等效粘度可降低到10 15~16 Pa.s [ 24 ] [ 25 ]。初始时刻，平坦的莫霍面上要设置一些微小隆起(或凹陷)，否则运动不会启动。用“有限元法”书后的程序计算结果是 [ 26 ]：在“潮波驱动力”Fc作用下，莫霍面形成隆起–凹陷–隆起的近正弦形波状起伏，两隆起间波长约80 km。重力均衡下地面形成镜象对称起伏，出现洼地与高地。波动起伏增大到一定幅度，莫霍斜面上逆重力推动的物质将被重力分力平衡而停止运动。莫霍面及地面起伏被凝固。 引进剥蚀搬运作用，隆起带物质搬运到沉降带沉积，平衡打破，莫霍面两侧物质继续相向迁移。沉降、隆升继续，沉积地层达两万米都不会停止―实际情况是，沉积1~2万米后，沉降、隆升逐渐停止。原因是冷地层沉到深部，沉降带底部物质粘滞系数增大，物质迁移停顿。图5给出了开始时刻和0.6 Ma、1.2 Ma时的地壳结构。图中显示了两条沉降带和三条隆起带，沉积地层厚度超过万米，地面高差达3000 m。 图5. 重力、“潮波驱动力”和剥蚀搬运联合作用下的地壳演变(a) 平坦的初始地面和莫霍面；(b) 60万年时的地壳结构；(c) 120万年时的地壳结构 有限元数值模拟显示，在“潮波驱动力”Fc持续不断推动下，能够实现地壳沉降及两侧地带隆升的地槽活动。“通过有限元数值计算，证明在引潮力的长期作用下可得到类似的地槽运动结果，这初步支持了内波理论的假设” [ 27 ]。 地槽回返隆升运动也是在Fc这一主导动力推动下发生。 如果将一次地槽活动看作一次构造活动旋回，地史上已发生过十多次旋回。加里东、海西和阿尔卑斯是最新几次。槽台说总结的构造活动现象规律指导探矿等地质实践，整整一个世纪内在地质学界占据主导地位。 在板块说流行的现代，板块说也不能涵盖槽台说所有内容，尤其是大陆构造研究，许多相关概念至今仍具有强大生命力。这一理论仍在地质填图、找矿等实践活动中广泛应用。 但地槽演化的动力机制不明，地质学的这一重要理论仍处于“现象论”阶段。1947年，美国地球物理学联合会会长亚当斯提出六个急需解决的重大问题：山脉的成因、地槽的成因，位列第一、第二。足见其在地球科学中的地位。 3.2. 回返隆升期地槽活动及陆壳双层结构形成 地槽回返隆升期的有限元模拟涉及应力、热传导、温度、物态变化等多场耦合，笔者没有能力实行。以下是定性分析。 沉积了万米地层的沉降带地壳底部温度降低，已经没有低粘滞的下地壳物质可移出供加厚隆起带，隆起带底部却积储了大量塑性好的地壳物质。内波生长过程的特点是，薄地壳底部的玄武岩物质自动向厚地壳底部集中。隆起带底部虽运来了大量低粘滞的玄武岩物质，但不会向厚度比它薄的沉降区底部集中。 剥蚀搬运作用下，经过数千万年后地表及莫霍面又处于水平状态。已经趋于平坦的地壳底部，莫霍面出现一些新的扰动起伏，终于隆起带底部流动性好的地壳物质向沉降带底部集中，向斜(沉降带)开始快速隆起回返。经数千万年放射性热积聚，温度大幅上升但尚未达到熔融状态的沉积地层，由于大幅度隆起，上覆地层剥蚀，地层围压降低，发生大范围等温减压原地重融。形成中央隆起轴部大范围酸性花岗岩岩基 [ 28 ]。 伴随着隆起、褶皱，地层广泛开裂，地槽回返后期发生中、酸性岩浆侵入和喷发为特征的火山活动。地壳热量大量散失，地槽渐趋稳定，成为不甚活动的“地台”。经历多次旋回，大陆地壳上部被反复“耕犁”，玄武岩被“磨”成碎末，雨水淋溶带走易溶的铁镁物质，沉积岩就地重熔变成硅铝质花岗岩。“耕犁”只达到中地壳深度，上地壳花岗岩化，下地壳仍是基性岩，陆壳形成双层结构。环太平洋周边地带，在最近一期卷入地槽活动，因“耕犁”及“淋溶”的不充分，形成“安山岩地带”。 根据放射性元素含量，使稳定地台区莫霍面深度部位大致400℃~600℃上升到地槽活动带莫霍面深度通常具有的800℃高温，大概需要1.5亿~3亿年时间。地壳底部热能的积聚成为地槽活动发生地点与时间的控制因素。也是地槽活动具有旋回性又非全球同步发生的原因。 月球和太阳对地球的引潮力只有地表重力的10 −7 。潮汐动力机制如何能推动构造运动，抬起数千米高的山脉、将数十公里厚岩层剪断，形成巨大的推覆构造！一系列放大机制起了作用：作用在整个地球上的引潮力被集中于壳–幔界面，实现了第一步放大；作用在莫霍斜坡面上的“潮波驱动力”只有重力的10 −3 ，但在双层介质中移动物质只要克服壳、幔物质的密度差，再利用斜面效应，像蚂蚁那样搬山不止，改变了地壳的厚度。利用均衡力再次实现放大。于是，数十公里厚的地层可以强制剪断 [ 29 ]；强烈活动地槽带的深断裂能向下延伸到数百千米深度，引起中深源地震；地幔中生长的大颗粒金刚石得以通过深断裂上升到地表；抬升起来的地层向下重力滑动形成巨大的推覆构造，滑动距离可达数百千米。一系列令人印象深刻的大地构造运动活剧就这样一幕幕展开。 在内波说中，没有了“外动力”，构造运动会停滞，外动力与内动力一样，是构造活动不可或缺的因素。 3.3. 大洋中脊体系 大洋底有一条遍及全球、横穿大洋盆地、线状延伸的洋中脊海底山脉。各大洋洋脊相互连通，形成全球大洋中脊系统，总长8万公里。怎样的动力过程能形成如此宏伟、宛如地球脊梁的洋中脊体系？板块说提出的解释是海底扩张。任纪舜等指出，大洋底多处发现古老地层与海底扩张说矛盾 [ 30 ]。 内波说如何解释全球大洋中脊系统形成？ 地壳玄武岩物质，受潮汐力驱动有从薄地壳底部向厚地壳底部迁移集中的趋势。大洋中脊体系形成的数值实验要在三维地球模型上进行，目前尚未实施。但由简单的二维模型，也可看出洋壳底部玄武岩如何从洋陆交界处向大洋中心积聚的过程。 图6是洋中脊体系生成演化的二维模型。与地槽演化模型的区别是：1) 平面区域的尺度从数百千米扩大到数千千米：2) 两侧边界条件不是固壁，是比洋壳厚度大的陆壳；3) 有海水保护，洋底不考虑剥蚀搬运外动力作用。 图6(a)是洋脊形成模型的初始状态。图6(b)中，与陆壳接触部位，洋壳底部玄武岩物质被吸引到厚的陆壳底部。图中ac段地壳底部物质被迁移至陆壳下方。bc段洋壳左侧薄右侧厚，底部物质向大洋中心方向迁移，bc段尺度不断扩大(图6(c))。同样的情形在另一侧洋陆交界处发生，两侧洋壳加厚处在大洋中线处会合，形成大洋中脊(图6(d))。 图6. 洋陆交界处洋壳底部玄武岩物质被吸引到陆壳底部、玄武岩物质向大洋中央集中，形成洋中脊示意图。散点为运移过来的玄武岩物质 在数值模拟实验做出结果前，仍可指出一些支持这个模型的地质事实。根据这一模型，洋中脊玄武岩(MORB)是经过长途运移集中起来的。MORB化学成分是大面积洋底玄武岩成分的平均。同一洋中脊各处的MORB成分应该差异不大。而各岛采集的“洋岛玄武岩”(OIB)的成分则会有差别，实际情况正是如此 [ 31 ]。 大西洋、太平洋、印度洋三大洋各自的MORB都很均一，但各大洋之间有系统的差别，尤其是相距遥远的印度洋与北冰洋之间成分差异更大。这支持了欧阳自远院士的下述观点：地球由星子吸积形成，星子成分并不均一，造成原始地球各地成分的不均一性 [ 32 ]。 3.4. 大陆溢流玄武岩 大陆上一些地方玄武岩溢流分布面积很大。印度德干高原溢流玄武岩分布面积达50万km 2 ；巴西帕拉南高原玄武岩出露达100万km 2 。大陆溢流玄武岩以宁静的熔岩溢出方式活动。巨厚熔岩高原由反复溢出的熔岩流组成，熔岩高原的厚度往往达到数千米，如此大量从地幔中分异出来的玄武岩岩浆，是如何集中到这些地块下，并一次次溢出地表。 大陆溢流玄武岩与大洋中脊有联系(图7) [ 33 ]。东太平洋隆起通过信天翁高原与墨西哥南部大陆接触的地方、印度西海岸同印度洋中脊接触的地方都出现玄武岩溢流。冰岛位于大西洋中脊北端，岛上大片溢流玄武岩就来自洋中脊。 图7. 洋中脊(实黑线)与大陆溢流玄武岩(黑色区域)的分布。多处大陆溢流玄武岩位于洋中脊与大陆接触的地方(Menard， 1960) Meyerhoff提供的资料说明，洋中脊上有大量平行中脊的断裂、破裂和裂隙，显示出地层下平行于洋脊走向的层状岩浆流形成平直而连续的裂隙和断裂系统。它们的方向表明，洋脊下面岩浆的流动与洋脊平行，不像板块构造要求的那样与洋脊垂直 [ 34 ]。洋脊与大陆接触处，洋脊通道中岩浆从大陆构造运动形成的裂隙涌出地面，远处岩浆再流过来，填充空缺后又一次从裂隙中涌出，形成层叠的大陆玄武岩溢流。当洋脊内的玄武岩浆流走后，洋脊顶部地层塌陷，形成中央裂谷。各地大陆溢流玄武岩的成分与临近的洋中脊玄武岩主元素成分相类似，支持了这一观点 [ 31 ]。 3.5. 深海盆地上散布的万座洋底火山 大洋中往往奇峰突起，出现孤独或成群的洋底火山，有的露出海面成为岛屿，更多的深藏海面之下。大洋中高于1500米的火山就有一万多座。热容易扩散不会自动集中，通常认为炙热的岩浆只能从温度更高的深部——由“地幔热缕”送来。火山和岩浆活动给目击者以极深刻的印象，但是全球火山和岩浆活动散发的热只有(3.8~26.5) × 10 17 J/a，只占地球内部散发到空间的热流量(9.4 × 10 20 J/a)的极小部分。研究火山的实质问题，在于弄清为什么很少量的热会在地壳的局部集中 [ 35 ]。 三维地震层析成象发现，热点的热区域位于100~200公里的深度，下方是温度相对较低的区域 [ 36 ]。这一事实表明，集中于热点的热，很可能来源于地球浅部，而非“热缕”带来的。 固体潮和海潮活动作用在整个大洋壳上。反复的加载、卸载，潮汐能在洋壳地层中耗散产热，在断裂、软弱夹层地点产热率剧增。岩石温度达到部分熔融，Q值急剧下降，产热率上升，导致雪崩式的熔岩形成过程。岩浆囊形成后，熔岩体积增大约16%，上覆地层胀裂，熔岩在减压条件下喷溢，一座新的海底火山开始喷发。 海潮负载对洋底地壳加热，类似微波炉加热，是从上向下加热，热区域自然位于地球浅部，更深处温度反而相对较低；且作用在整个大洋底部，形成遍布洋底的火山。 内波说对这四种全球构造运动现象给出了它们在统一的能源——地球转动能耗散提供的动力驱动下发生、演化的机制性解释。 海陆起源、尤其是大陆的起源是全球构造理论的核心问题。在“大陆漂移说”、“板块说”中，海洋与大陆一开始就存在。它们没有回答海陆起源问题。 对于海陆起源这一地学的基本问题，内波说如何作出回答。