二、板块理论的困惑(二)
1、粘滞系数超过1023-1025泊的不能产生对流。但是杰佛里期测量出的上地幔粘滞系数为1026-1027泊,因此根本就不会发生地幔对流。
2.板块说不能说明海陆的起源:
“大陆漂移学说之父”魏格纳以“海陆的起源”一书发表他的大陆漂移说,阐明了海陆的起源。
在他的书中,海洋和陆地这些实体一开始就已存在,书中只是描述了陆块的分裂及海、陆位置的变迁,没有给出动力学机制。
3.大陆根的发现宣告大陆漂移与板块运动观点的破灭:
三维地震层析发现大陆具有400-500公里很深大陆根。这一现象无论是北美大陆还是欧亚大陆,所有古陆核的中心底部都有很深的地幔根。 无论是“大陆漂移”还是“板块运动”都无法说明具有很深的大陆根的大陆能够怎样漂移,大陆漂移了,陆根还能保存下来?!深深扎在地幔中的大陆根能漂移吗?
4.无视地球自转在地壳运动中的重要作用:
自转是地球的重要特性,从“大陆漂移学说之父”魏格纳开始,一些地球科学家根据众多事实认识到地球自转在地壳运动中必定有重要作用。地震学的一个重要事实是:纬度高于73度的两极地区没有7级以上地震活动,这揭示了地球自转在地壳运动中的重要作用。然而,地球自转的作用在板块说中并没有得到反映,因此,两极地区为何缺少地震也一直令板块说感到困惑。
但是缺少对地球自转导致的离心力的忽略,会使我们对板块的一些运动特征产生疑惑。毕竟板块的产生与运动是一个多作用因素综合作用的结果。例如,我们从大西洋中脊可以明显看出,大洋中集中的转换断层密度(后面有定义:单位长度上的转化断层的条数,单位条/公里)都是向赤道方向随纬度的减小而增加。这主要是板块在地球自转离心力作用下,先赤道方向移动,造成转换断层的挤压、间距减小造成的。还有,就是大西洋的产生,造成欧亚大陆板块下的岩浆向两侧移动的过程中,欧亚板块下的岩浆并没有向北运动,而是南移从而促成了青藏高原的隆起、阿尔卑斯山脉的形成。
5.“地幔对流”热机驱动机制存在的问题:
上世纪“国际上地幔计画”发现,全球各地上地幔存在不均一性。各大洋洋底玄武岩成分的系统差异,表明地球从星子聚集形成后,能导致地幔成分均一化的地幔对流不可能存在。不然,这种不均一性早在对流运动中趋于一致了。
在150-200km(有些可达到300-450km)深度上地幔中生成的大颗粒金刚石,生长温度与压力在30亿年中基本未变的包裹体测量结果表明:地幔中并无板块说所设想的对流现象存在!
地热学的研究早就给出了同样的结果:“放射性热量随深度呈指数减小。我们已经知道由于裂变物质铀是亲氧物质,因此,其主要存在于地表层。地球内部放射性物质极其稀少,尤其是其均匀的分布更本就不能为 “地幔对流热机”提供固定的热源——对地幔对流说,这无异于釜底抽薪。
此外,地下岩浆的对流运动速度远小于岩浆分子的热运动速度。其拥有的成分应该早已趋于均匀没有理由在大样中脊处富集产生对流运动。因此,地幔对流说不能解释全球板块的产生与运动现象。
6.地球演化中确凿存在又极其重要的“地幔分异”过程被忽视了:
“地幔分异”是地球演化过程中确凿存在而又极其重要的物质过程。作为地球主要特征的“圈层结构”正是分异的结果。“对流”与“分异”是两种不相容的物质运动过程——有对流就会造成物质的均匀性分布而不会存在分层现象;相反,分层现象的存在否定地幔对流的存在,尤其是全球性的地幔对流根本就不可能存在。
7.板块说不能解释中国大陆的地震活动:
按照现有的板块理论,地震是板块碰撞的结果。但是,中国大陆地震都发生在所谓的“板块内部”。因此板块碰撞不能解释中国大陆地震。
发生在华北地区的强震,大都发生在晚新生代以来的继承性断陷盆地中。如山西断陷盆地、河北平原凹陷、渤海凹陷和下辽河凹陷中都发生过7级以上强震。在华北平原上更发育了一系列平行的断陷拉分盆地,板块说不能很好地解释华北的地震。这里的结构也与太平洋板块向西运动挤压作用不协调。
中国地质科学研究院的资深研究员赵宗溥在分析了大陆内部,尤其是中国大陆造山带的地层、化石等资料后指出:“碰撞造山说法,根本是没有地质事实根据的臆说”。
有人会说,板块说还是用一种统一的观点解释了如全球性的大洋中脊体系、海陆交界处的贝尼奥夫带、地磁异常条带等多种地学现象。其实,这些现象具有多解性。这需要一个能包容所有资讯的,能解释全部现象的新理论。
下面我们再谈谈支持海底扩张的事实。
20世纪60年代的海底大发现,催生了海底扩张说和板块构造说。其中条带状海底磁异常、深海钻探及转换断层是海底扩张说的三大支柱。
随着科技的进步,关于海底我们有了更多的可靠资料,现在我们回头再分析一下这三大支柱的正确性。
1、条带状海底磁异常的存在
为了解释大陆漂移的动力来源,赫斯1961年基于太平洋东北角和大西洋北部局部的磁异常带与洋中脊平行的事实,开创性地提出了海底扩张学说。
2007年法国地质局编绘了全球目前唯一的世界磁异常图,遗憾的是该图否定了条带状磁异常与洋中脊平行的观点。也因此给了地幔对流说一记沉重的一击。
红海是一个新生代裂开的新海洋,按照海底扩张假说,磁异常条带必定和洋中脊呈现条带状平行分布,但实际上并不是这样(图1),在红海西部,磁异常条带几乎与洋中脊垂直,而在红海东部磁异常也并不呈条带状,而是呈现团块状与洋中脊呈平行状。
无独有偶,这一现象在印度洋中也有,我们继续分析下去。印度洋是一个成熟的大洋,那里的洋中脊与磁异常条带也没有平行关系(图1)。事实上在太平洋和大西洋等全球区域,大多数地区磁异常条带并不平行洋中脊。
2、深海钻探结果
海底扩张假说认为,由于洋中脊不断喷发的玄武岩造成了海底扩张,像传送带一样拖曳大洋板块、大陆板块发生漂移。
2015年,中国著名地学院院士任纪舜等人在地质论评上发表了一篇论文“寻找消失的大陆”,他们通过大量全球ODP(深海钻探)、海洋地质和地球物理调查表明全球大洋中存在大量古大陆残片。按照海底扩张假说,洋中脊上岩石年龄应该接近于0,而事实上却并不是这样的,图2给出了赤道大西洋洋中脊附近古老的大陆岩石分布,在该地区钻探发现大量的古生代和前寒武纪岩石。这些岩石年龄少则300Ma-330Ma,多则1600Ma-1850Ma。这与传统的海底扩张假说完全不符。大洋中的古大陆残片否定了海底扩张模型。
3、转换断层的产生
大洋中脊被一系列横向大断裂错断,这些大断裂从20世纪50年代被发现直到60年代中期一直被认为是平移断层。直到1965年Wilson从动力学的角度提出这类断层是由于海底扩张引起的“转换断层”。其依据是根据当时刚刚完成的局部海底地貌形态进行的推断(图3)。这种推断未免武断,就像现在我们看到一幅山脉地形图,如果不进行地质解剖是不能够直接判定那是“转换断层”一样。
事实上,Wilson提出的这个所谓“转换断层”不符合物理学基本原理,在物理上是不可实现的。它不是地幔对流产生的,使板块不同步运动形成的。
另外,分析海底扩张理论描述的海底扩张过程,可以归纳到海底扩张力具有如下特征:
如上图所示,有物理学的知识可知,大洋中脊出来的对流的岩浆在对流过程中,会由于其与大洋板块的摩擦而减速。其本来的对流速度就很小,因此,大洋板快下的岩浆的对流运动距离不会很长,在距离大洋中脊很近的距离处就会出现停顿现象。从整体上说,一方面,若是存在地幔对流对板块的推动造成板块的产生与移动,这一推动力也是主要存在于大洋中脊处。根本就不会存在像太平洋板块那样长距离的地幔对流;另一方面,由物理知识可知,大洋板块在中脊处受到的推力最大,在接近大陆的地方收到的推力最小。
我们把大洋板块分成若干块,一方面,由于大洋板块的刚性,会把最前端的来自大陆的阻力传到大洋中脊处;另一方面,大洋板快与下边的岩浆物质的摩擦力是每一部分产生的摩擦力之合。这样推动接近大陆板块的第一块大洋板块的力就是来自大陆的阻力加上地幔对其的摩擦力,而推动接近大大洋中脊的第一块大洋板块的力就是来自大陆的阻力加上地幔对其前方所有板块的摩擦力之合。这就产生一个问题。一方面,在大洋板块的温度和厚度随距离中脊的距离的增加而减小;另一方面,大洋板块受到的推力随距离大洋中的距离减小而增加。我们知道,按现有的板块挤压产生山脉的理论,大陆发生挤压变形隆起而产生山脉——如科迪勒拉山脉等。因此,这会使接近大洋中脊的大洋板块产生更为严重的隆起变形。而此不是事实。南太平洋中脊的高度没有安第斯山脉的高度高这是为什么?
还有,在大西洋中部海域的佛德角群岛到加勒比海的之间的大西洋海域之中,存在一个被誉为“地球伤口”的海底巨坑,延伸约有数千平方公里,最高处位于海平面之下3000米。海底其他地区都有大约4英里(约6.4公里)厚的洋壳部分,而这个巨坑上层只有一层薄薄的地幔,并不存在洋壳。而且,它确实发生了位移,从大洋中脊移到了现在的位置。地下岩浆为什么不在此溢出产生隆起或山脉,在地蛮对流的推理作用下这里为什么没有发生褶皱变形?
这些困惑体现了板块的运动是在自身重力作用下的重力下滑而不是地幔对流。
根据海底扩张学说,大洋中脊的扩张力是对大洋板块作用并使大洋板块发生位移的力,其方向是水准方向指向大陆的。各大洋的扩张是以大洋中脊为整体的扩张,即在64000公里的长度上,大洋中脊每年扩张约2厘米。这种扩张以线状的形式存在。这就产生了一个问题,从地幔中溢出的岩浆为什么以线状的形式存在,尤其是,为什么从中脊溢出的岩浆在很长的距离内——如大西洋中脊从北极到南极穿越了整个地球——是怎样保持推动力的相同性,从而保证板块从整个中脊同步离开而不发生倾斜——我们从没有见到在漫长的中脊中随机的不同步的运动现象。
这是现有的地幔对流说解释不了的。
在发生地幔对流的时候,由于流动的地幔与上边大洋板块的摩擦力的作用拖曳板块的移动。这是这个摩擦力的存在,会消耗对流岩浆的动能,从而使其运动速度越来越慢,需要从后面得到能量——水准方向的动能而不是热能,热能只能各方向的随机运动,而不会产生定向的运动。这种岩浆的减速现象,会阻止后面的岩浆的水准运动,直到全部停止下来为止,这是地下岩浆只能升高高度——溢出大洋板块在大洋板块的上边流动。同时重力下滑运动对板块产生轻微的拖曳作用,而不能推到巨大的大洋板块及与之耦合在一起的大陆板块的水准运动。这样就会在大洋中级的两侧堆积成越来越高的山脉,直到不能再升高为止。
因此,促进板块产生与运动的地幔对流是不存在的。
火山与地震是直接反映地壳活动的指标。在上边的分析中我们看到,越接近大洋中脊的地方约会产生岩浆的堆积,从而产生隆起的高大山脉。这样在地幔对流运动中会造成运动的不平衡,必然会导致洋壳受挤压的程度不同,在某些部位,洋壳挤压的力会超出洋壳固体刚性力的承受范围,从而导致地震的产生。但是,客观存在的事实是海岭几乎不具有地震活动。这一现象是地幔对流说 不能回避也不能解释的。还有,在冰岛地下岩浆溢出洋面,这说明这里的岩浆压强大于其他地方,但这里的大洋板块并没有沿平行于中脊方向产生扩张。这里的大洋板块也没有被横向撕裂这是为什么?在夏威夷群岛我们看到同样溢出的岩浆并没有产生南北方或东、西方向的推动力。这是为什么?!
按照地幔对流说,太平洋板块向西俯冲挤压亚洲东侧的大陆及这里的岛屿,在水准方向上大洋板块的俯冲作用表现为推动大陆板块移动,在垂直方向上大洋板块的俯冲作用表现为推动大陆板块抬升。而此不是事实,日本地震表明,这里的日本岛在下沉,而起东侧的大洋板块却在抬升且整体向东运动。这体现的事实是,太平板块在向东运动的过程中,使日本岛逐渐失去了支撑,从而,一方面下沉,一方面东移;相反,缺少了日本岛的压力的大洋板块,弯曲度减小从而出现抬升现象。
太平洋与亚欧大陆交接边缘是东亚岛弧褶带,由千岛群岛,日本群岛,琉球群岛,台湾岛,菲律宾群岛和巴拉望等山脉构成。分析东亚岛弧褶带的弧形分布特点,可以看到这些现象:
1.组成东亚岛弧褶带的各群岛,小范围内呈弧形分布,弧形所形成的圆心处于各群岛的西侧。譬如,千岛群岛半包围西侧的鄂霍次克海,日本群岛半包围西侧的日本海,琉球群岛半包围西侧的黄海东海,菲律宾群岛巴拉望等山脉半包围西侧的南海。
2.东亚岛弧褶带,弧形所形成的圆心整体上处于东亚岛弧褶带西侧的亚欧大陆。
根据海底扩张学说,大洋板块在地幔对流下挤压大陆板块,在这样的作用力作用下,陆壳物质呈弧形分布,弧形所在圆心即应该在大洋方向。这与组成东亚岛弧褶带的各群岛,弧形所形成的圆心处于各群岛的西侧,东亚岛弧褶带,弧形所形成的圆心整体上处于东亚岛弧褶带西侧的亚欧大陆的地理事实恰好相反。这是为什么?
对上地幔的深入研究表明,多数橄榄岩和纯橄榄岩包体中K,Ca,Sr,Ba等生热元素含量石太低,不能使岩石产生部分熔融,同时,橄榄岩和纯橄榄岩包体熔融后的物质成份与玄武岩岩浆不同,所以,现存的上地幔物质只是上地幔熔融产生玄武岩浆后的残留物,它并没有参与地壳的重熔再生,即地幔不存在物质对流现象。存在的只是随着核裂变物质的不断减少,地壳的温度在分异过程中逐渐降低自身的温度。
根据近期的研究资料,尤其是地震波成像资料表明,地球内部的圈层结构并不都是连续分布的:地震波中代表局部熔融岩石的低速带在剖面上常被高速团块所阻隔,受阻的软流层或者为高速团块所抬升,或者下陷到670公里相变面上方,软流层整体上以似层状体的形式存在。地球内部不连续的圈层还有康氏面。俄罗斯柯拉半岛超深钻井并未发现原预测存在于7公里深度的康氏面。同时,地震成像资料表明,康氏面在许多地区并不存在,上下陆壳之间也没有截 然不同的介面,而是复杂的交错和渗透。这否定了整体对流的存在。
根据物理学热能传递的规律,只要存在温差,就存在热传递,因为正常稳定大陆地壳底部为400-600℃,高于洋壳底部的150-200℃,所以,陆壳与洋壳之间,热能的传递是由大陆底部传递给大洋底部的。这怎么产生从大洋中脊到大陆的对流?!
对于板块运动的驱动力,现阶段的地理学者认为,板块运动还有运动板块产生的动力源,其一,俯冲板块产生的拉力,即温度较低的板块俯冲到温度较高的地幔中时,俯冲板块的低温和高密度相对于地幔物质的高温和低密度产生的下沉力;其二,大洋中脊扩张产生的推力。我认为前者是正确的,后者是错误的,地下岩浆的运动主要存在形式是随地球的自转而主体向东运动。在板块下的运动,还受到板块的挤压力的作用,存在沿板块倾斜方向向上的运动。这是液体受到挤压是必然的运动趋势。
只不过现有理论不能解释下滑力的产生原因。
如果山脉确实由板块互相挤压,互相重叠而成,那么,山脉底部地壳厚度要大于平原底部地壳厚度,并且,因为承受了更大的挤压作用,产生压缩的山脉底部地壳密度要大于平原底部地壳密度,这在重力上表现为山顶大于山脚。这样的推测结果与经布格校正后的重力异常在高山区区往往有较大负异常出现,反映高山之下存在相应的品质亏损,山体的密度较小相矛盾。
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