(4)[转载]地幔环流说：献给印尼海啸和汶川地震遇难者！

       《地幔环流说》  

    地球由多圈层构成，有的为固态（内核，下地幔，岩石圈等），有的为气态、液态或高塑态（大气圈、水圈、软流圈、外地核等），各圈层都参与地球自转。地球圈层是在地球形成和发展过程中通过重力分异形成的。

地球物质在持续不断的发生物理和化学变化，促使其密度不断变化。在重力分异作用下，密度高的会向内层运动，密度低的会向外层运动。如无角动量转移，根据角动量守恒：

可知角速度和旋转半径的平方成反比，旋转半径越大，角速度越低。向内、向外运动的物质会发生相互的角动量转移，但向内运动的角速度增大，向外运动的角速度降低的趋势不变。因此会造成由内到外角速度逐层降低。旋转星球和星系都存在这种内层角速度高的差速旋转现象，如地球，地月系，太阳系，银河系.....,（开普勒三定律描述了星系的这个规律），这不是巧合，而是必然。

用动能和势能关系理解可能更简单一些。物质向内运动，重心下降，势能降低，动能加大，旋转线速度加大，旋转半径变小。角速度=线速度/转动半径，分子扩大，分母变小，角速度变大了。内层角速度和线速度都比外层大，太阳系行星也遵循了这个运动规律。

再次强调“持续不断的发生物理和化学变化，促使其密度不断变化”，这种持续使圈层差速运动能量得以补充，差速运动得以持续。其中引起物质密度变化，使物质内外层交换的能量包括地球热能。

    抽取地球岩石圈、软流圈、下地幔三个圈层，如图1.2所示：黑色的表示固体下地幔；黄色的表示塑性软流圈；灰色的表示固体的岩石圈。三个圈层分别以角速度ω1、ω2和ω3转动，其中ω1>ω2>ω3。

 图1.2： 地球圈层差速旋转示意图

 

以岩石圈为参照，软流圈以角速度ω2-ω3>0顺时针方向流动，即由西向东运动，形成一个环形流，在此称为地幔环流。软流圈的ω2不是一个单一值，内部存在着渐变。

    上图是一个抽象图。软流圈顶部并不平整，具有巨大的插入软流圈的陆根。塑性地幔流遇到斜对流向的陆根会改变方向，形成地幔导流（水坝作用），如果遇到的陆根封闭性较强，则会形成地幔潜流（水闸作用）。

    软流圈相对岩石圈整体东向环流，在上表面因陆根作用形成地幔导流和地幔潜流，这个学说称为地幔环流说。

 地幔流遇陆根改变方向形成地幔导流（非洲西部地幔流被导流向南流动，南美呈弧状，向中部导流强，中部造山剧烈）

 地幔流遇较为封闭的陆根阻挡从下方通过形成地幔潜流（南美洲为典型，潜流淤积作用强，会产生浮力造山）

 大陆飘移动力来自地幔流对陆根的水平推动力,大陆板块拖动或推动洋壳板块。（澳大利亚大陆为典型）

 地幔流遇到陆根封闭阻挡，轻质地幔物质淤积,浮力造褶皱山（安第斯山）。洋壳转化为陆壳。

 板块相对运动造成大洋中脊拉裂，地幔固化，板块增生。（大西洋中脊为典型）

 板块增生的表面积通过褶皱、破裂消亡。（安第斯山褶皱，西太平破裂）。

 大陆板块存在因淤积形成的底侧增生。（南北美洲都存在底侧增生）

 大陆板块会被幔流底削（类似河流剥蚀）,底削物质像河底沙子会被搬运到下游，可在洋中脊处排出，也可增生在另一陆块上。

 洋中脊两侧幔流方向基本相同,可以垂直,斜交,甚至平行于大洋中脊。 

 差速旋转摩擦造成的电荷分离，形成环状电容，环状电容旋转产生磁场，多旋转环状电容磁场叠加形成地磁。

 地震和火山喷发是岩石圈下积存低密度物质的外排过程，根据角动量守恒，这会造成地球转速变化。

 这种积蓄和释放会造成地球转速抖动——逐渐的减慢和突然的变快。

 海沟是拉张型构造（日本海沟，千岛海沟，马里亚纳海沟，爪哇海沟）

 地球圈层角速度不同，通常所说的地球自转周期指的是岩石圈自转周期。这和地球的整体自转周期有差异

 地球内震荡现象  软流圈热，地球散热快，地表气温升高，熔融物质多，圈层摩擦力小，地震少；圈层摩擦力小，产热会减少，熔融物质会减少，散热速度会降低，地表温度降低，摩擦力小，地震少；熔融物质减少又会使摩擦力加大,.....这是一个震荡过程。这个震荡对地球转速，地震，气候，地磁等都有影响。近年来“地球震动模式”就和这种震荡现象有关，地球内震荡值得进一步研究

图1.3： 地幔环流示意图1

   

    大陆和陆根是一个固体，二者具有相同的角速度ω3。软流圈角速度深度方向有差异，ω2处对应的陆根角速度是ω3,ω2-ω3>0，形成地幔流对陆根的推动力“F移”，这就是大陆板块漂移动力。软流圈低密度层内的小麻点表示固体颗粒，这个层角速度比大陆角速度也快，遇到陆根阻挡时，在左侧形成淤积，淤积造成对大陆的浮力“F山”，此浮力破坏岩石圈，造成岩浆向上侵入甚至喷出的通道。淤积过程中低密度层边界倾斜，这些密度层存在角速度差，即相对运动。这就像倾斜的沙堆表面，容易滑坡，产生浮力变化，造成地震，形成贝尼奥夫带。这种密度层有多个，因此也有多层贝尼奥夫带。因此地震模型更适用沙堆理论。这种倾斜密度层是本质，日月产生的潮汐起诱发作用。就像雪崩，雪的倾斜积压是主因，风可以诱发。大陆受到淤积产生浮力F山作用向上运动，拉动海洋板块上浮，当二者之间受到水平拉力和垂直的浮力产生断裂，陆地一侧向上运动，海洋板块一侧向下运动（似逆掩断层）。此处下面积累的淤积物质（有固体和气体）也会部分泄露，这种泄露会造成二者整体受到的浮力减小，又有一个整体下降的作用，日本地震过程中陆地一侧也沉降了就是这个道理。因为这里有大量的固体杂质，能很快堵塞裂隙，因此不会像大洋中脊一样持续喷发，而是长时间积累淤积，短时间释放的一种循环。同深度的非固态层角速度也不同，就像河流，河道有宽有窄，水流速度也会不同，例如斯科舍板块下的幔流速度就会比别的地方高很多。

 

地幔环流与地幔对流对比表

学说 对比项	地幔环流	地幔对流
能源种类	热能，通过升降完成热能到动能的转换 旋转动能，通过差速旋转进行层间传递	放射性物质衰变热能
贝尼奥夫带倾角差异 太平洋西侧陡峭 太平洋东侧平缓	地幔流上升沿和下降沿的不同。 西侧是地幔流上升，类似瀑布冲刷，因此陡峭 东侧是地幔流下降，是淤积，因此平缓	忽略这种差别。
大洋中脊运动特性	大洋中脊是不断移动的 例如太平洋海隆，是从太平洋西侧向东侧移动的。	大洋中脊是相对静止的
洋壳磁条对称性	拉张情况下，地幔物质固化。因洋中脊处小范围内物理化学性质相近，固结速度相近。洋中脊是不断移动的。 （两侧的大陆是不对称的，质量，形状有很大差别，速度不可能相同。）	两侧远离洋中脊的速度相同。
对流驱动	散热驱动 地球表面散热，物质变冷，密度加大，下沉。 散热最快的地方是海洋板块，尤其海沟，中脊是散热最快。理由是海洋板块薄，上表面是水，热交换快。	产热驱动 地球内部温度升高，上升。 洋中脊下产热，温度高。 陆根处冷。 间接隐含了陆地是散热快的地方。
对流规模	全球环流。 顶层受不规则的陆根作用，顺势而变，要具体分析。 上下交换，非规则，非稳定持续。	局部对流。 对流尺度，深度，形式等未明确。 示意图的完美与理论上的混乱形成对比。
幔流总体方向	整体由西向东 上层有导流和潜流 和洋中脊走向没有直接关系	洋中脊下上升 大陆边缘下降 上层远离大洋中脊 下层流向大洋中脊 和洋中脊完全相关。
洋中脊下热对流	洋中脊中央裂谷下幔流下降，两侧上升。 源于海水侵入造成降温作用。	洋中脊中央裂谷下幔流上升，两侧下降。源于深层加热作用。
热对流方式	类似平底锅加热，能够形成物质上下交换， 但没有规则的对流	洋中脊下带状热优势，非常规则的对流
幔流速度	远高于洋脊增生、板块漂移速度。不是同一量级。 （河面漂浮木块相对运动速度远低于河水流速）	与大洋中脊板块增生，板块漂移速度为同一量级。
板块运动	幔流推动大陆陆根 陆壳带动洋壳	幔流拖动洋壳 洋壳带动陆壳
造褶皱山	浮力造山	挤压造山
海沟	拉张构造 海沟是洋中脊的前身	挤压构造 海沟是洋中脊的对立面
大洋中脊	海洋板块增生处。 单侧拉张，后果是中脊位置移动。 这个名称有点不符合实际，改为增生断层比较好	海洋板块增生。 两侧受力方向相反，中脊位置固定
贝尼奥夫带	倾斜并相对运动的密度层界面，易滑坡。	下插消亡的洋壳
板块循环	洋壳，陆壳可以相互转化	洋壳在中脊增生，在海沟下插消亡。大陆板块与海洋板块独立。
海洋板块-》大陆板块	海洋岩石圈浮力造褶皱山转化为大陆。 褶皱山在大陆对着幔流来向一侧。	似乎通过地幔热侵造火山做了一些转化，不过没有明说。
大陆板块-》海洋板块	幔流潜流通过陆根后，流速加快，剥蚀力增强。 剥蚀物质被幔流携带，在洋中脊处析出，转化为大洋板块。也有部分增生在下游大陆上。 大陆被底削破坏严重时会造成大陆裂解。发育新的海洋。如联合古陆的裂解，东非大裂谷。	不转化
太平洋东岸： 山弧－海沟 太平洋西岸： 岛弧－海沟	太平洋西岸是地幔流上升沿（无淤积） 太平洋东岸是地幔流下降沿（严重淤积）	二者都是板块下插作用 边界在海里就形成岛弧 边界在陆地就形成山弧
非洲大陆西侧： 无褶皱山系 南美洲大陆西侧： 十分发达的褶皱山系 安第斯山脉	非洲陆根斜对地幔流  向南导流作用强 南侧与南极洲开口大利于幔流通过  淤积作用弱 南美洲以弧正对幔流  从两侧向中部导流 南侧与南极洲开口小，径向封闭行强，淤积作用强 向中部导流造成中部淤积造山最剧烈 （非洲被推动逆时针旋转，直布罗陀打开，使古海荒漠再次成为地中海！）	威尔逊旋回： 大西洋成年期 没下插 太平洋衰退期 有下插 只是个现象定义，没有任何理由
北美洲西侧： 海沟发育差，褶皱山弱 南美洲西侧： 海沟发育强，褶皱山强	北半球维向陆根无环形缺口，上层地幔流受阻挡多，流动慢，淤积作用稍弱，地震相对南美少。 南半球维向陆根有环形缺口，上层地幔流受阻挡少，流速高，淤积作用强，地震更多。	无
斯科舍板块地形 （位于南美洲与南极洲交界处，见本博客头像）	美洲径向对地幔流封闭强，只有这个小缺口， 地幔流东向流动，撕裂岩石圈。 形成这种如河决堤的形状。	无 东侧地幔流向西，能造成这个形状只能让上帝去解释了。
地磁成因	圈层差速旋转,摩擦产生电荷分离,形成环状电容。 环状电容随地球自转旋转产生磁场。 多个环状电容旋转形成磁场叠加构成地磁。 各叠加磁场强弱变化引发磁极漂移和磁场反转 只要星球有非固态圈层，差速旋转就会有磁场。 随着星球能量耗散，非固态圈层减弱甚至消失。 电荷分离就会停止。进入缓慢的电荷中和过程。 磁场就会减弱乃至消失。火星和月球就是例子。	无

印度北移动力源于澳大利亚、怒沙登加拉、爪哇、苏门达腊对地幔流进行导流，北向地幔导流推动印度陆根。

青藏高原隆起是顶层轻质地幔物质淤积造成，流动性、低密度，低阻层存在是证据。淤积固化造成硅铝层增厚。

印尼大海啸是澳大利亚大陆推扭苏门达腊岛、爪哇、怒沙登加拉一线，与洋壳产生拉裂。看下图漂浮的是什么！

汶川大地震源于轻质地幔物质淤积浮力差产生的断裂。如源于推挤，则汶川到印度大陆一线都应该震才合理。

海地大地震是因南美阻挡幔流，加勒比板块和斯科舍板块为缺口，地幔东流，撕裂此处脆弱的岩石圈。

智利大地震是因南美洲经向封闭，造成强烈的轻质地幔流物质淤积，浮力差产生断裂。

日本大海啸是澳大利亚大陆推挤太平洋板块与欧亚板块强烈拉张。地震中局部东移是明证。

近年来地幔流速度加强，澳大利亚推挤力加强，周边强震不断。

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印尼海啸惨状