地幔環流說

針對地幔對流說解決板塊運動和板塊構造矛盾不斷的困境而提出的一種新的大地構造動力學假說。

該學說認為地球由圈層構成，高塑態（包括液態，氣態等）圈層物質不斷發生物理化學變化，引發密度變化，會上下交換。交換過程中因角動量守恆，上升與下降的發生角動量轉移，最終形成內層角速度和線速度都比外層快。相對於地殼，軟流圈形成一個自西向東的環流圈，水平運動的地幔環流垂直作用於幾十公里的陸根是板塊運動的主要動力。在陸根的作用下，總體上環流的地幔流局部形成地幔導流、地幔潛流等。

用這套基本理論解釋了印度北移，青藏隆起，東南亞大旋紐，南美洲西部褶皺山，太平洋西部海溝、洋殼與陸殼的演變、地磁產生與翻轉等地學難題。

基本介紹

• 中文名：地幔環流
• 所屬類別：大地構造動力學假說

定義

地球由多圈層（如圖1）構成，有的為固態（核心，下地幔，岩石圈等），有的為氣態、液態或高塑態（大氣圈、水圈、軟流圈、外地核等），各圈層都參與地球自轉。地球圈層是在地球形成和發展過程中通過重力分異形成的。

圖1

地球物質在持續不斷的發生物理和化學變化，促使其密度不斷變化。在重力分異作用下，密度高的會向內層運動，密度低的會向外層運動。如無角動量轉移，根據角動量守恆：如圖2

圖2

可知角速度和旋轉半徑的平方成反比，旋轉半徑越大，角速度越低。向內、向外運動的物質會發生相互的角動量轉移，但向內運動的角速度增大，向外運動的角速度降低的趨勢不變。因此會造成由內到外角速度逐層降低。旋轉星球和星系都存在這種內層角速度高的差速旋轉現象，如地球，地月系，太陽系，銀河系.....,（克卜勒三定律描述了星系的這個規律），這不是巧合，而是必然。

用動能和勢能關係理解可能更簡單一些。物質向內運動，重心下降，勢能降低，動能加大，旋轉線速度加大，旋轉半徑變小。角速度=線速度/轉動半徑，分子擴大，分母變小，角速度變大了。內層角速度和線速度都比外層大，太陽系行星也遵循了這個運動規律。

“持續不斷的發生物理和化學變化，促使其密度不斷變化”，這種持續使圈層差速運動能量得以補充，差速運動得以持續。其中引起物質密度變化，使物質內外層交換的能量包括地球熱能。

抽取地球岩石圈、軟流圈、下地幔三個圈層，如圖3所示：黑色的表示固體下地幔；黃色的表示塑性軟流圈；灰色的表示固體的岩石圈。三個圈層分別以角速度ω1、ω2和ω3轉動，其中ω1＞ω2＞ω3。

圖3

以岩石圈為參照，軟流圈以角速度ω2-ω3＞0順時針方向流動，即由西向東運動，形成一個環形流，在此稱為地幔環流。軟流圈的ω2不是一個單一值，內部存在著漸變。

圖3是一個抽象圖。軟流圈頂部並不平整，具有巨大的插入軟流圈的陸根。塑性地幔流遇到斜對流向的陸根會改變方向，形成地幔導流（水壩作用），如果遇到的陸根封閉性較強，則會形成地幔潛流（上水閘作用）。

軟流圈相對岩石圈整體東向環流，在上表面因陸根作用形成地幔導流和地幔潛流，這個學說稱為地幔環流說。

地幔流遇陸根改變方向形成地幔導流（非洲西部地幔流被導流向南流動，南美呈弧狀，向中部導流強，中部造山劇烈）

地幔流遇較為封閉的陸根阻擋從下方通過形成地幔潛流（南美洲為典型，潛流淤積作用強，會產生浮力造山）

觀點

大陸飄移動力來自地幔流對陸根的水平推動力,大陸板塊拖動或推動洋殼板塊。（澳大利亞大陸為典型）

地幔流遇到陸根封閉阻擋，上層輕質地幔物質底側淤積,浮力造褶皺山（安第斯山）。洋殼轉化為陸殼。

板塊相對運動造成大洋中脊拉裂，地幔固化，板塊增生。（大西洋中脊為典型）

板塊增生的表面積通過褶皺、破裂消亡。（安第斯山褶皺，西太平破裂）。

大陸板塊存在因淤積形成的底側增生。（南北美洲都存在底側增生）

大陸板塊會被幔流底削（類似河流剝蝕）,底削物質像河底沙子會被搬運到下游，可在洋中脊處排出，也可底側增生在另一陸塊上。

洋中脊兩側幔流方向基本相同,可以垂直,斜交,甚至平行於大洋中脊。

差速旋轉摩擦造成的電荷分離，形成環狀電容，環狀電容旋轉產生磁場，多旋轉環狀電容磁場疊加形成地磁。

地震和火山噴發是岩石圈下積存低密度物質的外排過程，根據角動量守恆，這會造成地球轉速變化。

這種積蓄和釋放會造成地球轉速抖動——逐漸的減慢和突然的變快。

海溝是拉張型構造（日本海溝，千島海溝，馬里亞納海溝，爪哇海溝）

地球圈層角速度不同，通常所說的地球自轉周期指的是岩石圈自轉周期。這和地球的整體自轉周期有差異

對比表

表1

學說 對比項	地幔環流	地幔對流
能源種類	旋轉動能 熱能 重力勢能	熱能
貝尼奧夫帶傾角差異 太平洋西側陡峭 太平洋東側平緩	地幔流上升沿和下降沿的不同。 西側是地幔流上升，類似瀑布沖刷，因此陡峭 東側是地幔流下降，是淤積，因此平緩	忽略這種差別。
大洋中脊運動特性	大洋中脊是不斷移動的 例如太平洋海隆，是從太平洋西側向東側移動的。	大洋中脊是相對靜止的
洋殼磁條對稱性	拉張情況下，地幔物質固化。因洋中脊處小範圍內物理化學性質相近，固結速度相近。洋中脊是不斷移動的。 （兩側的大陸是不對稱的，質量，形狀有很大差別，速度不可能相同。）	兩側遠離洋中脊的速度相同。
對流驅動	散熱驅動 地球表面散熱，物質變冷，密度加大，下沉。 散熱最快的地方是海洋板塊，尤其海溝，中脊是散熱最快。理由是海洋板塊薄，上表面是水，熱交換快。	產熱驅動 地球內部溫度升高，上升。 洋中脊下產熱，溫度高。 陸根處冷。 間接隱含了陸地是散熱快的地方。
對流規模	全球環流。 頂層受不規則的陸根作用，順勢而變，要具體分析。 上下交換，非規則，非穩定持續。	局部對流。 對流尺度，深度，形式等未明確。 示意圖的完美與理論上的混亂形成對比。
幔流總體方向	整體由西向東 上層有導流和潛流 和洋中脊走向沒有直接關係	洋中脊下上升 大陸邊緣下降 上層遠離大洋中脊 下層流向大洋中脊 和洋中脊完全相關。
洋中脊下熱對流	洋中脊中央裂谷下幔流下降，兩側上升。 源於海水侵入造成降溫作用。	洋中脊中央裂谷下幔流上升，兩側下降。源於深層加熱作用。
熱對流方式	類似平底鍋加熱，能夠形成物質上下交換， 但沒有規則的對流	洋中脊下帶狀熱優勢，非常規則的對流
幔流速度	遠高于洋脊增生、板塊漂移速度。不是同一量級。 （河面漂浮木塊相對運動速度遠低於河水流速）	與大洋中脊板塊增生，板塊漂移速度為同一量級。
板塊運動	幔流推動大陸陸根 陸殼帶動洋殼	幔流拖動洋殼 洋殼帶動陸殼
力作用方式	與幾十甚至上百公里大陸根垂直的地幔流水平方向推動陸根。 作用面積大，作用效率高。	地幔流與洋殼之間的摩擦 固態和塑性物質摩擦係數應較小，作用效率低，作用力有限。
造褶皺山	浮力造山	擠壓造山
海溝	拉張構造 海溝是洋中脊的前身	擠壓構造 海溝是洋中脊的對立面
大洋中脊	海洋板塊增生處。 單側拉張，後果是中脊位置移動。 這個名稱有點不符合實際，改為增生斷層比較好	海洋板塊增生。 兩側受力方向相反，中脊位置固定
貝尼奧夫帶	傾斜並相對運動的密度層界面，易滑坡。	下插消亡的洋殼
板塊循環	洋殼，陸殼可以相互轉化	洋殼在中脊增生，在海溝下插消亡。大陸板塊與海洋板塊獨立。
海洋板塊-》大陸板塊	海洋岩石圈浮力造褶皺山轉化為大陸。 褶皺山在大陸對著幔流來向一側。	似乎通過地幔熱侵造火山做了一些轉化，不過沒有明說。
大陸板塊-》海洋板塊	幔流潛流通過陸根後，流速加快，剝蝕力增強。 剝蝕物質被幔流攜帶，在洋中脊處析出，轉化為大洋板塊。也有部分增生在下游大陸上。 大陸被底削破壞嚴重時會造成大陸裂解。發育新的海洋。如聯合古陸的裂解，東非大裂谷。	不轉化
太平洋東岸： 山弧－海溝 太平洋西岸： 島弧－海溝	太平洋西岸是地幔流上升沿（無淤積） 太平洋東岸是地幔流下降沿（嚴重淤積）	二者都是板塊下插作用 邊界在海里就形成島弧 邊界在陸地就形成山弧
非洲大陸西側： 無褶皺山系 南美洲大陸西側： 十分發達的褶皺山系 安第斯山脈	非洲陸根斜對地幔流 向南導流作用強 南側與南極洲開口大利於幔流通過 淤積作用弱 南美洲以弧正對幔流 從兩側向中部導流 南側與南極洲開口小，徑向封閉行強，淤積作用強 向中部導流造成中部淤積造山最劇烈 （非洲被推動逆時針旋轉，直布羅陀打開，使古海荒漠再次成為地中海！）	威爾遜旋迴： 大西洋成年期 沒下插 太平洋衰退期 有下插 只是個現象定義，沒有任何理由
北美洲西側： 海溝發育差，褶皺山弱 南美洲西側： 海溝發育強，褶皺山強	北半球維向陸根無環形缺口，上層地幔流受阻擋多，流動慢，淤積作用稍弱，地震相對南美少。 南半球維向陸根有環形缺口，上層地幔流受阻擋少，流速高，淤積作用強，地震更多。	無
斯科舍板塊地形 （位於南美洲與南極洲交界處，見本部落格頭像）	美洲徑向對地幔流封閉強，只有這個小缺口， 地幔流東向流動，撕裂岩石圈。 形成這種如河決堤的形狀。	無 東側地幔流向西，能造成這個形狀只能讓上帝去解釋了。
地磁成因	圈層差速旋轉,摩擦產生電荷分離,形成環狀電容。 環狀電容隨地球自轉旋轉產生磁場。 多個環狀電容旋轉形成磁場疊加構成地磁。 各疊加磁場強弱變化引發磁極漂移和磁場反轉 只要星球有非固態圈層，差速旋轉就會有磁場。 隨著星球能量耗散，非固態圈層減弱甚至消失。 電荷分離就會停止。進入緩慢的電荷中和過程。 磁場就會減弱乃至消失。火星和月球就是例子。	無

具體現象解釋

印度北移動力源於澳大利亞、怒沙登加拉、爪哇、蘇門達臘對地幔流進行導流，北向地幔導流推動印度陸根。

青藏高原隆起是頂層輕質地幔物質淤積造成，流動性、低密度，低阻層存在是證據。淤積固化造成矽鋁層增厚。

印尼大海嘯是澳大利亞大陸推扭蘇門達臘島、爪哇、怒沙登加拉一線，與洋殼產生拉裂。

汶川大地震源於輕質地幔物質淤積浮力差產生的斷裂。如源於推擠，則汶川到印度大陸一線都應該震才合理。

海地大地震是因南美阻擋幔流，加勒比板塊和斯科舍板塊為缺口，地幔東流，撕裂此處脆弱的岩石圈。

智利大地震是因南美洲經向封閉，造成強烈的輕質地幔流物質淤積，浮力差產生斷裂。

日本大海嘯是澳大利亞大陸推擠太平洋板塊與歐亞板塊強烈拉張。地震中局部東移。