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板塊運動
地球表面一個板塊對于另一個板塊的相對運動
基本信息
| 中文名 | 板塊運動 |
| 外文名 | plate motion |
| 應(yīng)用學(xué)科 | 地質(zhì)學(xué) |
| 有關(guān)科學(xué)家 | 勒皮順 |
| 學(xué)說 | 板塊構(gòu)造學(xué)說 |
| 漂浮地幔 | 軟流層 |
收起
板塊的變化
地球堅硬的地殼位于地表以下70-100公里厚的巖石層也不像蛋殼那樣完整。無論是在大洋底下或大陸底下的巖層，原來都是由一塊塊大板塊構(gòu)成的。在這些大板塊之間不是大洋中脊的裂口，就是幾千米深的海溝或者是巨大的斷層。全球六大板塊即太平洋板塊、亞歐板塊、美洲板塊、印度洋板塊、非洲板塊和南極洲板塊。其中，除了太平洋板塊全部浸沒在海洋底部外，其他五個板塊上，既有大陸也有海洋。隨著研究的深入，有人在這些大板塊中又分出一些較小的板塊，例如，把美洲板塊分為北美洲板塊和南美洲板塊；從太平洋板塊中分出東太平洋板塊；從亞歐板塊中分出以中國大陸為主體的東亞板塊等等。還有據(jù)一些科學(xué)家們說：印度洋板塊和非洲板塊發(fā)生張裂，紅海不斷擴張；亞歐板塊與印度洋板塊發(fā)生擠壓碰撞，地面隆起，喜馬拉雅山不斷升高；地中海會消失，南極大陸向北漂……
相對運動
舉例來說，大西洋中脊兩側(cè)的歐亞板塊和北美板塊正在相互分離，但這并不能斷定大西洋中脊相對于地理極是靜止的，也無法確定兩個板塊之中哪一個是靜止不動的，我們只能假定其中一個板塊靜止不動，然后去分析另一板塊相對于它的運動。由此可知，歐亞板塊相對于北美板塊是向東運動，而北美板塊相對于歐亞板塊則是向西運動。歐亞板塊相對于太平洋板塊是向東運動，相對于印度洋板塊則是向南運動。舉例說來，大西洋四周各大陸間的距離，在過去2億年的時間內(nèi)，至少移動了數(shù)千千米，而利用現(xiàn)代空間技術(shù)所觀測到的現(xiàn)代板塊間的相對運動，則可以達到每年幾個厘米的量級。
剛體板塊沿地球表面的運動，應(yīng)遵循球面運動原理，即必定是環(huán)繞通過球心（地心）軸的旋轉(zhuǎn)運動。在球面上，任何一點的移動都不是沿著直線而是沿著弧線的運動。平行于赤道（離旋轉(zhuǎn)極90°的大圓）的一系列同軸圓?。W拉緯線）標(biāo)明了板塊旋轉(zhuǎn)運動的方向，同軸圓弧的垂線（大圓）相交于旋轉(zhuǎn)極。正因為板塊運動是一種旋轉(zhuǎn)運動，所以，板塊上不同位置的線速度隨遠離旋轉(zhuǎn)極而增大，至旋轉(zhuǎn)赤道線速度最大。板塊的旋轉(zhuǎn)運動由旋轉(zhuǎn)極（歐拉極、擴張極）的地理坐標(biāo)（γ、）和旋轉(zhuǎn)角速度（ω）確定。
由于轉(zhuǎn)換斷層的走向平行于相鄰板塊之間的相對運動方向，也就是說，相鄰板塊在球面上的運動軌跡就是轉(zhuǎn)換斷層（圖5．29），故采用求轉(zhuǎn)換斷層為界的各對板塊之間相對運動的旋轉(zhuǎn)極（ρ），例如，采用作圖法對大西洋中脊不同轉(zhuǎn)換斷層分別作垂直于它們的球面大圓，結(jié)果都相交于球面上一個很小的范圍內(nèi)，理解為一個極點，即旋轉(zhuǎn)極，實際位置在58°N及38°W附近。
有了擴張極（旋轉(zhuǎn)極），利用擴張速率便可求出旋轉(zhuǎn)角速度，即：ω=ν/R·cosθ·0.01745式中ω為旋轉(zhuǎn)角速度（度/a）；ν為擴張速率（cm/a）；R為地球半徑（6.37×108cm）；θ為歐拉緯度；0.01745為角度的弧長系數(shù)。表5．2即為明斯特（J.B.Minsteretal，1974）和蔡斯（C.Chase1978）等人求出的全球部分板塊之間現(xiàn)代運動的擴張極和角速度，根據(jù)所求得的旋轉(zhuǎn)極位置和角速度大小，板塊邊界上各點的線速度可以很方便地換算出來。
絕對運動
板塊的絕對運動是指板塊相對于深層地幔（地幔-熱點）的運動。相對于深層地幔平均位置固定的框架，稱為板塊絕對運動參考架（參照系），這種參考架是通過熱點和巖石圈的無整體旋轉(zhuǎn)或稱為平均巖石圈參考架來實現(xiàn)的。熱點參考架的含義是，在地幔中存在一系列熱點，一些學(xué)者認為，熱點位置相對于地球自轉(zhuǎn)軸和深層地幔是長期固定的，板塊相對于熱點的運動也就是板塊的絕對運動，它可通過測量跨越熱點火山鏈的年齡和長度得到。巖石圈無整體旋轉(zhuǎn)參考架的含義是，如果巖石圈與軟流圈的耦合側(cè)向均勻，并且板塊邊界的力矩對稱作用于兩個相鄰板塊，則平均巖石圈參考架就是相對于深層地幔不動的參考架。板塊相對于該框架的運動就是板塊的絕對運動。在大多數(shù)板塊上兩種參考架標(biāo)定的絕對運動基本一致，但也有一定的差別，這主要是由平均巖石圈參考架相對于熱點參考架有整體西向漂移的緣由所致。
除上述兩種參考架外，也有學(xué)者以西太平洋島弧—海溝系作為參照系，計算了1000萬年以來全球各主要板塊以及一些熱點相對于它的板塊運動，發(fā)現(xiàn)夏威夷熱點、南大西洋熱點、非洲提貝斯提熱點等的位移量都很少，從而認為西太平洋島弧—海溝參照系與這些熱點組成了一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可作為至少1000萬年以來板塊絕對運動的參照系統(tǒng)。這樣就大致表明了上述時間內(nèi)各大板塊的絕對運動，其中以太平洋板塊的運動速率最大，它主要是向西偏北方向運動；印度板塊主要向北運動；北美和南美板塊主要向西偏南方向運動，北美板塊的旋轉(zhuǎn)極位于白令海中，該極點四周的北美板塊（部分），以及亞洲東北端均環(huán)繞該極做旋轉(zhuǎn)運動，方向比較復(fù)雜；非洲板塊的旋轉(zhuǎn)極位于幾內(nèi)亞灣內(nèi)，它基本上是環(huán)繞該極做左旋運動；歐亞板塊主要是向西和向北運動，特別是更新世以來，亞洲大陸向北推移趨勢明顯。由此可知，板塊的相對運動和絕對運動是不同的，以歐亞板塊和太平洋板塊為例，它們的絕對運動有可能都向西或都向東或向其他方向，但它們之間的相對運動則必須是相互匯聚的。這明確表示，板塊絕對運動的旋轉(zhuǎn)極，不同于一對板塊之間相對運動的旋轉(zhuǎn)極。
板塊速度
由于板塊的剛性是近似的，故板塊旋轉(zhuǎn)運動的定量計算值不可能是實際值。不過利用現(xiàn)代空間技術(shù)觀測到的板塊間相對運動速率顯示板塊運動方向和速率的地學(xué)估計與短時間尺度的直接測量結(jié)果大體上還是一致的。
由前述可知，當(dāng)兩個各具邊界形態(tài)的板塊發(fā)生運動時，它們都有自己的旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)極，若三個板塊同時發(fā)生運動則它們?nèi)卟豢赡苁抢@同一旋轉(zhuǎn)極的轉(zhuǎn)動，其中第三個板塊的旋轉(zhuǎn)極必然隨轉(zhuǎn)動而移動變位，所以，其旋轉(zhuǎn)極只能是一個平均數(shù)。另外，每對板塊擴張極的位置在時間上是變化的，所以，板塊運動的旋轉(zhuǎn)極只具有瞬時的位置性質(zhì)。判斷板塊運動的標(biāo)尺是時間段落，所以，旋轉(zhuǎn)極就總是一個平均數(shù)，空間上是一個理想的點。對重建古大陸位置而言，確定板塊旋轉(zhuǎn)極的位置非常重要。
變動特征
巨大的太平洋板塊朝西北、西及北的海溝俯沖推移。太平洋板塊與歐亞板塊和印度板塊的匯聚速率，在日本—湯加海溝—帶達到最大，可達9cm/a。湯加海溝以南，日本海溝以北，匯聚速率遞減，向南至克馬德克海溝，向北至阿留申海溝減至7cm/a左右。在馬里亞納和菲律賓海溝附近，海溝出現(xiàn)分叉現(xiàn)象，其間夾著菲律賓海板塊，由于間夾板塊處于環(huán)太平洋匯聚擠壓帶范圍內(nèi)，故其間并未出現(xiàn)離散型邊界。歐亞板塊與次級菲律賓海板塊之間相對運動的旋轉(zhuǎn)極在日本北海道東北，它們的匯聚速率在日本九洲附近為（3-4）cm/a，向南逐漸增大，至我國臺灣以南增大到7cm/a以上。太平洋板塊東邊側(cè)，沿秘魯—智利海溝，次級可可板塊和納茲卡板塊與南美板塊相互對沖（俯沖和仰沖），其匯聚速率也在9cm/a以上。
南、北美板塊之間的加勒比板塊與菲律賓海板塊一樣，也處于環(huán)太平洋匯聚擠壓帶內(nèi)，同樣也未見有離散型邊界出現(xiàn)。加勒比板塊的西界是中美海溝，東界是小安的列斯島弧—海溝系，二者均屬匯聚型邊界，南、北兩端均為轉(zhuǎn)換斷層，北端左旋，南端右旋。因此，加勒比板塊向東仰沖于大西洋洋底之上。
歐亞板塊南界西端為大西洋亞速爾三聯(lián)點，從亞速爾到直布羅陀一線，非洲板塊相對于歐洲板塊左旋，其相互匯聚速率僅0.5cm/a。自此向東為阿爾卑斯—喜馬拉雅巨型緯向造山帶，以北為歐亞板塊，以南依次為非洲板塊、阿拉伯板塊和印度板塊，它們相對擠壓、匯聚，壓縮速率自西而東逐漸增大，至印度板塊西面的帕米爾楔，其匯聚速率為4.3cm/a，向北偏西插入歐亞板塊，至東面的阿薩姆楔，則以6.4cm/a的匯聚速率向北東突入歐亞板塊。由于兩端向北推進的速率不一致、不對稱，故在印度板塊向北運動的同時兼有左旋動勢。印度板塊的這種運動性質(zhì)是形成青藏高原構(gòu)造形變的最重要因素。再往東過渡為印度洋東北緣的俯沖邊界，沿爪哇海溝其匯聚速率為7cm/a左右，至東南邊緣則被新西蘭轉(zhuǎn)換斷層所替代。阿拉伯板塊與印度板塊之間，在阿拉伯板塊的西北緣和東南緣均為北北東向的左旋轉(zhuǎn)換斷層，并以此與印度板塊相分隔。
上述全球主要板塊的相互協(xié)調(diào)和彼此關(guān)聯(lián)，以及增生擴張和消亡壓縮現(xiàn)象，集中體現(xiàn)為全球的三大巨型構(gòu)造系，一是環(huán)太平洋深消減帶板舌構(gòu)造系，所環(huán)繞的太平洋面積占全球面積的1/4；二是太平洋增生帶洋脊構(gòu)造系，相當(dāng)于環(huán)繞地球赤道兩周的總長度；三是大陸碰撞造山帶構(gòu)造系，主要分布在北半球北緯20°-50°之間，是一個包括阿爾卑斯—喜馬拉雅造山帶在內(nèi)，寬達2000～3000km的環(huán)帶。這三個具有全球尺度的巨型構(gòu)造又具有以下變動特征。
定向性
非平穩(wěn)性
巖石圈板塊運動強度的非平穩(wěn)性：主要有三點依據(jù)，即大洋中脊的變格和跳位現(xiàn)象，以及熱點軌跡走向的顯著變化；古地磁視極移曲線沿走向突然改變而分開；巖石圈板塊相對于熱點，其運動速率發(fā)生過較大變化，比如北美、歐亞、非洲和南極洲板塊早期的運動速率曾達到過8cm/a，而運動速率則為2cm/a左右。地震活動的幕式特征也是板塊運動非平穩(wěn)性的反映。
反對稱性
巖石圈巨型構(gòu)造系的反對稱性：全球巨型構(gòu)造系的空間位置和幾何形式雖相互對稱，但活動構(gòu)造特征是相反的，故稱反對稱性。全球3/4的大洋和洋脊裂谷集中在南半球，那里有相當(dāng)高的熱流值，代表擴張型半球；相反，全球3/4的大陸和活動造山帶則集中在北半球，那里有廣泛的地震活動，代表壓縮型半球，此與南半球形成鮮明對照。在以經(jīng)度180°為中心的太平洋半球，其環(huán)太平洋消減帶代表著壓縮型半球，邊緣環(huán)帶為以180°半徑為中心的環(huán)帶；以經(jīng)度0°為中心的大西洋半球，則在0°以西，呈面狀分布著一系列縱向洋脊和裂谷，代表著縱張型半球，二者的反對稱性特征亦相當(dāng)明顯。
此外，在同一構(gòu)造系內(nèi)，也存在著明顯的反對稱性，如在環(huán)太平洋深消減帶板舌構(gòu)造系內(nèi)，西太平洋的板舌傾角多數(shù)大于45°，以至直立下插，而東太平洋的板舌傾角多小于45°，在南美西岸可以低到8°～12°，以至水平。西太平洋俯沖帶為典型的溝—弧—盆系，而東太平洋俯沖帶則屬陸緣擠壓造山帶，弧后盆地不發(fā)育。西太平洋中脊裂谷和太平洋中隆裂谷，雖然在中、低緯度它們的走向都是南北向，轉(zhuǎn)換斷層也基本是東西向，但中脊兩側(cè)同一地質(zhì)時代的海底磁條帶的寬度并不相等，多數(shù)是東側(cè)比西側(cè)寬，反映兩側(cè)為不等速擴張，這是板塊運動速率的反對稱性特征。
板塊構(gòu)造
產(chǎn)生機制
形成機制
板塊運動的原動力來源機制是：地球表面的高山深壑在天體運動的相互作用中，產(chǎn)生的慣性動量的分布不均衡，不同板塊的整體慣性動量的差異會引起板塊間運動速率的微差，結(jié)果是形成板塊間擠壓，這種擠壓的表現(xiàn)形式就是地震。此理論的推論有兩個：一是表面平滑的星球上不會發(fā)生板塊漂移；二是地球的自轉(zhuǎn)軸區(qū)域不會發(fā)生地震。
板塊構(gòu)造學(xué)說誕生后，已成功地解釋了一些大地構(gòu)造現(xiàn)象。同時，仍存在一些尚不能圓滿解釋的問題，有些推論也未得到最后的證實。但這些都不會影響這一學(xué)說的發(fā)展，相反會對它起推進作用。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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