第二章 控制地球演化的作用

根据作用学研究得知，地球物质运动（地球内部物质关系变化）主要在外作用控制下进行。这些外作用有来自太空的物质冲击或光压作用、天体的屏护作用、地球自身的屏护作用、地球自转带来的离心作用、阳光的作用、大气和水的作用、风化剥蚀与搬运沉积作用、相对运动的地球内部物质间的相互作用（如水体潮汐、地壳固体潮汐、地幔液体潮汐等产生的作用）。其中，外来冲击或光压与地球屏护合成“地心引力”作用，外来冲击或光压与天体屏护合成“天体引力”作用，“地心引力”与自转离心力合成重力。这些作用都是控制地球演化的主动作用。地球受这些作用时，相伴生成一些反向的作用，如阻碍作用、摩擦作用、抗变作用、反作用等，这些作用是被动形成的，叫被动作用，又统称阻碍作用。地球的演化发展状况受主动作用与被动作用共同控制，但被动作用因主动作用现象发生而发生，所以，主动作用才是地球演化的真正主宰者。来自地下运动物质的作用叫内动力地质作用。内动力地质作用如板块运动产生的作用、岩浆上涌所产生的作用等等也构成控制地壳运动的主动作用。在所用这些作用的共同控制下，地球在无休止地演化着。除了人们经常看到的地表物质在无休止地演化与运动之外，地下所有物质都在无休止地演化与运动着。这种演化与运动都按照作用所确定的方向进行与发展。

§2.1.“地心引力”作用

“地心引力”是牛顿确定的一种力学概念。牛顿认为，将地球上的各种物质束缚在一起、使其获得指向地心方向的动量增量的作用是地球产生的一种“吸引本领”，并称其为“地心引力”。自然界普遍存在这种力，牛顿称其为“万有引力”。作用学研究发现，不受相互吸引作用的两个物体之间的关系变化也遵守牛顿的“万有引力定律”，任何两个物体之间的距离关系变化都遵守牛顿的万有引力定律。牛顿万有引力定律只不过是反映“两个质点之间的距离关系变化规律”的定律。即，根据两质点间的距离变化加速度 a与两质点质量m₁和m₂与它们分别受的合力F₁和F₂之间的关系式

a=F₂/m₂-F₁/m₁=F/m₂

得，任意质点m₁相对于另一任意质点m₂受的合力（即“m₁对m₂的吸引力”）是

F=m₁m₂a=m₁F₂-m₂F₁

显然，这种力根本不是什么“万有引力”。因此，作用学认为，“地心引力”并不是“地球对物质的吸引力”，而是受其它一些作用控制生成的一种相对力，等于物质与地球间的关系变化加速度(d²φ/dt²＝m₁m₂a).这种作用是控制物质指向地心方向运动的最重要的作用。

根据万有引力定律，质量为 M的地球对质量为m 的地质体所产生的地心引力大小是

W=GMm/D²

式中，D 为M 与m间的质心间距， G为引力常数。引力 W与牛顿第二定律确定的力有着本质区别。根据牛顿第二定律，在地心引力作用下，相对于地心以 a为加速度运动的m 所受的、由牛顿第二定律确定的力（也就是地心引力）是

f=ma ；

设M 对m 的引力是f ₂，m 对M 的引力是f ₁，M 和m 在运动中仅受f ₁和 f₂的控制，从而发生关系变化，则有

a=f ₂/m-f ₁/M=f/m ，

a就是 m相对于M 的运动加速度，等于地心引力加速度。a与地心引力之间的关系式是

W=Mf₂-mf₁=Mf=Mma=kMm/D²

与牛顿第二定律相统一的“地心引力” F实际上就是相对力f ，即，F=f 或F=Gm/D².

可见，“地心引力”的本质并不是“物质间的相互吸引力”。那么，“万

有引力的本质”是什么？作用学认为，“万有引力”的本质可从两方

面来认识：1“万有引力”等于关系变化加速率，是关系变化现象的

一种量，而不全是力的成分；2在宇宙空间中到处存在微观运动物质，

天体在充满微观运动物质的空间存在，受微观物质的围冲。围冲构成

“万引作用”的原因。地球也是宇宙中的小天体，它也受围冲作用。

“地心引力”的作用方向始终指向地心，其作用具有持久性和连续性特点。如果没有其它作用存在，它在地质历史时期 t内会使地球的任意物质部分获得指向地心方向的相对动量增量达到

Δmv=F_1t=Gmt/D²

这样一个非常巨大的值。与此相应，在地质历史时期 t内地心引力应使m 增加的引力位移量是

ΔL=Gt²/2D².

可见，地心引力对地质体的变形与运动有着极大的控制作用，它是支配地质体向地心方向运动与变化的主要作用力。

§2.2.地球自转离心作用

在力学中，离心力被认为是向心力的反作用力，与向心力的大小相等、方向相反。然而，事实上，力学中的那种离心力是不存在的。向心力主要由转动物以外的作用物质对转动物构成的作用产生，向心力的反作用力由转动物产生，它作用在旋转体以外的物质之上，而不是作用在转动物上的力。离心力可由外来物质对转动物进行作用产生，但在无外作用生成离心力的情况下，离心力一般由旋转物的动量产生，在仅有向心力和旋转线动量 mv两个量控制下作匀速圆周运动的现象中，旋转线动量 mv就等于离心力，即

F₂=mv=mωr

式中，ω为圆周运动角速度； r为圆周半径；在转动现象中，线速度 v的量纲是米/秒²。线动量与向心力的合成量就是支配物体作圆周运动的合力。在地球表面存在的地质体所受的离心力也就等于该地质体的质量 m与m 绕地球自转轴转动的线速度v 之积，等于m 与地球自转的角速度ω和旋转圆周半径r 三者之积。离心力F² 的作用方向与旋转线速度方向一般成ω角，与向心力方向成（90°+ ω/2）角。m 受向心力的大小为

R=2mvsin(ω/2)；

m受离心作用力的垂直分量是

F₂₁=mvsin(ω/2) ；

仅是向心力的二分之一， m受离心力的水平分量是

F₂₂=mvcos(ω/2)

变速圆周运动的离心力等于质点质量 m与旋转线速度变量 v之积。即

F₂=mv

变速圆周运动的向心力大小是

R=m(v²+u²-2vucos)^1/2

式中，v 和u 分别是m的运动初速度和末速度。在匀速圆周运动现象中，线动量 mv作为控制圆周运动的一个力，虽然大小不变，但方向不断变化，它与向心力的合力

F=F₂+f=mv+R

仅是一瞬间作用量，所以，离心力是在一瞬间支配物体作匀速圆周运动的力，在特定一段时间内，离心力产生的离心作用量是 F₂对时间t的向量积分，即

A₂=∫₀^tF₂dt=m∑v_i=m(v₀+v₁+v₂+ …+v_t )

所以，恒定大小的匀速圆周运动线动量或离心力也不是恒力，而是变力。总之，离心力是切向惯性力，它是控制地球物质作切向运动的主要作用力。地心引力 F₁与地球自转离心力F ₂合成为重力，即， G=mg.

§2.3.天体引力

随着地球的自转运动，在地表上任一地质体“天体吸引的引力”随时间推移不断变化，地球每自转一周，太阳对其吸引的引力变化便呈现一个周期；月亮对地质体的引力接近一周期。太阳的引力周期为 23小时56分4 秒；月亮的引力周期稍长，大约是24小时50分24秒。在相同时刻，太阳和月亮对地球上的每个地质体的引力都不同；随时间推移，各地质体受的日月引力都不断变化。地球相对太阳的自转周期是23时56分4秒，地球相对太阳的自转角速度是15.041°/小时；地球相对月亮的自转角速度是 14.49°/ 小时。任意天体对地质体“吸引的引力”函数可统一表示为

F₃=Gm/[R²+D²-2DRcosαcosβ-2R(R²cos²α+D²-2RDcosαcosβ)^{1/ 2}sinαsinφ]

式中， G为引力常数；m 为地质体质量；R 为地质体质心与地心间距；D 为地球与天体间的质心间距；α 为地球自转轴与R 间的夹角；β为地球自转轴与D 间的夹角；D’是天体的质心与板块绕地球自转轴旋转产生的圆的圆心O’点之间的间距；r 是地质体质心P 点与其绕地旋转圆心O’点间的距离（自转半径）；φ为r 与D’之间的夹角。随着时间的延长，φ角不断发生变化，即

φ=180 ° -（φ₁+ 2φ₂ t/T）

式中，t为从天体对地质体吸引力最小时 (地质体与天体最远的时刻)开始计时的时间，单位为小时； T为地球相对天体的自转周期；φ₁和φ₂分别是φ的最小和最大值。当 r=R，α= β=90 °时，D ’=D ，

F₃=Gm/(R²+D²-2Rdcosφ)

此时，φ₁=0，φ₂＝180°，φ＝180°－15.041 °t .在午夜0 时，太阳对地质体的吸引力是

F₃＝ GM/（R ＋D)²；

近早上六点，太阳对地质体的吸引力是

F₃＝ GM/（R²＋D²）；

近中午12 点，地质体受的太阳引力是

F₃＝ GM/（R－D)²；

近傍晚6 点，

F₃＝GM/（R²＋D²）；

近次日午夜12 点，

F₃＝GM/(R＋D)².

可见，天体对地质体的作用每时每刻都在变化，而且日复一日地呈现周期性变化。还有，在地球上的每个不同地质体都受这种作用，在同一时刻，它们受这种引力作用的大小和方向都不同，并且，这种引力作用差异每时每刻都在持续和变化。每一地质体受的日月引力，在每个周期 (一天) 内，都从正到负、再由负到正快速发生转变；同时，位居东西的两块不同大陆或位居南北的两块不同大陆受的天体引力形成力偶状态，使面向天体的地球表面总是受挤压、构成挤压区；而背向天体的一面总是受引张、构成引张区。当天体位于地球同一侧、且近日食期时，天体对地质体的吸引力合成量较大，此时期地质体的振动位移也将较大，所以，此时期是地壳运动剧烈期。天体引力是大陆分裂和差异运动的最重要的控制动力。这就是为什么，一直以来，世界上的许多专家总是认为地下电磁脉冲和火山、地震发生规律与日月位置有关的原因。虽然天体引力与地心引力、离心力相比是非常小的，但其作用方向与大小都是不断变化的，它与其它力合成足以使大陆板块发生微小的振动；虽然地质体对作用的反映不能象大洋中水对作用反映那样灵敏，但也会在天体引力往复作用下发生微小的、不均匀的波动，从而引起地震、火山与岩浆活动。

§2.4.太阳辐射对地质体的冲压力

太阳辐射对地质体构成的冲压力也是一个客观的变化的外作用力。笔者认为，太阳辐射冲压力与辐射流量的平方 Q²成正比，与地质体的体积 V成正比，与地质体的受冲压断面面积 S成反比，与地质体到辐射源的距离平方 d²成反比，即

F₅=kQ²V/Sd²

式中，k 为调整系数。当地质体在背向太阳一面时，因它受屏护，d 趋于无穷大，F₅ 趋近于0 ，这种辐射冲压作用与太阳引力方向相反，所以，它能削弱太阳对地质体吸引的引力强度。另外，太阳对地球还有不均匀加热作用。这不仅仅造成冷张热缩，还控制大气流动和水的三态变化与循环，对地球进行更复杂的作用。

§2.5.表生作用

表生作用是指阳光、大气和水的风化剥蚀和搬运沉积作用。风化剥蚀与搬运沉积作用主要表现为削高填低。阳光、大气和水将高出地壳物质风化并剥蚀下来，然后搬运到低洼处沉积下来，将低谷充填起来。大陆长期风化剥蚀必然导致高处地区的减负，使其所受重力减校剥蚀搬运减负函数是

F＝∫₀^tλQgdt

式中，Q 表示单位时间从地质体空间内搬运走的物质流量；λ是物质流的物质密度； g是重力加速度；t 是搬运时间。Q 的量纲是公斤/ 秒。盆地长期接受运沉积必然导致盆地受重力作用的增加，其重力增加表现为瞬时接受沉积物的动量增加，即

F＝∫₀^tλQ(V₀＋gt)dt

式中，入为沉积物流的物质密度； Q为沉积物物流的流量； V_O为 Q在沉积时的初速度；g为重力加速度；t为沉积时间。

板块产生的地壳运动作用量等于板快的动量。其它一些作用如大气压力、大气流冲力、水体压力、水运动带来的冲力等，也是控制地球演化的重要作用力。在实际研究中也必须注意确定它们的量。

§2.6.天体的电磁作用

天体都具有一定磁性。所以，天体对地壳部分和其它地球物质都有电磁作用。由于地球上的不同物质的磁性不同，所以，天体对不同地球物质形成的电磁作用不同。随着天体和地球的运行及自转，地球物质与各天体间的距离不断变化，使地球物质所受的天体电磁作用不断变化，进而引起地壳部分周期性运动与变化。地下的电磁脉冲的周期性变化与此作用有关，地幔的潮流运动与此作用也是分不开的。天体对地球物质的电磁作用与天体的万有引力作用相似，即

F₈=kq₁q₂/[R²+D²-2DRcosαcosβ-2R(R²cos²α+D²-2RDcosαcosβ)^{1/ 2}sinαsinφ]

§2.7.被动的阻碍束缚作用及其与主动作用之关系

以上讨论的都是驱使地质体变形或运动的主动作用，地质体是否在这些作用控制下变形与运动，还受阻碍束缚被动作用控制。地质体受的阻碍束缚作用由支承托浮作用、相邻地质体的阻碍作用、摩擦和抗变作用共同合成。由各种被动力共同合成的这种阻止或限制地质体运动与演化的力称地质体受的阻力，记为 R，R 值可根据作用的对立统一规律来确定。即

R＝－TF

地质体受的主动力由上叙各种力向量合成，即

F＝F₁＋F₂＋F₃＋F₄＋F₅＋F₆+F₇+F₈+…

阻力则因主动作用发生而产生。设地质体在主动力 F和被动力R 的支配下以a 为加速度运动，那么，

F ＋R ＝(1- T)F＝ma

式中，m 为地质体的质量。因此，阻力与主动力之间的关系式是

R ＝-(1- ma/F)F=ma-F

阻力R 也是控制地质体如何运动或变形的重要因素之一。地球和地壳也就是在这些作用共同控制下演化发展的。