控制火山、地震和岩浆活动的一种内动力

——在地下源源不断生成的热能

王昌益

蓬莱市国土资源局

摘要 受作用的地下不断产生热量，使地下物质部分汽化，当地下汽化压力增大达到一定极限值时，就会突破地壳、释放能量。因此，地下源源不断产生并不断积累的能量构成控火山、地震和岩浆活动的一种内动力。

关键词：地下生热、突破地壳、释放能量、控火山

通常，地球受着由“地心引力”产生的围压作用，这种作用对地下深处的地球物质形成强大的围压作用。根据作用学，假设在固体地壳与液化地幔的接触界面处质点ρ₀受指向地心方向的压力是σ₀，ρ₀与地心间的间距是r₀，那么，在地下任意深处的等体积质点ρ受的向心压力是

σ =r₀²σ₀/r²，

式中，r是ρ与地心间的间距。由此式得知，在地下深处的地球物质随深度增加，其所受的压力急剧增加。假如在距地心6300公里处的地球物质所受的向心压应力是σ₀，那么，再向下任意点处质点所受的向心压应力σ就按函数σ =r₀²σ₀/r²所规定的规律增加。即，当r=6200公里时，向心压应力

σ=1.0325182101977108σ₀，当r=6100公里时，向心压应力

σ= 1.0666487503359312σ₀，当r=6000公里时，向心压应力

σ= 1.1025σ₀，

当r=5000公里时，向心压应力

σ= 1.5876σ₀，

当r=4000公里时，向心压应力

σ= 2.480625σ₀，

当r=3000公里时，向心压应力

σ= 4.41σ₀，

当r=2000公里时，向心压应力

σ= 9.9225σ₀，

当r=1000公里时，向心压应力

σ= 39.69σ₀，

当r=500公里时，向心压应力

σ= 158.76σ₀，

当r=400公里时，向心压应力

σ=248.0625σ₀，

当r=300公里时，向心压应力

σ= 441σ₀，

在地下60公里处的地球物质所受的压应力大约是

σ₀=ρhg=3吨/米³×60000米×9.8公斤米/秒²= 1764000000（牛顿/平方米），

而在地下60公里处的单位物质所受的作用量是

A₀=σ₀t= 1764000000t（牛顿秒/平方米），

可见，地下深处物质受着强大的挤压作用量，并且，这种作用产生的作用量随作用时间的延续而不断增加。

地下深处物质受着如此巨大的围压作用会怎样呢？单说物质受作用后的变化形式，一般认为有两种：1改变运动速度大小和运动方向；2改变形态即变形。事实上，变形的形式非常繁多，在此不便细说。就地下物质受作用后的变化来说，其主要变化形式是压缩变形。在压缩变形现象中，从宏观上来看是物质在作用下被压缩，但实际上并不只是压缩，而是在产生压缩变形的同时也产生大量的辐射动量，即电磁辐射。因此，在地下深处，伴随物质受的压缩作用不断进行，电磁辐射物质（热量）也在源源不断地产生。根据作用学，在地下深处热量生成的速度与该处物质所受的作用速度具有当量关系，即地下某点在t时间内产生的辐射动量大小等于该点接受的主动作用动量的大小，即

I=σ t=r₀²σ₀t/r².

因此，随着地下深度的增加，其地下单位空间内物质在作用控制下产生的热量不断增大。也就是说，在地球内部，随着时间的推移，热量在不断产生并积累；随着深度的增加，其生热的速度也随之增加。或者说，地球内部的热量不是恒定不变的，而是随时间推移不断增大的。如果地球要保持其内部温度相对稳定不变，那么，其内部不断生成并积累起来的热量就必须随时间推移而不断地释放出来。

然而，由于在地球表面有一层固体地壳，通常将地下热量封闭在地下，所以，通常在地下产生的热量大部分都不能随时释放出来，而只能在地下深处积聚。因此，地壳以下的地幔物质通常都要被加热液化，并在强大的压力作用下聚变，密度不断增大，同时产生热量。随着时间的推移，当地下热量增大到一定程度时，地下积累起来的热能便选择地壳的薄弱地带向上突破，并在天体引力、自转离心力、地壳均衡力、地球球化力等的共同控制下，使地壳突变带破裂、岩浆上涌、地震和火山爆发，就像用火将水煮沸、冲起锅盖、使水汽冒出一样。岩浆活动、火山爆发、地震运动是地球释放地下能量的最重要方式，而以温泉的形式释放热量的方式是次要的。这就是地下岩浆活动、火山爆发、地震运动呈现周期性规律的原因。

由此来说，地下热量的产生与积累也是控制火山、地震和岩浆活动的一种动力。按照传统理论关于外动力和内动力之说，地热是来自地球内部的能量，所以，应视为内动力。其实，地下热量的生成原因是因为地球受外作用（“地心引力作用”）。

地下热量的不断积累，控制着岩浆、火山和地震活动在时间上所表现出来的阶段性或周期性。在特定作用环境下（在特定压力下）已经被加热煮沸的地幔物质总是保持其温度变化在一定范围，温度大到极限值时，它就通过冲破地壳释放热量与气流物质；释放后温度减小到极小值，此时便有一个短暂的间歇，而后很快又被加热达到极大值，从而又冲破地壳释放能量；以此往复进行，连续不断地发生火山与地震运动，就像已经被煮沸的开水一样，再煮就连续不断地喷放蒸气、并使盖子频繁震动、永不休止。

由于地壳的物质分布有很大差异，在不同地区厚度不同，并且，不同地区地壳物质所受的作用也有很大差异，所以，地下热能并不能均匀释放，而只能选择地壳厚度突变带、地质构造破碎活动带、或板块边界带、应力集中带等地带进行能量释放。因此，在任何时期，岩浆活动、火山爆发、地震运动在空间上所表现出来的分带性规律都很强。

地球上有四个火山地震多发带：

①地中海—喜马拉雅火山地震带，包括南欧、北非沿海、西亚、中亚、我国的西北和西南、印度北部、中南半岛西部和马来群岛等地。

②环太平洋火山地震带，包括太平洋东面、北美洲和南美洲的西部山地，以及南、北美之间的加勒比—安的列斯地区，太平洋西部边缘的阿留申群岛、堪察加半岛、千岛群岛，向南经日本、菲律宾，直到新西兰等一系列群岛和岛屿。

③大洋海岭（中脊）火山地震带，包括大西洋中脊，印度洋海岭、东太平洋中隆（海丘）等地。

④大陆裂谷火山地震带，主要指东非裂谷带，它南起赞比西河下游，向北经东非高原、埃塞俄比亚高原、红海，直到死海和约旦河谷。环太平洋火山地震带是世界最大的火山地震带，面积占世界火山地震带的一半，经常发生火山活动或地震，地震释放的能量约占世界地震总能量的五分之四，我国华北、东北发生的地震，也与此带的地壳活动有关。

由于大洋中脊处在地壳均衡作用（地球球化作用）的上升、引张破裂部位，大量的地下热能必须从此处释放，所以，大洋中脊轴部地震和火山活动频繁，是地球释放地下热能的最主要地带。现代火山活动通常限于脊轴1～2公里宽的范围内。此处出露新鲜的玻璃质熔岩流，沉积盖层极薄或缺失。火山经多次喷发而形成火山链，与中脊走向平行延伸。其形态及喷发周期与海底扩张速度有关。慢速扩张脊轴的中央火山链是不连续的，具新鲜枕状玄武岩，每5000～10000年喷发一次；中速扩张的脊轴,其火山链比较连续，常见席状玄武岩，每300～600年喷发一次；快速扩张的脊轴，其火山链是连续的，多半为席状玄武岩，每50年喷发一次。一般认为，中脊轴部的火山活动是中脊下岩浆房喷出岩浆的结果。地震分布在中脊轴部或中央裂谷，也分布在脊轴之间的断裂带活动段落，它们构成大洋中脊地震带。震级一般不大，为浅源地震，震源机制显示为垂直于中脊走向的引张作用。

大洋中脊的热流值大于周围洋盆，由脊顶向两侧热流值逐渐降低。高热流值见于脊顶或中央裂谷带，热流平均值可达2～3HFU以上。翼部区的热流值接近大洋平均值。在脊顶或裂谷带附近实测的热流值高低变化很大，甚至在短距离内便相差几个数量级。这可能与热水对流作用有关。冷海水顺脊顶张裂隙渗入洋壳内部，逐渐受热，然后以热泉形式从海底排出。由于在冷、热两种海水对流的过程中要释放出大量的热，故在某些地点测得的热流值明显偏低（海底热流计测得的热流值只是总热流量中的传导部分）。近年来，在东太平洋海隆北纬21°和加拉帕戈斯海岭顶部,由深潜器直接观察到的海底热泉，其温度高达380°C,这进一步说明脊顶是热地幔物质上涌之处，其下可能有炽热的岩浆房。深潜器还发现热泉周围栖息着各种奇异的动物,包括长达3米的巨大管栖蠕虫。

大洋中脊重力异常的分布特征是：自由空间异常与两侧洋盆相近，一般在+20～+40毫伽之间，无明显的均衡异常。这表明大洋中脊大体上处于均衡状态。但轴部的布格异常值约在+130～+200毫伽之间，明显低于两侧洋盆的异常值（+400毫伽）。这说明中脊之下有低密度层，结合地震探测资料得知，布格异常低值是由低密度的异常地幔引起的。

大洋中脊通常显示出清晰的条带状磁异常。正、负磁异常条带相间平行排列。并以脊顶为轴，其两侧磁条带大致对称。异常幅值在轴部较大，向两侧逐渐减校据海底条带状磁异常的年龄可测出各大洋中脊的扩张速率；大西洋和印度洋中脊的扩张速率多为 1～5厘米/年；东太平洋海隆的扩张速率大多在5厘米/年以上，有的超过10厘米/年。 无裂谷的大洋中脊的扩张速率通常大于有裂谷的中脊。

环太平洋火山地震带,包括太平洋东面、北美洲和南美洲的西部山地,以及南、北美之间的加勒比—安的列斯地区,环太平洋火山地震带是世界最大的火山地震带,面积占世界火山地震带的一半,经常发生火山活动或地震，是地球释放地震能量的最主要地带，集中了全世界80%以上的地震，释放的地震能量占全球的75%。

欧亚地震带又称地中海--喜马拉雅地震带、横贯亚欧大陆南部、非洲西北部地震带，它是全球第二大地震活动带，它也是地下热能释放主要地带之一。这个带全长两万多公里，跨欧、亚、非三大洲。

欧亚地震带主要分布于欧亚大陆，从印度尼西亚开始，经中南半岛西部和我国的云、贵、川、青、藏地区，以及印度、巴基斯坦、尼泊尔、阿富汗、伊朗、土耳其到地中海北岸，一直还伸到大西洋的亚速尔群岛。

大陆裂谷火山地震带，主要指东非裂谷带，它南起赞比西河下游，向北经东非高原、埃塞俄比亚高原、红海，直到死海和约旦河谷。这个地带也是地球释放地下能量重要地带。

地球释放地下能量在于地下物质被加热汽化，当被汽化物质产生的压力大到一定极限值、地壳再也不能束缚它时，它就在地壳破裂的薄弱点处冲爆而出，从而形成火山。地震与火山的形成机制还有所差异，火山只是地下物质的突然喷出，虽也可以引起地震，但以喷发物质为主；地震的形成则以巨大地壳的突然破裂或地壳间的突然错动为主，当然，地震活动的能量也与地下热能活动分不开，地震爆发也必然伴有地下热能的释放。

参考文献

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