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1915年,德国气象学家阿尔弗雷德韦格纳(Alfred Wegener)的《大陆和海洋的形成》问世,在这本不朽的著作中,韦格纳根据拟合大陆的外形、古气候学、古生物学、地质学、古地极迁移等大量证据,提出中生代地球表面存在一个泛大陆(Pangea),这个超极大陆后来分裂,经过二亿多年的漂移形成现在的海洋和陆地。由于当时受对地球内部构造和动力学的知识局限,大陆漂移和动力学机制得不到物理学上的支持。直到他去世的20年后,人们对大陆漂移的兴趣又复萌了,当今科技界对大陆漂移深信不疑,对大陆漂移的动力机制正在深入研究之中。大陆漂移是板块运动的微观现象。纵贯整个地壳和地幔的整体运动,壳、幔弦动理论,应运而生。壳、幔弦动是地壳、地幔整体运动的宏观现象和板块个体漂移微观现象的统一。是大陆动力学的主要研究对象之一。 地球动力学的研究由古至今可分为五个认识层次。随之地球动力学的学科形态和结构也在逐步深化完整。 一、地球形状动力学 从地球被认定为球体开始,人类首先对地球的形状提出了圆球、扁椭球、长椭球、四面体等等认识和相应的动力学推论,发展至今,据卫星重力资料反演的大地水准面作为扩展地球形状动力学研究的基本主题。 二、地球表壳动力学 18世纪中期至本世纪中期,针对全球海陆升降、分布格局及地表山系的展布,曾提出地球胀、缩,自转、大陆漂移、潮汐、热对流等等构造动力学假说;与此同时,从弹性到塑性基础力学的发展,也不断引深对地球介质力学行为的理解,并正式提出了地球动力学的概念,涉及了地球表壳变动的过程和动力。 上述直觉性的各种动力观,因立论之局限或单一,缺乏有力证明,逐渐为以地壳升降、地层、沉积、构造变动和岩浆活动为基础的地槽构造论和后来发展为泛地槽论的大地构造观所隐没。本世纪开始,大气动力学和海洋动力学已获得独立快速的发展。 三、地球岩石圈(层)动力学 二次世界大战后,地学向海洋和深部全面进军,促成了60年代提出囊括全球岩石圈的板块运动学观点,打开了地球表壳变动与地球内部动力过程相关研究的通道,建立了一批新的全球构造概念和理论模式,从而使地球动力学作为一门具有广泛带动能力的多学科高层次综合的理论形态更趋完整和系统,但是这一层次的动力学主要还是以岩石圈层板状体的几何、组成、演化和变动过程为基本对象,其深部的动力过程主要还只是在实验或理论参数假定下的动力学推论,尚无确定结论。 四、地球整体动力学 近二十余年,由于卫星探测和深部探测以及实验技术和信息处理等方面的快速发展,取得一大批描述地球各圈层的组成、结构以及动态信息的数据,提供了地球科学进行整体的相互作用过程的解析,并探求其多种动力因子联合作用系统的必要和可能,所以,一个多层圈耦合的行星整体动力学的研究阶段已经到来,它将集地球发展之历史,融地科解析于大全,观天地结合之必然。 五、“壳、幔弦动论”的诞生 地球动力学研究的前四个认识层次的发展,促进“壳、幔弦动论”的诞生。壳、幔弦动论结合天体引力的存在,把地壳、地幔的整体运动与板块的个体运动相结合,即有壳、幔运动的统一性,又有板块运动的独立性。为了便于分析研究,“壳、幔弦动论”把整体的地球主要分为三个部分。1)地壳、地幔(以后简称空心球)部分,2)液体岩浆部分,3)固体内核部分《见壳、幔弦动论(8)地球简图》。 为了直观分析起见用等效的方法,让地球质量中心线(以后简称地轴)垂直。而太阳的引力倾斜23.5度。(日月引力图)。
从引力图我们不难看出引力线力的方向与地球自转方向成23.5度夹角。使空心球与固体内核在差速时产生一个向下的力。这个力使两极点以23.5度渐开线轨迹向赤道弦动,约2.6万年(岁差)时间弦动一周(见矢量图)。 古希腊天文学家喜帕恰斯和中国晋代天文学家虞喜对产生岁差的原因是:“太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引。在太阳和月球的引力作用下,地球自转轴绕着黄道面的垂直轴旋转,在空间绘出一个圆锥面,绕行一周约需26,000年”。因对地球的层圈构造、层圈差速不清楚,在弦动的地壳上得出地轴的结论,所以有些结论是对的,有些结论是错的。 我们认为,产生岁差的原因是太阳对地球赤道隆起部分的吸引,使地壳在地球表面上绘出一个渐开线,而喜帕恰斯和虞喜正站在这个渐开线所得出的错误结论。章动是月球对地球赤道隆起部分的吸引。壳、幔质量中心线的漂移
作者:王金甲
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