地壳板块的运动及其驱动力

第２６卷第３期２００８年３月

河南科学ＨＥＮＡＮＳＣＩＥＮＣＥ

Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．３

Ｍａｒ．２００８收稿日期：２００７－１２－１１

基金项目：河南省基础与前沿技术研究计划项目（０５１１０１２０００）

作者简介：申小海（１９６５－），男，河南武陟人，副教授，从事地球物理的研究．

文章编号：１００４－３９１８（２００８）０３－０３４３－０５地壳板块的运动及其驱动力

申小海１，

曾峰２，薛克武３（１．焦作师范高等专科学校，河南焦作４５４０００；２．云南大学数理学院，昆明

６５０２００；３．西南大学计科系，重庆４００７１５）

摘要：分析了热力和离极力对地壳板块的作用．通过引入质心的概念，对两亿年以来板块的运动及其未来趋势

进行了讨论，特别是对南极洲和印度板块的过去和未来，有较为新颖的认识．

关键词：热力；离极力；质心；大陆板块；大洋板块

中图分类号：Ｐ５５３文献标识码：Ａ

板块构造学说把大陆漂移说推向了更深入的层次，它大大地丰富而且刷新了大陆漂移论的内涵，按照板块学说：地球表面是由若干壳状的岩石板块构成，它们以洋中脊、海沟、地震带、火山带等为界，大陆和海洋就载在这些板块上，板块之间的相对运动导致大陆的漂移．根据法国地球物理学家勒皮松（ＬｅＰｉｃｈｏｎ）在１９６８年绘制的地壳板块划分图，地壳被分成六大板块（图１），即太平洋板块、欧亚板块、美洲板块、非洲板块、印度板块和南极板块，图中“－－－”表板块之间的分离边界，“—”表板块之间的汇聚边界．分离边界往往是海底扩张形成的洋中脊，板块在那里向两侧运动；汇聚边界则是两个板块相互挤压或相互淹没的地带．此外还有既不分离也不挤压的转换断层边界，相邻板块在那里只是朝着相反的方向错动．所有板块的边界都是地震带，地球上９５％以上的地震都集中在这些边界上．

还有将地壳划分为十二个板块的方案，它是在以上六大板块划分方案的基础上，将美洲板块分为南美板块和北美板块，另外再划出几个小板块，如菲律宾海、阿拉伯、加勒比等板块，形成十二个板块（图２），现在我们以六大板块的方案并参照部分十二板块的内容来讨论板块之间的相对运动．

１板块运动的驱动力

板块运动靠什么力来驱动呢？按照赫斯（Ｈ．Ｈ．Ｈｅｓｓ）

的学说，地幔的热对流是导致板块运动的直接（也是主要的）原因，在厚度约１００ｋｍ的地壳板块下面，是温度较高的处于熔融状态且可以流动的软流层———地幔，温差和重力使地幔产生热对流，从而导致板块之间相对运动［１］，这里的有关细节，已由赫斯和众多的地球物理学家作了详尽的论述，这个驱动板块运动的力，我们且把它称为“热力”．除此之外，德国地球物理学家

第２６卷第３期河南科学魏格纳（Ａ．Ｗｅｇｅｎｅｒ）指出的由地球自转产生的驱动大陆漂移的离极力，当然也是导致地壳板块相对运动的驱动力．巨大的板块就是在这两种力的共同作用下，按经典力学的规律，在漫长的地质年代里，无休止地运动着．

离极力Ｆ＿是由地球自转产生的离心力Ｆｒ的水平分量（图３）．在两极，由于处在地球的自转轴上，离心力Ｆｒ为０，因而水平分量的离极力Ｆ＿也为０，所以两极只有引力存在，不存在离极力，而在两极以外的不同纬度，离心力Ｆｒ随着纬度的减小而增加，在赤道上达到最大值．对于位于任一纬度的一个质量为!ｍ"的板块元，离心力Ｆｒ的垂直分量Ｆ⊥抵消该板块元的一部分重力，而水平分量Ｆ＿（离极力）则迫使该板块元向赤道方向挤压，由经典力学有：

Ｆｒ＝!ｍ"!２ｒ＝!ｍ"!２Ｒｃｏｓ"

式中：!为地球自转的角速度；

Ｒ为地球的平均半径；ｒ为该板块元的绕轴半径；"为其所在纬度．而

Ｆ＿＝Ｆｒｓｉｎ"＝!ｍ"!２Ｒｃｏｓ"ｓｉｎ"＝!ｍ"!２Ｒｓｉｎ２"／２．

当"＝±４５°时，Ｆ＿有极大值：

Ｆ＿＝!ｍ"!２Ｒ／２．

而当"＝０°或９０°时，Ｆ＿＝０

可见这个驱使板块向赤道方向移动的离极力Ｆ＿，从两极到赤道是随着

ｓｉｎ２"的值变化的，在两极和赤道Ｆ＿＝０，而在南北纬４５°则有极大值．

可以设想，在这样一个随纬度变化的离极力和颇难捉摸的热力的共同

作用下，板块的运动将是十分复杂的．２２亿年以来大陆漂移的过程和当前的状态

大陆漂移实际上是由载有大陆的刚性板块在地幔上的移动［２］，就同一板块而言，显然载有大陆的部分（大陆板块）总是比不载有大陆的部分（大样板块）更厚重，在地球自转作用下，大陆板块将受到比大样板块要大的额外离极力的作用，因此，在地幔热力和这一额外离极力的共同作用下，大陆板块将比大样板块更具有活力，更具有漂移的趋势．我们以近２亿年以来联合古陆（ｐａｎｇａｎｅａ）的演变过程为例来介绍大陆漂移的过程．

魏格纳把两亿年前已形成的超级大陆称为联合古陆，其北部叫劳亚古陆（Ｌａｕｒａｓｉｎ）它包括现今的欧亚大陆和北美洲；南部叫冈瓦纳古陆（Ｇｏｎｄｗａｎａｌａｎｄ），包括现今的南极洲、非洲、马达加斯加、阿拉伯半岛、南美洲、印度和澳洲［３］．经过２亿年漫长岁月的演变，联

合古陆分裂漂移，逐渐形成了当今大陆分布的格

局，根据迪茨（Ｒ．Ｓ．Ｄｉｅｔｚ）和霍尔登（Ｊ．Ｃ．Ｈｏｌｄｅｎ）等人

１９７０年在《地球物理研究杂志》发表的四幅图（图

４），可以看出２亿年以来大陆是如何漂移的．

图４ａ是１．８亿年以前的联合古陆，其中各大陆

的位置已很清楚，箭头表示它们的漂移方向；图４ｂ

是１．３５亿年以前的大陆分布，可以看见，北大西洋

继续张开，南美洲、非洲已经完全脱离南极洲，印度

北漂，印度洋开始张开；图４ｃ是６．５千万年以前的

大陆分布，南美洲和非洲已经分开，南美洲向西北

漂，北美洲向西南漂，南大西洋随之张开，印度继续

北漂，澳洲开始和南极洲分离，印度洋继续扩张．

此后，北大西洋裂谷终于延伸到北冰洋，整个大西

洋不断加宽，南美洲继续往西北漂，北美洲往西南

漂，澳洲北漂远离南极洲，中美地狭形成，使南北美

洲连在一起，印度和亚洲大陆相遭遇，中国的西南

图３离极力Ｆｉｇ．３ＰｏｌｅｆｌｅｅｉｎｇｆｏｒｃｅＦ＿

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