地球有限膨胀演化模型.pdf

《地球有限膨胀演化模型.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第44卷第9期科学通报1999年5月论文地球有限膨胀演化模型陈志耕(河北地质学院,石家庄050031)摘要从地球上最早的酸性岩形成于全球最初膨胀构造作用这一基本前提出发,结合其他地质约束条件,从岩石圈球壳的弹性力学分析入手,确定地球膨胀发生于前4300Ma左右、地球半径平均增长率为0.40mm/a、膨胀初始半径为4651km、全球性最初膨胀构造运动发生在前4183.7Ma.又根据地球与类地行星的自然、衰减演化前提,依据数学逻辑与地质意义相结合的约束限制条件,建立了地球有限膨胀演化模型:β(t-t)R(t)=R0+AeS(t≥tS),-108其中R0=4651km,A=1860km,β

2、=-6.01×10/a,ts=3×10a.根据该模型,地球有限膨胀演化的最大限度Rmax为6511km.目前地球半径增长率约为0.1mm/a.关键词地球有限膨胀演化模型膨胀起始时间最初膨胀构造时间构造运动阶段性地球膨胀构造动力观点在本世纪较早明确提出的是O.C.Hilgenberg(1933),50～60年代曾经达到一个盛行的时期.后来由于在膨胀原因、挤压构造和构造运动周期性等问题上,未能作出令人信服的解释,地球膨胀便被60年代兴起的板块构造学说取而代之.近年来,由于板块[1～4]构造学说所遇到的困难,也一直未能得到令人满意的解决,而它所依据的事实、证据又大多与地球膨胀观点的事实和依

3、据相一致.因此,80年代以来地球膨胀的观点又重新活跃起[5～7][6]来,并得到越来越多的人承认.牛来正夫根据洋底板块增生量与俯冲削减量之间的巨大差距等认为地球正在膨胀,他按照Carey的膨胀模式并参考月球高地与月海的面积比例估算地球半径增加了约1000km.他认为地球膨胀学说引进并包含了板块学说正确发展的某些[7]方面,是一个更高层次的学说.Owen详细讨论和具体估算了侏罗纪以来海底扩张新增洋壳与俯冲进入地幔板块的相对比值,并作出了中生代以来详细的地球膨胀再造图,得出的结论是:侏罗纪地球半径为现值的80%.Owen还根据横贯太平洋的卫星激光测距(SLR)结果证明太平洋正在扩张.[8

4、～9]最近,王鸿祯院士等人根据长期的地层学、古地理学、前寒武纪地质学和大地构造学研究结果,以科学探索的形式提出并进行初步检验的“地球阶段性非对称有限膨胀”构造动力观点,并基于生物古地理、构造古地理确定的联合古陆5次解体,推定前2500Ma的元古宙初期,地球半径为现值的75%.文献[10]根据文献[11]的研究结果,计算得到了地质历史时期中膨胀地球半径的平均增长率,但对于全面反映地球的膨胀演化问题还远远不够.十分明显的是,仅仅根据所得半径增长率来考察膨胀地球半径演化的未来趋势,就会有“地球半径随时间发展而无限增大,即地球无限膨胀”的结论.因此,有必要根据地质与地球物理和类地行星演化等已

5、知条件的约束限制,讨论膨胀地球半径随时间变化的规律和全球膨胀构造运动发生时间与阶段性特征等有限膨胀的两个问题.912第44卷第9期科学通报1999年5月论文1地球有限膨胀演化的经验模型当以α表示地球在膨胀过程中的半径增长率时,则有α=dR/dt,(1)其中R为地球半径,t为时间.但是,随着时间t的无限发展,地球将有一个无限膨胀的演化趋势.从太阳系行星演化规律以及目前状态来看,这个趋势显然是一种不可能事件,需要对地球膨胀演化的有限性问题进行探讨.[12]无论从太阳系类地行星的共同起源和演化出发,还是从关于地球膨胀演化的初步研究[11]结果来看,地球的膨胀演化都应当是一种自然的演化过程.

6、对于这类自然演化规律在最一般意义上的一个重要发现,就是在创立以无理数e为底的指数函数过程中,发现了作为自然对3数的底的无理数e=2.71828⋯⋯(J.Pinaer,1614).自然演化的许多规律就是而且只能是e的形式或者是其变化形式.从地球膨胀就是地球的一个自然演化过程这个基本点出发,可以通过设定这种自然演化x过程为指数函数e某一形式的途径,进行反映地球膨胀演化规律的尝试.据此,可以考虑表αt-αtt)],R示膨胀过程中半径R与时间t的相关变化为R0e,R=R0e,R0[1+α(1-e0[1+-tα(1-e)]等多种函数形式.但是,在所列举的这些形式中,当t→0时,虽然有R→R0或

7、者eR0的可能结果,而当t→∞时,却分别出现R(t)→+∞,0,-∞等地球膨胀演化的不可能或不合理结果.因此,根据目前类地行星演化和地质、地球物理揭示的地球演化事实等,推断的地球演化能量及其活动程度不断减弱的状态与趋势,较为合理的地球有限膨胀自然演化指数形式,就很可能是引入了地球膨胀演化衰减因子β的指数函数-βtR(t)=R01+α(1-e),(2)式中R为膨胀演化中的地球半径;R0为地球开始膨胀时的初始半径;α为地球半径平均增长率;β为地球有限膨胀的地球