相關概念——地球內熱作用說
大部分地球動力學說都考慮到了地球內熱的因素。人們幾乎一致認為,由放射性元素蛻變等產生的地球內熱,必定是構造動力的主要來源;但地球內熱究竟是怎樣起作用的,則是一個沒有確定的問題。有幾個地球動力學說是以地球內熱為主要因素的,它們著重探討了地球內熱的作用問題。
在19世紀前半期,萊伊爾(C. Lyell)就曾將地殼構造變動歸因於“火成作用”,並推測由於岩石溫度變化或化學變化引起的地殼局部膨脹和收縮,可能是地殼升降運動的動力原因;而火山和地震的主要起因,則認為是同地球內部的不同深處的熱力發展和化學作用相關。
在1923~1926年期間,約里(J.Joly)提出了“放射性旋迴說”,首先套用已發現的放射性熱源來解釋大陸漂移和造山運動的周期性。約里認為,大陸塊是大致為25~35公里厚的輕物質,漂浮在較緻密的玄武岩質層之上;而這個具有放射性物質的玄武岩質層,形成洋底並位於大陸塊之下。如果假定此層溫度很高且接近於熔化狀態,則只需少量的潛熱就可以發生流動。據約里計算,從固體的玄武岩質層開始,約經25~35百萬年就可使大陸之下的物質和洋底一定深度之下的物質,呈現熔融狀態;此時,月球的潮汐力也發生顯著作用,結果使得大陸被向西拉開而改變位置。造山運動的周期性或構造運動的旋迴性,也被歸因於地球內的放射性作用。由於地殼物質的熱傳導率低,地球內部所產生的放射性熱便積聚在地殼下面,並且逐漸熔解地殼下面的物質;此時,地殼就會稍微下沉,接受沉積物而形成地槽。以後,則是一個通過洋底對流系統的冷卻時期,此時地売之下的層次釋放了足夠熱量之後再次固結,密度也增大;從而,大陸塊便按地殼均衡原理上升,導致造山運動,使得在沉降時期積集起來的巨厚沉積層抬升起來形成巨大山脈。於是,地球表層的構造活動便進入長達幾億年的寧靜時期。至此,從熱積聚到熱耗散的一次構造旋迴也就告終結,新的旋迴又從此開始。
1938年,威利斯(B. Willis)曾提出“放射性熱熔化說”。這主要是一種關於岩漿侵入和噴出活動的學說。這個學說主張,由於放射性熱使局部熱融的岩漿體或熔融區,都具有熔融、生長、遷移、冷卻和固結、以及重熔的重複旋迴性;並且認為熱融岩漿體的活動是隆升和沉降、造山運動和地震活動、以及變質作用的原因。
另有些人認為:造山運動的起因,是由於在不超過80公里地殼深度的地帶內來自放射性蛻變的熱,使岩石受熱膨脹而形成上凸的透鏡體,它使上覆地売發生拱形隆起;從而,使得接近地表的岩石中的構造變動,表現為造山運動。
在對地球內部熱體制的大量探討中,還逐漸形成了“地球內部熱機學說”。這個學說與地幔對流有密切聯繫,但是其力源主要是來自相變能,並與地球熱傳導有關。據據地慢對流說,地幔中有熱不斷向地殼底面附近傳導和對流,使地殼底面的溫度升高;據認為在約45公里處溫度可達1000°C以上,使得那裡的岩石處於固體與液體間的臨界狀態。由於地殼岩石的傳熱能力很差,因此地殼底面附近的熱就可積儲起來形成熱區,使處於臨界狀態的岩石發生相變,並伴隨著體積增大;同時,周圍岩石又在阻止熱區增加體積於是熱區便以強大的擴張力和熱應力推動地殼,導致地殼發生構造運動和地震活動。在這一階段後,熱區中的一部分岩漿物質侵入地殼構造運動時產生的裂縫中,減小了對熱區的束縛力,使熱區的體積得到伸張,溫度也有所降低;由此,熱區之上的地殼及附近的岩石,就不再承受強大的推力作用,構造運動和地震活動也就平息下來。這種過程往復循環進行下去,如同鍋爐中的水加熱煮沸而變為高溫蒸汽,而後推動活塞運動的機制一樣,因此被稱為地球內部的熱機學說。
