严格的说,不应称“地壳运动”而应该称“板块运动” 。板块运动的根本原因是由于地球的地幔的岩石圈下方的物质实际上是一种流体 , 或者说是一种固体岩石和熔岩的混合物 , 温度很高(从地壳上边界的大约200°C到核心地幔边界的大约4000°C) , 压力也很高 , 在这种情况下固体也可以流动 。而板块是地壳加上上地幔岩石圈构成的,板块浮在地幔的流体层上,当然就会随着地慢内流动性较高的物质运动 。但板块不是铁板一块,而是一块块的碎片,所以一旦两个板块的碎片相撞或者某块地壳碎裂就会形成地震 。
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上图:全球1963年-1998年的地震事件全纪录 。(看看日本和印尼、巴基斯坦和南欧等国基本上都被黑点埋了)
地壳其实很薄地壳的平均厚度大约是17千米,大陆地壳的平均厚度大约是35千米 。地球的半径大约是6371千米,地面的深度大约是2800千米,因此地壳相对于地球整体和地幔来说,就是薄薄的一层皮 。
我们可以用壳被敲破的煮的半熟的溏心蛋来比喻地球的结构,破裂的外壳类似地壳,而半固态半液态的蛋白就是地幔(通常溏心蛋的蛋白是外面是凝固了但里面靠近蛋黄的地方还会有点软),最后,液态的蛋黄就是地核(事实上地核的内核是固体的,但鸡蛋怎么也没办法煮成这种效果,我们就将就一下吧) 。
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上图:地球的实际情况应该是11分这种,即地球内部深处是由固体和液体混合而成(蛋黄是大部分地幔和地核 , 蛋白是地幔顶层的刚性岩石圈) 。但在较长的地质时期看来,地球更像是3分这种,内部几乎都是流动性的——例如:在高温高压下,各种金属的混合物实际上也等同于一团流体 , 会在相当长的时间内发生对流和混合 。岩石也是如此 。
地幔的结构和物理性质是复杂多变的地球的地幔有两个主要的流动力学层次:
第一个是上地幔的刚性岩石圈 , 海洋地壳下面的岩石圈的厚度约为100公里,而大陆地壳下面的岩石圈的厚度通常为150-200公里 。
另一个是岩石圈下面流动性更强的软流圈,软流圈一般在地表以下80至200公里处,具有高度的粘性和延展性、机械强度很弱 。软流圈虽然命名为“软流”但实际上也是固体,它只有某些区域才是熔融的,例如,在洋中脊下方 。软流圈的厚度主要取决于温度,但也取决于变形率(想想金属块实际上也是软的) 。岩石圈和软流圈之间有一个明显的界限 。
岩石圈和上覆的地壳组成了构造板块(注意板块不只是地壳),它们在软流圈上运动 。岩石圈和软流圈都是上地幔的组成部分 。
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上图:地球边界处的俯冲构造 。
由于地球表面和地核外层之间的温差以及高压和高温下的岩石经历数百万年缓慢的蠕变、形变,地幔中实际上存在着物质的对流循环——热的物质上升 , 而较冷较重的物质下沉 。物质的向下运动往往发生在被称为俯冲带的板块边界处 。
火山活动可以归因于地壳因地幔柱深部的岩浆流的冲击而被动产生的扩展产生裂缝,从而使岩浆泄漏到地表 。
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上图:地下升起的岩浆羽流 。地幔中从底部升起的羽流是板块和地壳运动的根本动力 。
就流体动力学而言,地球地幔的对流是一个复杂混沌的过程 。
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