地震和火山爆發(fā)屬于兩種不同性質(zhì)的地質(zhì)活動(dòng)，它們是如何形成的呢？筆者研究認(rèn)為，地震和火山活動(dòng)具有同源性，它們的形成同時(shí)與兩種因素有關(guān)：一是地殼的板塊運(yùn)動(dòng)，為地震和火山的形成創(chuàng)造了地質(zhì)條件；二是地幔對(duì)流對(duì)地殼巖石層產(chǎn)生的作用，為地震和火山爆發(fā)提供了動(dòng)力源。

地球內(nèi)部存在著流體物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，地面以下是一層70—150公里厚的既堅(jiān)硬又寒冷的巖石圈，在巖石圈下面則是軟流圈，又稱(chēng)軟流層。軟流圈厚550—620公里，具有塑性，內(nèi)部溫度很高?？茖W(xué)家們認(rèn)為，軟流圈中的地幔物質(zhì)由于部分熔融而具有流體性質(zhì)，這些流體性物質(zhì)——巖漿在地幔中發(fā)生著對(duì)流循環(huán)。但是，軟流圈中的流體物質(zhì)為什么會(huì)發(fā)生對(duì)流，科學(xué)家們至今也沒(méi)有找到原因。

       早在19世紀(jì)，就有地質(zhì)學(xué)家提出地幔對(duì)流的觀點(diǎn)，20世紀(jì)60年代，這一觀點(diǎn)為地質(zhì)學(xué)界普遍所接受，并被納入板塊構(gòu)造學(xué)中，成為海底擴(kuò)張、板塊移動(dòng)的重要機(jī)制。

       早期的地幔對(duì)流說(shuō)認(rèn)為，由于地幔內(nèi)部存在密度和溫度的差異，導(dǎo)致地幔物質(zhì)發(fā)生了流動(dòng)。地幔對(duì)流是一個(gè)局部環(huán)流系統(tǒng)，在地幔的加熱中心，物質(zhì)變輕，緩慢上升，到軟流圈頂轉(zhuǎn)為反向的平流，平流一定距離后與另一相向平流相遇而成為下降流，繼而又在深處相背平流到上升流的底部，補(bǔ)充上升流，從而形成一個(gè)環(huán)形對(duì)流體。在上升流處形成洋中脊，下降流處造成板塊間的俯沖和大陸碰撞。地幔對(duì)流是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它既是一種熱傳導(dǎo)方式，又是一種物質(zhì)流的運(yùn)動(dòng)。地幔對(duì)流是在緩慢的進(jìn)行的，對(duì)流活動(dòng)的時(shí)間可達(dá)幾千萬(wàn)年，甚至幾億年。[3]

     地幔對(duì)流說(shuō)在地質(zhì)學(xué)中占有重要地位，它和大陸漂移說(shuō)、海底擴(kuò)張說(shuō)一起構(gòu)建了大陸板塊構(gòu)造學(xué)理論。板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)認(rèn)為，相對(duì)剛性的板塊塊體漂移在上地幔的塑性軟流層上，因地幔流對(duì)流、海底擴(kuò)張的驅(qū)動(dòng)，各自作大規(guī)模的水平運(yùn)動(dòng)。板塊在大洋中脊處分離和增生，在海溝處俯沖和消減，如此周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)。板塊內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定，其周?chē)吔缡菐r石圈較為活動(dòng)的地帶，地震、火山和斷裂等活動(dòng)比較活躍。

     與早期地幔對(duì)流說(shuō)觀點(diǎn)不同，筆者研究認(rèn)為，軟流圈中流體物質(zhì)的對(duì)流起源于地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與地幔物質(zhì)的熱量交換無(wú)關(guān)。

      地球是太陽(yáng)系的一顆行星，與一般物體的旋轉(zhuǎn)不同，受天文因素影響，它的自轉(zhuǎn)具有以下特征：

      （1）地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，存在著內(nèi)外不同步性。地球的結(jié)構(gòu)從里到外分為：地核、地幔和地殼，地殼和地核是固態(tài)的，中間地幔是液態(tài)的。就是說(shuō)，地球并不是一個(gè)固態(tài)實(shí)體，而是固態(tài)的地核懸浮在液態(tài)的地幔之中。人們不禁要問(wèn)，在地球自轉(zhuǎn)過(guò)程中，懸浮的地核是否會(huì)與整個(gè)地球的自轉(zhuǎn)保持同步呢？答案是否定的。地質(zhì)學(xué)家通過(guò)地震波探測(cè)發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)外的自轉(zhuǎn)速度是不一樣的，地核的轉(zhuǎn)速快，外球的轉(zhuǎn)速慢。哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家們估計(jì)，內(nèi)陸核自由旋轉(zhuǎn)角速度每年約為0.4～1.8弧度，即內(nèi)核赤道每年比地殼赤道多旋轉(zhuǎn)19.31米，每400年左右完成一個(gè)重疊周期。而哈佛大學(xué)研究小組組長(zhǎng)德茲文斯基博士的研究結(jié)果是，內(nèi)核每年的旋轉(zhuǎn)角速度為3弧度，每過(guò)100年與地轉(zhuǎn)重疊一次，比前者快得多。[4]

     （2）地球的自轉(zhuǎn)速度是變化的，一直處在減速狀態(tài)。在地球的長(zhǎng)期演化過(guò)程中，由于地球不斷地向月球傳輸自轉(zhuǎn)角動(dòng)量，因而，地球的自轉(zhuǎn)速度在不斷地減小，自轉(zhuǎn)周期在不斷地增長(zhǎng)。據(jù)推算，在5、6億年前，地球的自轉(zhuǎn)周期僅為15～18小時(shí)，3億年前，地球自轉(zhuǎn)周期約為22小時(shí)，而現(xiàn)在地球的自轉(zhuǎn)周期為每天的24小時(shí)。[5]

       地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)遵循圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，適用于公式：F=mV²/R，這一公式表示，在向心力不變的情況下，物體的運(yùn)動(dòng)速度平方與軌道半徑成正比，運(yùn)動(dòng)速度越大，軌道半徑就越大，反之亦然。

      現(xiàn)以地球表面的海水為例，對(duì)地球自轉(zhuǎn)速度變化所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)行模擬和說(shuō)明。

     海水隨地球自轉(zhuǎn)一起做圍繞地軸旋轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌道為海水所在位置的緯度圈，向心力由重力的分量提供，是一個(gè)常量；因此，在不考慮其他因素的情況下，海平面應(yīng)該是靜止的，海水不會(huì)發(fā)生水平流動(dòng)。假設(shè)地球自轉(zhuǎn)是變化的，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)加速時(shí)，海水的圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑增大；這時(shí)，海水就會(huì)由高緯度區(qū)向低緯度區(qū)方向流動(dòng)，在赤道帶上聚集起來(lái)，海平面升高，稱(chēng)加速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)減速時(shí)，海水的圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑減?。贿@時(shí)，海水就會(huì)由低緯度區(qū)向高緯度區(qū)方向流動(dòng)，赤道帶上的海水消退下去，海平面下降，稱(chēng)減速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。就是說(shuō)，如果地球自轉(zhuǎn)速度是變化的，那么，地球表面的海水就會(huì)發(fā)生跨緯度流動(dòng)；加之地球自轉(zhuǎn)偏向力作用，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一條弧形曲線。

      地幔分為上地幔和下地幔兩層，軟流圈位于上地幔的上部，下地?？拷睾?。根據(jù)地球自轉(zhuǎn)變化效應(yīng)原理推斷，上、下地幔層中的流體物質(zhì)將分別產(chǎn)生以下運(yùn)動(dòng)效應(yīng)：

      （1）由于地核自轉(zhuǎn)速度較快，且地核與地幔流體物質(zhì)之間存在著較強(qiáng)的粘合作用，因而，地核將帶動(dòng)下地幔流體物質(zhì)一起運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。具體地說(shuō)，下地幔的流體物質(zhì)將由高緯度區(qū)流向低緯度區(qū)，在赤道帶上聚集隆起，勢(shì)能增大。

     （2）從數(shù)億萬(wàn)年前開(kāi)始，地球的自轉(zhuǎn)就處在減速狀態(tài)，因而，上地幔中的流體物質(zhì)將產(chǎn)生減速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。具體地說(shuō)，上地幔（軟流圈）中的流體物質(zhì)將由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)；聚集在赤道帶上的流體物質(zhì)，勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，消退下去；之后，這部分流體物質(zhì)在高緯度區(qū)下沉，回流到地球內(nèi)部。至此，地幔層中的流體物質(zhì)完成了一次對(duì)流循環(huán)。

       總之，在地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的作用下，致使下地幔流體物質(zhì)由高緯度區(qū)流向赤道、低緯度區(qū)，上地幔流體物質(zhì)由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)。上、下地幔流體物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相互銜接，組成了一個(gè)環(huán)形回路，實(shí)現(xiàn)了自下而上的對(duì)流循環(huán)。與早期地幔對(duì)流說(shuō)的局部環(huán)流系統(tǒng)不同，這一環(huán)流機(jī)制構(gòu)建的是一個(gè)全球性的地幔環(huán)流系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)全地幔環(huán)流。全地幔環(huán)流具有可持續(xù)性和周期性，與大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)相類(lèi)似，都屬于流體在地球經(jīng)向方向的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。不同的是，大氣經(jīng)向循環(huán)有三個(gè)環(huán)流圈：低緯環(huán)流、中緯環(huán)流和高緯環(huán)流，而全地幔環(huán)流只有一個(gè)環(huán)流圈。

      需要指出，在全地幔環(huán)流背景下，軟流圈中的流體物質(zhì)由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)，這種單一的運(yùn)動(dòng)模式，勢(shì)必給板塊構(gòu)造理論帶來(lái)困難。因?yàn)榘凑蘸５讛U(kuò)張說(shuō)的觀點(diǎn)，地幔軟流層物質(zhì)像履帶一樣馱著板塊漂移，板塊的移動(dòng)方向與地幔環(huán)流方向相一致，板塊相對(duì)于地幔流體物質(zhì)運(yùn)動(dòng)屬于從動(dòng)關(guān)系。如果說(shuō)軟流圈中的流體物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，只是由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)，那么，板塊就應(yīng)該從赤道分裂，并向南、北兩極方向移動(dòng)。從全球板塊運(yùn)動(dòng)的歷史演變來(lái)看，并沒(méi)有出現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)方式，否則無(wú)法形成全球六大板塊的布局。一種合理解釋是，軟流圈中的流體物質(zhì)對(duì)板塊的作用較弱，不足以拖動(dòng)板塊移動(dòng)，需要尋找新的動(dòng)力源。