一个板块的理论运动轨迹

发布网友 发布时间：2022-04-26 21:00

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热心网友 时间：2023-11-23 20:07

板块运动伴随着纬度的变化。在已经获得的各种地质动力中，强中纬力的主要控制因素即地球的黄纬，板块在强中纬力的作用下发生黄纬的改变，即可映射成地球纬度的改变。

地球运转的胀缩力公式的获得，使笔者认识到，地球绕银核运行一周，就是地球发生膨胀和收缩的运动过程。而地球公转时强中纬力、潮汐力等的产生，使笔者完全具备了分析球面板块在各种作用力的作用下运移的条件。

无论是在地球的膨胀期，还是在地球的收缩期，只要地球球面上存在分离的板块，这一板块就会受到地质动力的作用，就会产生运移，板块间就会出现相对运动，甚至接触、碰撞。

相邻两板块的主体关系有如下3种。

——分别位于不同的地质动力作用带，受不同的地质动力的作用。由于所受作用力不同，或者主作用力不同，或者作用力相同而参数不同，加上两个板块的质量差异，两板块相对运移速度的不同，从而产生板块间的距离缩短、碰撞、挤压、褶皱、推叠与成山，或者出现距离增加而逐渐远离。

——位于同一地质动力作用带，受相同作用力作用，因板块质量不同，产生的运动速率不同。这样，相邻两板块间也会出现远离或靠近直至成山的两种现象。

——位于同一地质动力作用带，受相同作用力作用，因板块质量相近，产生的运动速率相近。这样，相邻两板块间将保持较长时间的毗邻关系不变。

*与*间的关系有如下2种。

——分别位于不同的动力作用带。即使分处于南北两个半球，理论上也有相会的可能。

——位于相同的动力作用带。与上述第二种和第三种情况相似。

每种情形都可导致地球在膨胀期里出现板块碰撞，在收缩期里出现板块远离这样“不和谐”的地质现象。

不管是陆块与陆块间的相对运移关系，还是陆块与洋壳间的相对关系，都包含了一个块体的运动问题，分析研究一个块体的理论运行轨迹，是解决问题的前提。

设定问题的初始条件：地球表面存在着一个质量为m的块体，不管它是处于地球膨胀期还是收缩期，都不受其他块体的影响（不考虑板块相撞后的各种变化），它总是处于地球的表面运动，也不存在自身的张裂问题，它是一个完全游离的块体。

1.板块在高纬度带的运移

高纬度带是个相对概念，一般是指地球纬度相对较高的地区，如无特别说明，本书中的高纬度都是按地质动力中的最大强中纬力分带结果，即地球纬度的68°27′～90°地区。

按照所设条件，地球球面板块在高纬度带（即极地带）的运移，应该具有大气质点的特征。

理论上的极地带板块受强中纬力作用与运移和大气质点在极地带受力后的运行轨迹一致。分过极点和不过极点两种类型。

过极点的作用力方式。板块受该形式力作用后的运移轨迹等，在第五章第一节（大气的强中纬力作用）中已经阐述，即两种情况：一种是过极点后沿着弧线向左（北半球）或向右（南半球）继续运移；一种是沿着弧线过极点后再沿着对称的弧线方式返回。

不过极点的作用力方式。板块受该形式力作用后的运移轨迹共有8种理论模式（参见本章相关内容）。

无论是过极点还是不过极点，站在地球上的人们都会发现，板块在相对较弱的强中纬力作用下，发生由68°27′向90°方向运移与由90°向68°27′运移都是可能的。如果板块为较均匀的块体，其重心等于质心，板块则沿着理论轨迹线平行移动，否则，板块将沿着理论轨迹线转动。

板块在极地带的运动特点，受板块在极地外时的运动特征影响，也就是说，板块在强中纬力作用带的运动可能影响板块在极地带的运动。如果地球倾角保持不变的话，强中纬力作用带43°06′及其以后范围内板块的运动对极地带内时的运动产生影响。

由于强中纬力与纬度的大小呈正弦倍角平方关系变化，所以，在地球纬度大于68°27’时，作用力随纬度的增大而加倍减小，而板块运动的加速度则随纬度的增加而越来越小。

由于地球的自转轴是倾斜的，板块受强中纬力作用后的运行方向和地球自转方向的关系如图5-33a所示。极地带板块在一天之内所受强中纬力的大小是变化的，以一个质心在地球纬度66°33′的板块为例，其一天之内的强中纬力随时间的变化关系曲线如图5-33b所示。

图5-33　高纬度带球面板块的运动方向及作用力关系示意图

图5-33b中非对称曲线形态的形成有两个原因：①由于极圈上的质点介于0:00与12:00（夏季）之间；②质点与黄道面的a角度，经过了从90°到43°06′的变化，其中，约在11:53′（夏季）时α=45°。

地球倾斜所形成的地球南北极关系，总是使地球在轨道的半径增大时南极在更大的地方（轨道外侧），北极在较小的地方（轨道内侧）。这种特殊的构造关系，是形成北极相对活跃，南极相对稳定的原因（角动量守恒）。如果地球倾斜方式改成相反方向，地球南北极的地理地质特征也将随之改变。

2.板块在中纬度带的运移

与高纬度带一样，中纬度带也是个相对概念，一般是指地球纬度21°33′～68°27′的地带，即强中纬力作用带。

板块在中纬度带的受力包括强中纬力、潮汐力。这里只研究板块受强中纬力作用的情况。

根据所设条件，假如目标板块遇到其他板块，前者总是将后者压在底下，这时目标板块就像在海上的一条船（因为只有存在的板块能提供证据，消失的板块则不可以），也不考虑板块遇到其他板块后的反射及运行速度改变等情况，那么，板块在本带内的运移则完全类似于强中纬力作用带内的大气或海水的运动，只是运动体的质量不同，所产生的运动速度不同。

强中纬力作用带内强中纬力的运行轨迹和方向如图5-34a所示。

图5-34　中纬度带板块的受力与运动

综合分析结果：从图5-34a的视角，可看到的地球上强中纬力作用带内最大强中纬力作用线是一条圆形轨迹线。这条轨迹线处在黄道面上下地球的中部（图中只绘出了北半球的一条），呈一个封闭的圆环。黄道面上的观察者将这个圆环看成是一条平行于黄道面的直线，而黄道面上90°视角的观察者则看成是一条完整的圆圈。地球的自转，使中纬度带内的每一点，在24小时内，两次经过该圆圈。

地球的纬线与强中纬力作用线呈X状斜交，如果固定纬线，则质点从A点出发沿着强中纬力作用线由南往北经过纬线（E点）抵达68°27′（B点）后，发生由北往南的运移，在地球背面再次经过该纬线，然后回到A点，周期为24小时。如果固定最大强中纬力作用线，质点由C点出发，几小时后，先后经过E点（即最大强中纬力作用点）和D点（相当于夏季中午12:00），再过几小时，又一次经过最大强中纬力作用点（前后两次相差大约12小时），并于次日同出发时间回到C点。

处于强中纬力分界线上的点，一天之内只有一次受到最大强中纬力的作用。

由于强中纬力除在黄道面和南北半球的α＝90°处等于零无作用外，在地球的其他地方都有作用。强中纬力作用带内某点的强中纬力与时间的关系曲线如图5-34b所示。该图中的时间轴没有一日中具体小时的意义，只有时间间隔的作用。纵轴上最大强中纬力是固定的，最小值则视板块质心所处纬度经过换算成α后得出。

扣除所有阻碍板块运移的因素后，板块在强中纬力作用带的运移轨迹如图5-35所示。

图5-35　板块在中纬度带内的运移转迹示意图

板块不断地作如图5-35所示的运动，总有到达带边（与其他作用带交叠区）的时候，这时，板块将受到双重作用力的作用，运移轨迹将超出图5-35的形态。

3.板块在低纬度带的运移

低纬度带是指南纬21°33′到北纬21°33′之间的地带，又称穿切黄道面带（南北回归线之间的地带均为穿切黄道面带，这里以强中纬力作用分带统一考虑）。

强中纬力在低纬度带的影响是不可忽略的。

图5-36a选择了地球赤道南北各一点在地球转动时受强中纬力的作用情形，图5-36b是此两点的F-t关系曲线。

由图5-36b可见，赤道南北两板块的F-t曲线表现为非对称性，即赤道北的板块穿切黄道面前在黄道面之上的幅度大于穿切黄道面后的幅度，而赤道以南的板块则正好相反。这是站在板块不受固定强中纬力作用的角度的情况。

图5-36　低纬度带板块受强中纬力作用与运动关系图

如果板块A（或B）受到一定的强中纬力的作用，那么，随着地球的自转，强中纬力将带着板块A（或B）作跨越赤道的运动。

假如在黄道面上下各有一固定值的强中纬力作用线，如图5-37（为方便读图，位置稍作夸张），且板块A在南半球开始受力，并在固定力的作用下沿着力作用轨迹前进，地球同时在自转；那么，板块A在经过1点时抵达赤道，经过2点时已进入北半球（虽然板块A仍在黄道面下），到达3点时穿切了黄道面并到达其上（虽然板块A在南半球强中纬力作用下运抵北半球的纬度没变），到达4点时便进入了北半球的固定强中纬力作用线，到达5点时就完全离开了南半球进入了北半球并受北半球系统作用力的控制。这种交换是可逆的（逆向运动分析略）

图5-37　低纬度带板块A受强中纬力作用跨越赤道运动分析。

4.其他

研究探讨板块运动的课题一直都属于热门。从部分新发现的地球动力角度探讨板块的运移轨迹，立意在于对强中纬力的应用。至于潮汐力和胀缩力对板块的垂向作用等，都属于以后继续探讨的内容。

热心网友 时间：2023-11-01 19:09

板块运动伴随着纬度的变化。在已经获得的各种地质动力中，强中纬力的主要控制因素即地球的黄纬，板块在强中纬力的作用下发生黄纬的改变，即可映射成地球纬度的改变。

地球运转的胀缩力公式的获得，使笔者认识到，地球绕银核运行一周，就是地球发生膨胀和收缩的运动过程。而地球公转时强中纬力、潮汐力等的产生，使笔者完全具备了分析球面板块在各种作用力的作用下运移的条件。

无论是在地球的膨胀期，还是在地球的收缩期，只要地球球面上存在分离的板块，这一板块就会受到地质动力的作用，就会产生运移，板块间就会出现相对运动，甚至接触、碰撞。

相邻两板块的主体关系有如下3种。

——分别位于不同的地质动力作用带，受不同的地质动力的作用。由于所受作用力不同，或者主作用力不同，或者作用力相同而参数不同，加上两个板块的质量差异，两板块相对运移速度的不同，从而产生板块间的距离缩短、碰撞、挤压、褶皱、推叠与成山，或者出现距离增加而逐渐远离。

——位于同一地质动力作用带，受相同作用力作用，因板块质量不同，产生的运动速率不同。这样，相邻两板块间也会出现远离或靠近直至成山的两种现象。

——位于同一地质动力作用带，受相同作用力作用，因板块质量相近，产生的运动速率相近。这样，相邻两板块间将保持较长时间的毗邻关系不变。

*与*间的关系有如下2种。

——分别位于不同的动力作用带。即使分处于南北两个半球，理论上也有相会的可能。

——位于相同的动力作用带。与上述第二种和第三种情况相似。

每种情形都可导致地球在膨胀期里出现板块碰撞，在收缩期里出现板块远离这样“不和谐”的地质现象。

不管是陆块与陆块间的相对运移关系，还是陆块与洋壳间的相对关系，都包含了一个块体的运动问题，分析研究一个块体的理论运行轨迹，是解决问题的前提。

设定问题的初始条件：地球表面存在着一个质量为m的块体，不管它是处于地球膨胀期还是收缩期，都不受其他块体的影响（不考虑板块相撞后的各种变化），它总是处于地球的表面运动，也不存在自身的张裂问题，它是一个完全游离的块体。

1.板块在高纬度带的运移

高纬度带是个相对概念，一般是指地球纬度相对较高的地区，如无特别说明，本书中的高纬度都是按地质动力中的最大强中纬力分带结果，即地球纬度的68°27′～90°地区。

按照所设条件，地球球面板块在高纬度带（即极地带）的运移，应该具有大气质点的特征。

理论上的极地带板块受强中纬力作用与运移和大气质点在极地带受力后的运行轨迹一致。分过极点和不过极点两种类型。

过极点的作用力方式。板块受该形式力作用后的运移轨迹等，在第五章第一节（大气的强中纬力作用）中已经阐述，即两种情况：一种是过极点后沿着弧线向左（北半球）或向右（南半球）继续运移；一种是沿着弧线过极点后再沿着对称的弧线方式返回。

不过极点的作用力方式。板块受该形式力作用后的运移轨迹共有8种理论模式（参见本章相关内容）。

无论是过极点还是不过极点，站在地球上的人们都会发现，板块在相对较弱的强中纬力作用下，发生由68°27′向90°方向运移与由90°向68°27′运移都是可能的。如果板块为较均匀的块体，其重心等于质心，板块则沿着理论轨迹线平行移动，否则，板块将沿着理论轨迹线转动。

板块在极地带的运动特点，受板块在极地外时的运动特征影响，也就是说，板块在强中纬力作用带的运动可能影响板块在极地带的运动。如果地球倾角保持不变的话，强中纬力作用带43°06′及其以后范围内板块的运动对极地带内时的运动产生影响。

由于强中纬力与纬度的大小呈正弦倍角平方关系变化，所以，在地球纬度大于68°27’时，作用力随纬度的增大而加倍减小，而板块运动的加速度则随纬度的增加而越来越小。

由于地球的自转轴是倾斜的，板块受强中纬力作用后的运行方向和地球自转方向的关系如图5-33a所示。极地带板块在一天之内所受强中纬力的大小是变化的，以一个质心在地球纬度66°33′的板块为例，其一天之内的强中纬力随时间的变化关系曲线如图5-33b所示。

图5-33　高纬度带球面板块的运动方向及作用力关系示意图

图5-33b中非对称曲线形态的形成有两个原因：①由于极圈上的质点介于0:00与12:00（夏季）之间；②质点与黄道面的a角度，经过了从90°到43°06′的变化，其中，约在11:53′（夏季）时α=45°。

地球倾斜所形成的地球南北极关系，总是使地球在轨道的半径增大时南极在更大的地方（轨道外侧），北极在较小的地方（轨道内侧）。这种特殊的构造关系，是形成北极相对活跃，南极相对稳定的原因（角动量守恒）。如果地球倾斜方式改成相反方向，地球南北极的地理地质特征也将随之改变。

2.板块在中纬度带的运移

与高纬度带一样，中纬度带也是个相对概念，一般是指地球纬度21°33′～68°27′的地带，即强中纬力作用带。

板块在中纬度带的受力包括强中纬力、潮汐力。这里只研究板块受强中纬力作用的情况。

根据所设条件，假如目标板块遇到其他板块，前者总是将后者压在底下，这时目标板块就像在海上的一条船（因为只有存在的板块能提供证据，消失的板块则不可以），也不考虑板块遇到其他板块后的反射及运行速度改变等情况，那么，板块在本带内的运移则完全类似于强中纬力作用带内的大气或海水的运动，只是运动体的质量不同，所产生的运动速度不同。

强中纬力作用带内强中纬力的运行轨迹和方向如图5-34a所示。

图5-34　中纬度带板块的受力与运动

综合分析结果：从图5-34a的视角，可看到的地球上强中纬力作用带内最大强中纬力作用线是一条圆形轨迹线。这条轨迹线处在黄道面上下地球的中部（图中只绘出了北半球的一条），呈一个封闭的圆环。黄道面上的观察者将这个圆环看成是一条平行于黄道面的直线，而黄道面上90°视角的观察者则看成是一条完整的圆圈。地球的自转，使中纬度带内的每一点，在24小时内，两次经过该圆圈。

地球的纬线与强中纬力作用线呈X状斜交，如果固定纬线，则质点从A点出发沿着强中纬力作用线由南往北经过纬线（E点）抵达68°27′（B点）后，发生由北往南的运移，在地球背面再次经过该纬线，然后回到A点，周期为24小时。如果固定最大强中纬力作用线，质点由C点出发，几小时后，先后经过E点（即最大强中纬力作用点）和D点（相当于夏季中午12:00），再过几小时，又一次经过最大强中纬力作用点（前后两次相差大约12小时），并于次日同出发时间回到C点。

处于强中纬力分界线上的点，一天之内只有一次受到最大强中纬力的作用。

由于强中纬力除在黄道面和南北半球的α＝90°处等于零无作用外，在地球的其他地方都有作用。强中纬力作用带内某点的强中纬力与时间的关系曲线如图5-34b所示。该图中的时间轴没有一日中具体小时的意义，只有时间间隔的作用。纵轴上最大强中纬力是固定的，最小值则视板块质心所处纬度经过换算成α后得出。

扣除所有阻碍板块运移的因素后，板块在强中纬力作用带的运移轨迹如图5-35所示。

图5-35　板块在中纬度带内的运移转迹示意图

板块不断地作如图5-35所示的运动，总有到达带边（与其他作用带交叠区）的时候，这时，板块将受到双重作用力的作用，运移轨迹将超出图5-35的形态。

3.板块在低纬度带的运移

低纬度带是指南纬21°33′到北纬21°33′之间的地带，又称穿切黄道面带（南北回归线之间的地带均为穿切黄道面带，这里以强中纬力作用分带统一考虑）。

强中纬力在低纬度带的影响是不可忽略的。

图5-36a选择了地球赤道南北各一点在地球转动时受强中纬力的作用情形，图5-36b是此两点的F-t关系曲线。

由图5-36b可见，赤道南北两板块的F-t曲线表现为非对称性，即赤道北的板块穿切黄道面前在黄道面之上的幅度大于穿切黄道面后的幅度，而赤道以南的板块则正好相反。这是站在板块不受固定强中纬力作用的角度的情况。

图5-36　低纬度带板块受强中纬力作用与运动关系图

如果板块A（或B）受到一定的强中纬力的作用，那么，随着地球的自转，强中纬力将带着板块A（或B）作跨越赤道的运动。

假如在黄道面上下各有一固定值的强中纬力作用线，如图5-37（为方便读图，位置稍作夸张），且板块A在南半球开始受力，并在固定力的作用下沿着力作用轨迹前进，地球同时在自转；那么，板块A在经过1点时抵达赤道，经过2点时已进入北半球（虽然板块A仍在黄道面下），到达3点时穿切了黄道面并到达其上（虽然板块A在南半球强中纬力作用下运抵北半球的纬度没变），到达4点时便进入了北半球的固定强中纬力作用线，到达5点时就完全离开了南半球进入了北半球并受北半球系统作用力的控制。这种交换是可逆的（逆向运动分析略）

图5-37　低纬度带板块A受强中纬力作用跨越赤道运动分析。

4.其他

研究探讨板块运动的课题一直都属于热门。从部分新发现的地球动力角度探讨板块的运移轨迹，立意在于对强中纬力的应用。至于潮汐力和胀缩力对板块的垂向作用等，都属于以后继续探讨的内容。