原创 海天雨虹 《科学前沿 思考未来 》 2022-09-01 08:54 发表于新疆
李四光在其编写的《地质力学概论》中通过一些地质观察，提出地质构造活动同期性水平运动方向性与之伴随而来的垂直运动的联动性，因此，他猜测认为地质构造运动的方向性与地球自转有一定的关联。更进一步地，根据地质构造活动的的周期性，认为这种周期性应该源之于地球自转速度的波动性，也就是猜测地球自转速度的变化是地壳构造运动的动力之源，指出寻找地球自转速度变化的原因及其规律，是未来地质研究的重要课题。
李四光《地质力学概论》中的提示：通过一些地质观察，提出地质构造活动同期性水平运动方向性与之伴随而来的垂直运动的联动性，因此，他猜测认为地质构造运动的方向性与地球自转有一定的关联。更进一步地，根据地质构造活动的的周期性，认为这种周期性应该源之于地球自转速度的波动性，也就是猜测地球自转速度的变化是地壳构造运动的动力之源，指出寻找地球自转速度变化的原因及其规律，是未来地质研究的重要课题。
李四光在《地质力学概论》第四章中讨论地壳运动起源问题，提出了三个步骤，第二个步骤是研究地壳“运动的方式和方向”。
运动的方式和方向中又分为根据地壳部分的组成研究和根据地壳部分的结构研究。在关于组成部分研究的论述中，他指出，组成部分研究的结论是相对的，可以给出垂直运动的相对位移结论。同时指出：假如用这种方法来判断垂直运动是正确的，那么就要追问，地壳垂直运动的动力来之于哪里？这个动力的动力源是什么？是怎么发动的？怎么终止的？等等。
也就是根据地壳物质组成，仅能够判断地壳运动曾经发生过上下物质组成分异运动，仅靠这一点就没有解决，地壳运动升降的原因，而只是将地壳运动的原因推后了，以一句“曾经发生升降运动”，而一笔带过，并没有给出事情的本源性结论。
由此想到学术界反反复复讨论的喜马拉雅山脉隆起这个问题，通常都讲喜马拉雅山隆起是印度板块与欧亚大陆挤压推升而成的，印度板块北漂，欧亚大陆南移，造成了喜马拉雅山持续的升高，却没有说明为什么印度板块要北漂，为什么欧亚板块要南移？似乎印度板块北漂是一个常识性问题，欧亚板块南移也是常识性问题？
好像是印度板块与欧亚板块约好了一样，亿万年等一会，就是要在赤道北侧为即将来到的人类造一座高耸入云的山峰，这是神来之笔啊，能为几千万年后的人类作出这种安排的，只能是上帝的安排，因为只有上帝才是万能的主，想怎么安排，就怎么安排，就一定会实现这种安排。
所以，关于喜马拉雅山脉隆起的动力来源根本就没有找到。
用一个悬而未决的问题作为理论基础，给出一个结论，而下一个研究又是以这个结论为基础给出新的研究结论，这就是数学证明中常常出现的错误论证方法，（数学中的反证法与此不同，虽然，都是以一个未被证明的结论为前提的，数学是最后要论证因为这个未决结论假设是否引起逻辑性错误，最后，确定这个预假设真与伪）。
在这一点上，李老看得非常清楚，也做了重点强调就是不能用许多未决问题堆积起来进行地壳运动动力源问题研究，应该追根溯源，把真正的原因清理整理出来。
至于，研究的实用性那就是另一回事了，日常工作生活中，可以不关心事物的本质性的东西，比如忽略手机的硬件、软件，而仅仅注重手机的外形、内存这些与使用直接相关的指标，包括原不属于手机基本功能的照相像素等等。这不属于科学研究的问题。
李四光先生开篇讲：地壳运动起源问题是一个长期存在的问题。是地质学、地球物理学、地理学及其他相关科学研究，断断续续几十年引起激烈争论，至今悬而未决的问题。（1962年）认为：由于地壳运动起源问题的复杂性，看起来，在最近的将来，很难期待各方面达成一致意见。
在此基础上，对这个问题提出了如何使其得以解决的思考方法、路径与原则，指出，无论从哪个角度，提出的解决问题的主要论点，如果是正确的，就应当满足基本上是一致的，也就是遵守一致性原则。
即无论从哪一方面，所提出的解决地壳运动起源问题的论证、结论，都应当令人信服地说明现存的地质构造现象；能够令人信服地解释地壳运动形成、形变的起源与动力机制。
分析认为关于地壳运动起源问题的严重分歧，观点不同是一方面，除了观点，还存在这个问题讨论者工作方法上的问题，即讨论者们在工作方法上存在较大差异。
由此，给出了解决地壳运动起源问题需要遵循的处理步骤：主要是三个方面，其一，是地壳实际资料的获取，也就是地质观察、野外记录中的第一手实证资料的获取；其二，运动的方式和方向，也就是地壳运动挤压、隆起、平移、沉降等等的确定与依据；其三、运动的起源和动力之源（这是一个力学分析问题），然后，由其解决问题的思路，进一步展开讨论。
关于地壳运动发生时期的确定问题，首先做了一个说明，强调地壳运动起源问题研究应当遵循的哲学原则：地壳是地球表层组成部分的一个整体，作为一个整体，地壳各部分之间一定是相互关联的，具有关联性和统一性。因此，如果某个时期，地壳某个部分发生大规模、强烈的运动，那么，根据整体关联性、统一性原则，地壳的其他部分都应当或多或少、或大或小、或强或弱地都受到这种活动的影响，而发生相应的运动响应。
所以，研究地壳运动起源与动力，不能仅仅用地壳的一个局部现象，自圆其说。而应当把观察到的局部运动现象放到整个地壳运动的全剧中去讨论、去研究，寻找具有普遍意义的依据和规律。并且，由地壳中的同样的观察结果，大致上，可以给出的答案，都应当可以采用同一理论解决推导出来，而不是一个现象，一个运动起源，一个动力、一个理论。不然的话，就失去了理论的普遍指导性原则，其实，也就是没有找到什么规律。
指出，比较构造地质学，在地壳运动起源问题上的贡献在于，其一，通过大量全球性地质运动观察记录，以大量的事实证明，至少自古生代以来，地球上的地壳发生的几场大的运动，都具有全球关联性、定时性规律。所以，地壳运动是全球地壳整体联动的，局部运动存在于全局运动之中，是全局运动的一部分，至于说，处于哪一部分，中心还是远离中心，程度大小强弱，这些都另当别论。强调的就是地壳各个部分，地壳运动中，都受到了程度不同的影响，整个地壳是一个相互关联的整体。当然，对于具体一次地壳运动来说，有主发地、次发地、波及地、微影响地的区别、划分，但是，就运动的整体影响而言，是不容置疑的。特别地，地球是一个球状体，地壳运动，不是一个在无限广阔平面的运动延展，而是在一个类刚体的球形上运动传递，显然，这种运动的整体关联性容易传递和舒解（理解这一点很重要）。
前面讲到全局关联性规律，与之同时，还有一个定时性规律。对于定时性规律问题，认为定时性规律似乎不那么明显，但是，地球大的地壳运动呈现出间隔性、间歇性发生却是没有疑问的，所以，由此推测，地球地壳运动定时性规律，不能那么确定，仅仅是作为从广泛意义上的规律加以考虑（也就是对此秉持谨慎肯定的态度）。
关于定时性规律问题，是从地壳运动的宏观效果考虑的，这些地壳运动基本上是可以通过仪器设备检测出来的。而地球地壳运动的微弱运动，比如大洋脊的变化、地震未发生时的地壳运动，往往就不易被发现、被记录，而事实是地壳运动在持续不断进行着，
观察、测量、记录下来的地壳运动现象仅仅是那些达到一定数量级之后的地壳运动，而更多是不被观测到、不被注意到的、无时无刻都不停歇的地壳运动，这些运动引起地壳运动微弱形变、累积能量，当这些形变超过一点的限度之后，能量累积到了一定的程度，可检测、可观察的较大的地壳运动就产生了，更大地壳运动也是这样能量累积到一定程度之后发生的。
比如，地球火山、地震这些都是可以直观感觉到的，它们往往就呈现出间歇性规律，剧烈发生、恢复平稳态，有一个时段的静守期，若没有什么大的运动作用影响，一段时间（长或短）之后，则会在原来活动剧烈的区域，经过持续的能量积累，微小运动能量又累积为较大运动能量，形成新的运动爆发。火山、地震、台风、龙卷风、山体滑坡、高山隆起等等地壳运动，都呈现能量日积月累的间歇性发生特征。
关于对地壳运动定时性规律问题的疑问，李四光先生洞察到了这个规律，应当说，若从地壳运动的广义尺度上讨论，地壳运动定时性规律似乎是存在的，也就是说具有定时性规律。但是，这种规律的具体描述却表达不出来，那么再问周期有多大、什么位置，什么时刻定时发生，又找不到规律，因而，看上去完全却是随机的、神出鬼没的。即从非广义上讲，定时性规律是值得怀疑的。
所以，在《地质力学概论》中，对地壳运动定时性规律的怀疑是正确的。
假如在考虑地壳运动起源时，首先假定，这种运动符合定时性发生规律，那么必然会在研究地壳运动起源动力时，需要同时认定这种运动起源的动力也具有定时性规律，也就是这种地壳运动动力跟地壳运动一样，是定时的、间歇性的。这就使得讨论的假设又多了一层，形成了假设连环套，而这种未被实证的一个个假设连环套，只要一个假设未被证实为真，那么整个科学研究就会被引入到恶性循环之中，成为无解死循环。
所以，李四光没有肯定地壳运动起源定时性规律，是对地壳运动辟留出的一个重要的科学研究缓冲区，是一种哲人、大家思维洞察，由此，进而有效地避免某些科研工作者一头扎进浑浊不堪的污泥潭中，钻爬不出来。
其实，地壳运动起源是全局联动的、持续不断的；地壳运动动力也是全局性的、持续不断的，这动力恰好就是地球自转动力所具备的特征。要考察地壳运动的动力源，更为重要的一个标准是动力源动力的充足性，也就是这个地壳运动起源的动力源是不是能够有效地驱动运动发生，并使得这种运动具备地壳全局性、连续性、有效性的动力效果，并且这种动力对未来地壳运动具有可预测性，地球自转动力同时能够满足这些要求。
李四光指出，在一场大规模、强烈运动发生时期和另一场大规模、强烈运动发生时期，或在一场大规模、强烈运动发生的同时，在强烈地壳运动地带之外的区域（地区），往往会发生比较广阔、舒缓的隆起或下沉（也就是与大规模、强烈地壳运动相对应的响应运动或称其为联动运动）。
这种时空观察结果，反映地壳运动的统一性、联动性、局部突发性和全局联动性之间的关系。这是显而易见的，地壳运动，特别是全局性地壳运动是强烈的，所以，需要积蓄极大能量，去打破地壳原有的平衡平静，一旦能量积蓄超过了地壳承受的极限，能量开始快速释放，地壳运动就发生了。
即地壳运动起源于地壳局部能量累积超限，而这种局部能量释放的地壳运动，又得到了地壳全局性持续响应（或大或小、或强或弱、或急或缓）。
那么，是什么力量为地壳局部运动提供能量积蓄的？地壳运动的起源动力是什么力？它在哪里、通过什么发力的呢？也就是，地壳运动的动力源是什么呢？地壳运动动力源才是研究地壳运动问题需要探究的运动本质问题。这个动力源是持续不断地存在的，不是为了一个地壳局部运动的发生孤立产生存在的，而是一种为地壳运动持续不断地提供能量保证的动力，地球上所有的地球活动都应当是这种动力的作用结果，或者共同作用结果，是这种力的提供者或参入者。这种动力就是地球自转动力，是太阳与地球引力相互作用在地球上的一种体现。所以，准确地讲，地球地壳运动的动力来源于太阳的引力。
但是，若以太阳-地球引力来描述地球地壳运动动力源则极其复杂，因为太阳-地球引力是以太阳与地球的质量和太阳与地球之间的距离为参数描述的，要转化为地球上的动力描述，就要有一个复杂的演绎过程，也很不直观；而以太阳-地球引力相互作用在地球上的体现的地球自转的地球活动效应，来描述地壳运动的动力源则显得更加直观、简洁，也就是太阳-地球引力相互作用，使地球昼夜不同的自转，而自转产生的作用力，驱动地球地壳运动。
所以，地球自转就是地壳运动的起源与动力之源。更广泛意义上讲，天体自转是天体内部活动和天体体貌形态塑成、保持、变化的动力之源。
地幔非均质性问题提出与分析
认识自然的三要素物质、时间、空间。物质组成是根本，在假设的地球物质组成前提下，设计的各种模型和解释都是局限性的认识。
因此，不必相互争论，而需要讨论的是如何把前提条件设计的尽量符合实际情况，但实际情况又往往没法查明，从而形成死结，这就是地质学中各说各有理的原因。就像认为没有鬼的人问相信有鬼的人，鬼是什么样？而相信有鬼的人反问，你没看见就等于没有吗?谁知道到底有没有鬼？
人类获得的上地幔样品都是有限的，能否完全代表整个上地幔还难以定论，加之对下地幔的物质组成都是推测的。就目前科技水平难以解决这些问题。
一般认为玄武岩是地幔岩石部分熔融的产物，因此用不同的样品配方代表地幔岩石组成。所谓的地幔岩代表都不是确定的，这是人类认知的一个阶段，不是揭示了地幔本身的化学组成。实验岩石学期望揭示部分熔融过程，熔融程度与元素分配系数、温度、压力等关系，但是，实验条件是有限的，而且只能控制多个参数不变，选择改变一个参数进行实验，否则难以获得定量数据。
在地幔的条件下，不相容元素的分配系数尚待确定，实验测量难度比较大，温度、压力高、达到平衡的时间长，生长的晶体和冷却样品测量需要一定粒度。
现在分析仪器空间分辨率提高了（纳米级），实验控制自动化程度高了，有望取得新的元素分配系数数据，特别是常用的稀土元素的分配系数的精确值。根据陨石、地幔岩石包体的化学分析，反演地幔岩园区的化学组成会提高结果的准确度。
地学研究中，为了把问题简单化，把地幔假设为均匀的，MORB就代表上地幔，使得对比基性-超基性岩石物质来源、研究地幔演化以及微量和挥发元素在地幔中的库存量等问题变得容易了。
但随着研究深入和大量新资料积累，证明不仅地壳是不均一的，地幔也是不均一的。这样对地幔及相关地学问题就需要重新认识，特别是上世纪编写的一些教科书里的一些认知许多都已经过时了。
地幔对流都好几十亿年了，为什么还不均匀呢？
如果能够通过理论模型或测量，把这种不均匀性勾画出来才好，哪块地方不均匀，不均匀物质是什么？或者说平均地幔性质中多了什么或者少了什么？
即使认同地幔对流存在，也不可能达到均一，现在观测到的火山喷发以及热点的全球分布直接证明地幔没有达到均匀化。
实际上，自然界物质运动是永恒的，物质运动的永恒性使得自然界呈现不均一性也是永恒的，静止和均一是相对的。
固态物质“对流”达到均一是非常难的，海洋沉积在一定层位比较均一，那山前冲积物呢？
准确描述非均一性是个难以解决的问题，因此，地幔研究中往往都假设地幔是均一的。地幔实际不均一的程度、组分、体积等物理化学参数都没有办法定量确定，模拟也是数字游戏。整个地幔对流的数值模拟模型就是数值游戏。
波速域（ LLSVP）就是一种地幔不均匀现象， 除了原始不均一外，还有壳幔交换作用。
地球上两个地方波速域（LLSVP），一个是红海东非大裂谷区域，一个是东南太平洋区域吧。但为什么偏偏这两个地方出现？没有见到合理解释。也没有说明它们是什么地幔性质或者物质不均匀造成的。
这两个波速域（LLSVP）区域都是地球物理发现的，其实用不着地球物理，从地面观测或者地质推论就能确定，这两个区域就是地幔大面积上涌。他们说膨胀也行。但为什么呢？不一定是物质成分发生了变化，仅仅物质相态或者熔融组分变化也能产生地球物理异常。
所以建立在二维水平上的板块论是无法解释这些三维地球内部现象的。这就是为什么像膨胀论这类三维分析框架成为必要和希望的原因（这是膨胀论被重视的原因吧）。
拿不到样品不能准确确定化学成分，地球物理资料反演都是多解的，而且精度很低，反映物性不均一是可靠的，谈化学组成和运动学都是推测的，信度很低。D”层的分布意味着外地核可能都是不均一的。
地幔不均一性的认识主要来自玄武岩，其次是地幔包体。地幔包体的量不足以代表全部上地幔，玄武岩本身可以代表地幔物质的元素也就是同位素和不相容元素。由这些得出地幔其它元素也是不均一的。
全世界大洋中各处的洋岛玄武岩同位素成分很大的差异，确实说明至少上地幔成分很不均匀。
这一测量结果，支持了欧阳自远关于地球是星子堆积形成，但混合作用（或对流作用）很不彻底的认识。
显然，这一点不符合实际情况，地幔非均质性应该来源于地球自转形成的地幔物质新生与旧亡的循环过程，而这种过程是随机完成的，除了地幔内部物质之间的内部循环外，还与地幔与地壳之间的物质交换有关。
大洋洋岛玄武岩被认為來自上地幔，成分的差异同地幔对流是否存在，就发生了矛盾。认為月、地同源生成的一项证据是：月、地物质的氧同位素成份高度一致。
太阳系整体來自同一尘埃云。但太阳形成后，各行星的形成因离太阳远近不同而有气态行星与岩质行星的差别。
现有的共增生理论存在很多问题，在膨胀论的地月形成阶段可以解决。目前的问题主要就是“两张皮”，搞地学的不了解行星的形成过程，也不考虑在地球的形成过程中月球对地球的影响。而搞行星理论尤其是月球理论的，却很少关注地球的演化–尤其是地球的形成过程。
四种月球形成理论或假说中，目前主流的是“大撞击说”。
（转载自海天雨虹微信公众号《科学前沿思考未来》，略有修订）
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