第二节 构造力

地球表面基本形态的骨架，是由地球的内部构造力来决定的，在此骨架的基础上，加上各种外力的作用，才形成我们所看到的现实自然地理内容。在魏格纳的“大陆漂移说”提出之前，关于山脉形成的主要假说为“地球收缩说”。它假定地球原是一个炽热的火球，以后逐渐冷却，在此冷却过程中， 地球表面发生收缩，因而形成了褶皱的山脉。

但是用这个学说去解释阿尔卑斯山和喜马拉雅山的强烈褶皱时，立即发现了问题。在这里，地层的水平长度与皱缩前的长度相比，只有原先的四分之一到八分之一。按此计算，现在宽度为 150 公里的阿尔卑斯山，必定应由

原来长度达 600—1200 公里的地面皱缩而来。那么仅此一地的这种收缩，即意味着地球的周边应缩短 3％。此外，物理学上关于物质膨胀系数的测算表明，地表要达到这种程度的收缩，它的温度必须要比原来冷却 2400℃以上， 这与事实显然不符。加上现在普遍所持的观点是，由于地球内部放射性元素的蜕变，可以产生大量的热，那么地球似乎并不是如收缩说所认为的那样， 它是从炽热逐渐变为冷却的。

其后，根据重力测定的许多数据，一些人创设了“地壳均衡”的理论。这个理论通过所积累的各种地球物理证据以及可感地震的资料，得到了承认并不断完善。它认为：地壳是铺在地幔上的一个薄层，二者之间的界面称做“莫霍不连续界面”。1909 年南斯拉夫科学家莫霍洛维奇在研究巴尔干地震时发现，P 波的速度在地表下面几十公里处突然增加。这种速度的明显变化， 标志着在此处的物质组成必然有相应的变化，以后就称此界限为“莫霍界面”。在界面之上者称为地壳，其下为地幔。由于地幔在高温高压条件下， 形成类“液态”的软流层，而且其比重也明显大于地壳中的物质，所以可以看作由花岗岩和玄武岩为主要成分的地壳就浮在这个软流层上。这和铜块漂浮于水银槽中的现象十分相似，正如图 5．4 所示的那样。三个铜块的比重相同，底面积相同，但由于它们各自的重量不同，因此在水银槽中的表现也就不同，最重的铜块凸出水银面最高，同时它相应地在水银槽中沉降得也最深。

这种现象可以用阿基米德的浮力原理加以解释。浮力等于物体所排开的那一部分液体体积的重量。放在水银中的每一个铜块，一直下沉到浮力和铜块本身重量相等时为止，以此维持平衡。大陆块体就是根据同一原理漂浮在地幔软流层上，这就是地壳均衡的原理。

根据这个原理，地球表面上的山愈高，山根沉入的深度也就愈深，正如图 5．4B 所示的那样。能够说明地壳均衡的例子极多，最鲜明的莫过斯堪的纳维亚半岛的上升。至今，它们仍以每一百年几乎 1 米的速度上浮。这是用精密的大地测量得出的数值。约在一万年之前，大冰期结束时，这种上升就已开始。因为在冰期当中，本地区被厚达 2—3 公里的大陆冰块所覆盖，重量的加大，使这个半岛下沉了几百米。随着冰川的消融和退缩，依据浮力原理这块地体应该是逐渐上升的。事实确乎如此，由此例显示了地壳均衡学说的真确性。既然这种浮力可以使得陆块进行明显的垂直升降运动，那么根据同样的道理，如果有其它一种力加诸其上时，它不也可以进行水平运动吗？

就在地壳均衡理论的基础上，奥地利年青的科学家魏格纳创立了著名的大陆漂移说。经过几十年的争论后，逐渐演进到“海底扩张”和“板块构造” 学说。六十年代初，里斯和迪茨提出海底扩张的论点，他们认为软流层的物

质，从大洋的海岭处上涌，推着两侧原来表面的较老岩石向外扩张，从而形成新的海底，被推动的较老的岩石层在大洋的海沟处沉入地下，返回软流层， 形成了一个传送带似的对流循环。这个传送带的运动速度每年约为几个厘米，如此海底经过三、四亿年即可更新一次。这样的假说提出后不久，于 1967 年产生了目前已很著名的板块理论，并且相应地讨论了地壳运动的作用力问题。直到现在，这个学说距离完善还有一段艰难的路程，特别是对于引起运动的动力，争议最大，其它方面也存在不少问题，但是用它去解释地表面的变动状况，却具有相当令人信服的合理性。

我国卓越的科学家李四光，应用地球自转速率的变化，来解释形成地表面地势起伏骨架的原因。由放射性物质引起的地球内部热过程，可以使得地球内部的物质发生对流、分异和调整，与此相应的地球本身必然产生膨胀或收缩，其直接结果是：地球自转的速度相应地发生变化。他对此予以了特别的重视。我们知道，地球自转的角速度确实在发生变化，包含有长期变化、季节性变化和不规则变化，引起变化的最主要原因就在于地球内部。理论力学中一条基本的定理是角动量守恒定律，地球在绕轴旋转时，就遵守这个定律。

固体绕定轴旋转的角速度ω和固体对于定轴的转动惯量 I 之积保持常数，即

ωI=常数

ωI 的乘积就称为固体对于定轴的角动量。这样当地球的转动惯量加大时，相应的地球自转的角速度就变小，反之角速度就变大。这样，在全球性大规模地壳运动发生以前，地球自转角速度应该在一个时期中逐渐加大，而在其后，ω又显著的变小。这种作用产生了使地壳发生拗褶和褶皱的水平推力。这种力并不足以形成地表面所看到的起伏现状，它只不过显现出一种作用力的作用趋势，只有将它与前述的地壳均衡作用结合在一起，才能较好地去阐释地表的巨大起伏现象。

有关构造力的学说还有很多，但都没有把这个复杂而艰难的问题加以透辟的解决。只是构造力在自然地理面中所引起的地貌形态的基本轮廓，始终都在改变着所输入的能量和物质的再分配，这种再分配的状况，随着这种构造力的不断作用，经历着相应的变化，不断改换着物质能量交换的方式、方向和强度的“基础”，许多原来是低凹的接受沉积的地方，由于构造力作用变成高山时，不仅地体形态本身发生了变化，原来接受物质沉积的方式也变成了以风化剥蚀为主的方式，许多相伴随的过程也都作了相应的调整，以适合这种变化。整个地质历史中，反映这种变化的例子是不胜枚举的。