板块的理论轨迹

板块运动伴随着纬度的变化。在已获得的各种地质动力学中,强中纬度力的主要控制因素是地球黄纬,板块在强中纬度力作用下黄纬的变化可以映射为地球纬度的变化。

地球运动的伸缩力公式的获得,使作者认识到地球绕银核的运动就是地球的伸缩过程。但是,强烈的中纬度力、潮汐力等。在地球公转期间,使作者完全有能力分析各种力下球形板块的运动。

无论是在地球的膨胀期,还是在地球的收缩期,只要地球的球体上有分离的板块,这个板块就会受到地质动力的影响,导致板块之间的迁移、相对运动,甚至是接触和碰撞。

两个相邻板块之间主要有三种关系。

——它们位于不同的地质动力作用带,受不同的地质动力作用影响。由于受力不同,或主要受力不同,或受力相同但参数不同,再加上两个板块的质量差异和两个板块的相对运动速度不同,导致板块之间的距离缩短,发生碰撞、挤压、折叠、推挤、折叠,或距离增大,逐渐远离。

——处于同一地质动力作用带,受到同样的力,由于板块质量不同,运动速率也不同。这样,相邻板块之间也会出现两种现象,即远离或靠近,直至成为山脉。

——位于同一地质动力作用带,受到同样的力,板块质量相似,运动速率相似。这样,两个相邻板块之间的相邻关系将长期保持不变。

大陆和大陆的关系有两种。

-它们位于不同的动态作用区。即使是在南北半球,理论上也是有可能相遇的。

-位于同一动态作用区。类似于上面提到的第二种和第三种情况。

每种情况都会导致地球膨胀期板块碰撞,收缩期板块远离的“不和谐”地质现象。

无论是陆块之间的相对迁移关系,还是陆块与洋壳之间的相对关系,都存在一个块体运动问题,是分析研究块体理论运行轨迹的前提。

设定问题的初始条件:地球表面有一个质量为m的块体。无论是在地球的膨胀期还是收缩期,都不受其他块体的影响(不考虑板块碰撞后的变化)。它总是在地球表面移动,没有自己的张力和裂缝问题。这是一个完全自由的块。

1.高纬度地区的板块迁移

高纬带是一个相对的概念,一般指地球纬度相对较高的区域。除非另有说明,本书中的高纬度是根据地质动力学中最大强中纬度力进行分区的结果,即地球纬度68° 27 ' ~ 90°的区域。

按照设定的条件,地球的球形板块在高纬度带(即极地带)的运动应该具有大气粒子的特征。

理论上,极板受到很强的中纬度力,这与大气粒子在极地受力后的运动和轨迹是一致的。有过杆和不过杆两种。

穿越极点的演技模式。板块在这种形式的力作用下的迁移轨迹在第五章第一节(大气的强中纬度力)已经阐述过了,即有两种情况:一种是越过极点后继续沿弧线向左(北半球)或向右(南半球)移动;一种是沿着弧线穿过极点,然后沿着对称的弧线返回。

但是波兰人的行为方式。在这种力的作用下,板块的迁移轨迹有八种理论模型(见本章相关内容)。

站在地球上的人会发现,板块在相对弱的强中纬度力的作用下,无论是否经过极点,都有可能从68° 27 '移动到90°,从90°移动到68° 27 '。如果板块是一个相对均匀的块体,其重心等于质心,那么板块将沿理论轨迹平行运动,否则,板块将沿理论轨迹旋转。

极区内板块的运动特征受到极区外板块运动特征的影响,也就是说,强中纬度力带内板块的运动可能会影响极区内板块的运动。如果地球倾角不变,中纬度强力作用带43° 06 '内及之后的板块运动将对极区运动产生影响。

因为强中纬度力随纬度呈正弦倍平方关系变化,当地球纬度大于68° 27 '时,力会加倍,随纬度增加而减小,而板块运动加速度随纬度增加而减小。

由于地球的自转轴是倾斜的,在强中纬力作用下的板块运行方向与地球自转方向的关系如图5-33a所示。强中纬力在极板上的大小在一天内是变化的。以地球纬度上一个质心为66° 33 '的板块为例,一天中纬度强力随时间变化的曲线如图5-33b所示。

图5-33高纬度地区球板块运动方向和力的关系示意图

图5-33b中不对称曲线的形成有两个原因:①因为极圈上的质点在0:00到12:00之间(夏季);②质点与黄道平面的夹角α由90°变为43° 06′,其中α= 45°约在11:53′(夏季)。

地球倾角形成的地球南北极关系,总是在地球轨道半径增大时,南极在更大的地方(轨道外),北极在更小的地方(轨道内)。这种特殊的构造关系就是北极相对活跃,南极相对稳定(角动量守恒)的原因。如果把地球的倾斜模式改为相反的方向,地球南北极的地理地质特征也会发生变化。

2.中纬度地区的板块迁移

中纬度带和高纬度带一样,是一个相对的概念,一般指地球纬度为21° 33′~ 68° 27′的地带,即中纬度力较强的地带。

中纬度地区的板块力包括强中纬度力和潮汐力。这里只研究受中纬强力作用的板块。

按照设定的条件,如果目标板遇到其他板,前者总是把后者压在下面。此时的目标板块就像海上的一艘船(因为只有现存的板块能提供证据,而消失的板块不能),不考虑板块与其他板块相遇后的反射和运行速度变化。那么,板块在这一带的运动完全类似于中纬度强力带的大气或海水的运动,只是运动物体的质量不同,导致了运动。

作用区内强中纬力的轨迹和方向如图5-34a所示。

图5-34中纬度地区板块的力和运动

综合分析结果:从图5-34a的角度可以看出,地球上强中纬力作用区内最大强中纬力的作用线是一条圆形轨迹线。这条轨迹线位于黄道面上下的地球中间(图中只画了北半球的一条),呈闭合环。黄道面上的观察者看到的这个圆是一条平行于黄道面的直线,而黄道面上的观察者看到的是一个完整的圆,视角为90°。地球的自转使得中纬度带的每一点都在24小时内通过圆两次。

地球的纬度和强中纬度力的作用线相交成X形。如果纬度固定,质点从A点出发,由南向北经过强中纬力作用线到68° 27 '(B点),然后由北向南运动,在地球背面再次经过纬度,然后回到A点,周期为24小时。如果最大强中纬度力的作用线固定,质点从c点出发,几个小时后经过E点(即最大强中纬度力的作用点)和D点(相当于夏季中午12:00)。数小时后,再次经过最大强中纬度力的作用点(两次相差约12小时),第二天在同一出发时间返回。

强中纬度力边界上的点一天只受到一次最大强中纬度力。

因为强中纬度力除了在南北半球黄道面和α= 90°处没有影响,在地球其他地方有影响。强中纬力作用区内某点的强中纬力与时间的关系曲线如图5-34b所示。这个图中的时间轴没有一天中具体小时的意义,只有时间间隔的作用。竖轴上最大的强中纬度力是固定的,根据板块质心所在的纬度换算成α得到最小值。

扣除所有阻碍板块迁移的因素后,板块在中纬度强力区的迁移轨迹如图5-35所示。

图5-35中纬度地区板块迁移轨迹示意图

板材如图5-35所示保持运动,总会有到达带边缘的时间(与其他作用区重叠)。此时,板块将受到双重力的作用,迁移轨迹将超过图5-35所示的形状。

3.低纬度地区的板块迁移

低纬带是指引导纬度21° 33 '和北纬21° 33 '之间的地带,也叫黄道交叉带(北回归线和南回归线之间的地带都是黄道交叉带,所以分带是考虑到中纬度势力较强)。

中纬度强作用力对低纬度的影响不容忽视。

图5-36a选取地球自转时强中纬度力作用下地球赤道南北的一点,图5-36b是这两点的F-t关系曲线。

从图5-36b可以看出,南北赤道板块的F-t曲线是不对称的,即黄道面以上的北赤道区域的板块振幅大于黄道面以后的,而南赤道区域的板块正好相反。这是站在一个角度,板块不受一个固定的强烈的中纬度力的影响。

图5-36低纬地区板块运动与强中纬度力的关系

如果板块A(或B)受到某种强烈的中纬度力,那么随着地球的自转,强烈的中纬度力会带着板块A(或B)穿过赤道。

如果黄道面上下有一条很强的中纬度力作用线,有一个固定值,如图5-37所示(为方便读图,位置略夸张),板块A在南半球开始受力,在一个固定力的作用下沿力作用轨迹前进,同时地球在自转;然后,A盘在1到达赤道,2: 00进入北半球(虽然A盘还在黄道面以下),3: 00切过黄道面(虽然A盘在南半球强中纬度力作用下到达北半球的纬度不变),4: 00进入北半球固定的强中纬度力线,5: 00完全离开南半球进入北半球。这种交换是可逆的(反向运动的简要分析)

图5-37中纬度强作用力下低纬地区A板块赤道运动分析。

4.其他人

关于板块运动的研究和讨论一直是热门话题。本文针对强中纬度力的应用,从一些新发现的地球动力学角度讨论了板块的运动轨迹。至于引潮力和胀缩力对板块的垂直作用,都属于以后要讨论的内容。