[科普中国]-放射性热融化假说

放射性热融化假说是威利斯(B. Willis,1938)提出的种假说,是一种关于侵入的和喷出的岩浆活动的理论。它主张由于放射性热使局部热融的岩浆体或熔融区域,都具有熔融、生长、迁移、冷却、固结、以及重熔的重复旋回。并认定热融岩浆体的活动,是抬升和沉降、造山、地震、以及变质作用等的原因。1

相关概念——地球内热作用说大部分地球动力学说都考虑到了地球内热的因素。人们几乎一致认为,由放射性元素蜕变等产生的地球内热,必定是构造动力的主要来源;但地球内热究竟是怎样起作用的,则是一个没有确定的问题。有几个地球动力学说是以地球内热为主要因素的,它们着重探讨了地球内热的作用问题。2

在19世纪前半期,莱伊尔(C. Lyell)就曾将地壳构造变动归因于“火成作用”,并推测由于岩石温度变化或化学变化引起的地壳局部膨胀和收缩,可能是地壳升降运动的动力原因;而火山和地震的主要起因,则认为是同地球内部的不同深处的热力发展和化学作用相关。2

在1923~1926年期间,约里(J.Joly)提出了“放射性旋回说”,首先应用已发现的放射性热源来解释大陆漂移和造山运动的周期性。约里认为,大陆块是大致为25~35公里厚的轻物质,漂浮在较致密的玄武岩质层之上;而这个具有放射性物质的玄武岩质层,形成洋底并位于大陆块之下。如果假定此层温度很高且接近于熔化状态,则只需少量的潜热就可以发生流动。据约里计算,从固体的玄武岩质层开始,约经25~35百万年就可使大陆之下的物质和洋底一定深度之下的物质,呈现熔融状态;此时,月球的潮汐力也发生显著作用,结果使得大陆被向西拉开而改变位置。造山运动的周期性或构造运动的旋回性,也被归因于地球内的放射性作用。由于地壳物质的热传导率低,地球内部所产生的放射性热便积聚在地壳下面,并且逐渐熔解地壳下面的物质;此时,地壳就会稍微下沉,接受沉积物而形成地槽。以后,则是一个通过洋底对流系统的冷却时期,此时地売之下的层次释放了足够热量之后再次固结,密度也增大;从而,大陆块便按地壳均衡原理上升,导致造山运动,使得在沉降时期积集起来的巨厚沉积层抬升起来形成巨大山脉。于是,地球表层的构造活动便进入长达几亿年的宁静时期。至此,从热积聚到热耗散的一次构造旋回也就告终结,新的旋回又从此开始。2

1938年,威利斯(B. Willis)曾提出“放射性热熔化说”。这主要是一种关于岩浆侵入和喷出活动的学说。这个学说主张,由于放射性热使局部热融的岩浆体或熔融区,都具有熔融、生长、迁移、冷却和固结、以及重熔的重复旋回性;并且认为热融岩浆体的活动是隆升和沉降、造山运动和地震活动、以及变质作用的原因。2

另有些人认为:造山运动的起因,是由于在不超过80公里地壳深度的地带内来自放射性蜕变的热,使岩石受热膨胀而形成上凸的透镜体,它使上覆地売发生拱形隆起;从而,使得接近地表的岩石中的构造变动,表现为造山运动。2

在对地球内部热体制的大量探讨中,还逐渐形成了“地球内部热机学说”。这个学说与地幔对流有密切联系,但是其力源主要是来自相变能,并与地球热传导有关。据据地慢对流说,地幔中有热不断向地壳底面附近传导和对流,使地壳底面的温度升高;据认为在约45公里处温度可达1000°C以上,使得那里的岩石处于固体与液体间的临界状态。由于地壳岩石的传热能力很差,因此地壳底面附近的热就可积储起来形成热区,使处于临界状态的岩石发生相变,并伴随着体积增大;同时,周围岩石又在阻止热区增加体积于是热区便以强大的扩张力和热应力推动地壳,导致地壳发生构造运动和地震活动。在这一阶段后,热区中的一部分岩浆物质侵入地壳构造运动时产生的裂缝中,减小了对热区的束缚力,使热区的体积得到伸张,温度也有所降低;由此,热区之上的地壳及附近的岩石,就不再承受强大的推力作用,构造运动和地震活动也就平息下来。这种过程往复循环进行下去,如同锅炉中的水加热煮沸而变为高温蒸汽,而后推动活塞运动的机制一样,因此被称为地球内部的热机学说。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所