1．4 板块构造的驱动机制和超级地幔柱学说

    目前我们还不能十分确切地解决板块运动的动力问题，“国际地质力学计划”组织了数千名科学家探索板块运动的原因。现在我们所能知道的仅仅是反映板块扩张的大洋中脊和反映板块俯冲的海沟-岛弧系统的存在。地幔对流也已被地球物理资料所证实，所以地质学家根据已知的地幔对流来描述板块构造驱动的机制。

    （1）地幔对流模型

    科学家用实验室来模拟地幔的动力过程。他们把染色的水放入装满高密度、高粘度的葡萄糖浆容器，然后在底部缓慢地加热。这时在糖浆中开始出现上升的水柱，水柱细长，水柱的顶部则出现球形的冠顶。与此相应，在容器周边部分形成方向相反的下降流，形成一种自然对流循环。后来有些学者又用不同粘度的油、甘油、糖浆做了类似的模拟试验，而得出与前者相同的结果。事实上我们在日常生活中烧开一锅水或粥时，都可以看到这种现象。学者们分析认为热扰动可以使下地幔底层物质粘度降低，流动性增强，在热梯度的驱动下，所有受热扰动作用的高温低粘度物质向热边界层最低处汇集，然后随着温度升高而形成地幔上升热流。

    许多学者把地幔对流与岩石圈板块构造运动联系起来，描绘出简单的地球动力学模型（图5-11）。

    （2）从大洋火山岛到超级热地幔柱

    位于太平洋中北部的夏威夷海岭是一个无震洋脊，除夏威夷岛因火山活动发生地震外，这个岛链基本上不发生地震而有别于发生海底扩张的多震的大洋中脊。摩根（J．Morgan）和威尔逊（J．T．Wilson）最早提出热点这个概念来解释无震脊上的火山中心，认为热点即是来自地幔深部上升的热物质喷射到地表的表现。据认为柱状热流在地幔中的位置是固定的，当岩石圈板块在热点上移过时，就留下了一个年龄逐渐由老变新的火山链。如夏威夷岛是现在正在喷发的活火山，其西西北方向的一系列火山岛屿年龄逐渐变老，至夏威夷海岭西端的中途岛是27.2×106年前的火山。再向西北的皇帝海山链，突然改变为北北西方向，最南端火山岛的年龄是48.1×106年，到皇帝海山链北端的火山岛年龄是75×106年。太平洋中与此相同的还有托摩图和澳斯特征尔岛链，这三个相互平的火山岛链，都表明了太平洋板块沿着同一方向运动。4×107年前岛链的转折部分记录了板块运动方向的突变（图5-12）。

    显然，大洋火山岛下的热点是一种位置相对固定、而且深度很大的点状热地幔柱，与引起板块构造扩张的线状大洋中脊、深度较浅的地幔热流性质不同。　

    近年日本学者丸山茂德（1994）通过地震波层析成像技术得到整个地幔内部结构图像。图像显示岩石圈下插板块一直可以沉降到670km深的上、下地幔边界，下插板块滞留于这个边界之上，并被软化、流动，当滞留板块积累到一个临界量之后，就会塌落（拆沉）到下地幔。为了填补因塌落而形成的“空间”，可以促进下地幔底部产生向上运动的热地幔柱。因此滞留板块塌落与热地幔柱上升必然成对出现。并把塌落的滞留板块称为“冷幔柱”，上升地幔物质称为“热幔柱”。丸山茂德认为现在地球是由亚洲大陆之下的下降的超级冷幔柱以及位于南太平洋和南非之下的两个上升的超级热幔柱制约的（图5-13）。

    科学家们认为这种大型地幔柱热扰动的热源即来自核-幔边界的不均匀加热作用。外地核的温度可达3800K左右，而地幔底部的温度仅3000K左右，相差达800K。地核不断地通过地幔柱释放出热量。

    地幔柱的上升速度是非常缓慢的。有些学者通过模拟试验认为，从核-幔边界（约2900km深处）附近的下地幔底部D″层物质穿过整个地幔上升到地表大约需要100×106年。

    据人造卫星所测得的数据分析，已确定20个不同规模地幔热柱的位置。地幔热柱与板块运动，这整个过程来自地球内部的热动力，因而又称为地球内部的热引擎。

    因此，近年地质学家中提出了地幔中可能存在不同深度层次和不同规模的热流现象。传统线状地幔对流诱发的板块构造运动仍然存在，但超出原有板块构造模式的巨型“热地幔柱”和“冷地幔柱”也是地球动力演化中的重大因素，在地质历史重大转折期的地球整体事件中可能起了更为关键的作用（图5-14）。