地球动力学与地幔对流
地球动力学将变形固体和流体的物理学应用于地球，解释了板块构造、地幔对流以及驱动造山运动、地震和火山活动的缓慢流动。
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Definition
地球动力学是研究驱动固体地球运动和变形的力与过程的学科，它将连续介质力学、流体动力学和热传输应用于板块构造和地幔对流等现象。
Scope
该领域涵盖了固体地球的动力学：作为地幔对流表面表现的板块构造、地幔的流变学和热对流、岩石圈的强度和变形，以及支配所有这些的应力、应变和热传输的连续介质力学。它探讨了驱动板块运动的力、地幔流动的模式和强度，以及地球热力学状态的长期演化。重点在于在地质时间尺度上移动和变形固体地球的物理过程。
Sub-topics
Core questions
- 什么力驱动板块运动？板块构造如何在球体上运作？
- 固体地幔如何对流？什么控制着其强度和模式？
- 岩石圈的强度和流变性如何影响变形？
- 应力、应变和热传输如何支配固体地球动力学？
Key concepts
- 板块构造与板块边界力
- 地幔对流与瑞利数
- 地幔和岩石圈流变学
- 应力、应变与连续介质力学
- 地球热演化
Key theories
- 板块构造
- 岩石圈被划分为刚性板块，这些板块在较弱的软流圈上移动，并在扩张脊、俯冲带和转换断层处相互作用；McKenzie和Parker证明了板块运动服从球体上的刚性旋转，统一了大陆漂移和海底扩张理论。
- 地幔热对流
- 地幔虽然是固体，但在地质时间尺度上会蠕变并对流以散发地球内部热量；对流强度由瑞利数（Rayleigh number）控制，它组织了驱动板块运动的上升流和下降流。
Clinical relevance
地球动力学为地震、火山活动、造山运动和自然资源分布提供了解释框架，并为长期灾害评估以及我们对地球和其他行星热演化和构造演化的理解提供了信息。
History
魏格纳于1912年提出了大陆漂移学说，霍姆斯则认为地幔对流是其驱动力，但直到20世纪60年代，McKenzie、Parker和Morgan的海底扩张和刚性板块运动学才确立了板块构造理论，此后定量地球动力学和地幔对流模型才日趋成熟。
Key figures
- Alfred Wegener
- Arthur Holmes
- Dan McKenzie
- Donald Turcotte
Related topics
Seminal works
- turcotte2014
- schubert2001
- mckenzie1967
Frequently asked questions
- 固体地幔如何流动和对流？
- 在数百万年的时间里，岩石通过晶体缺陷的缓慢迁移，表现得像一种黏度极高的流体，因此，尽管地幔在人类时间尺度上是固体，但在地质时间尺度上它会蠕变和对流，传输热量并驱动板块运动。
- 什么驱动了构造板块的运动？
- 板块主要由与地幔对流相关的力驱动，特别是冷而致密的俯冲板片下沉到地幔中的拉力，以及扩张脊处的推力，整个系统由地球内部热量的对流散发所组织。