板块构造与地幔动力学

地球坚硬的外壳分裂成板块，这些板块在地幔对流之上移动，在洋脊、海沟和转换断层处相互作用，从而产生地球上大部分的地震、火山活动和造山运动。

Definition

板块构造理论认为，地球岩石圈被划分为若干刚性板块，这些板块在软流圈上相互移动，变形集中在它们的边界处，其驱动力来源于地幔对流。

Scope

本主题涵盖板块构造理论及其与地幔动力学的联系：球体上刚性板块运动的运动学、三种边界类型（离散型、汇聚型和转换型）、海底扩张和俯冲，以及欧拉极描述的相对板块运动。它探讨了驱动板块的力，特别是板片拉力和洋脊推力，海洋开合的威尔逊旋回，以及地表板块运动与下方地幔流之间的联系。重点在于板块运动的运动学和动力学。

Core questions

• 如何从运动学角度描述球体上刚性板块的运动？
• 离散型、汇聚型和转换型板块边界处会发生哪些过程？
• 哪些力驱动板块运动？板片拉力与洋脊推力相比，哪个更重要？
• 地表板块运动与地幔对流有何关系？

Key concepts

• 岩石圈板块和软流圈
• 离散型、汇聚型和转换型边界
• 海底扩张和俯冲
• 欧拉极和相对板块运动
• 板片拉力、洋脊推力和威尔逊旋回

Key theories

球体上的刚性板块运动学

麦肯齐和帕克，以及独立的摩根，表明板块运动可以描述为围绕球体上欧拉极的刚性旋转，提供了一个精确的运动学框架，将海底扩张、转换断层和大陆漂移统一到板块构造理论中。

板片拉力与板块驱动力

对大多数板块而言，主要作用力是寒冷、致密俯冲板片的重力拉力，辅以隆起扩张中心产生的洋脊推力，将板块运动与地幔对流的下降流结合起来。

Mechanisms

新的岩石圈在中洋脊形成并扩张，随着时间的推移冷却和增厚，直到密度足够大，在俯冲带下沉；下沉板片的负浮力拉动后随的板块，而隆起的洋脊从后方推动，这些力与粘性地幔流耦合，设定了板块速度，变形和地震活动集中在刚性板块内部之间的边界处。

Clinical relevance

板块构造解释了地震、火山和山脉的全球分布，构成了长期的地震和火山灾害框架，并解释了许多矿产、油气和地热资源的位置。

History

在魏格纳的大陆漂移说和赫斯的海底扩张说的基础上，20世纪60年代中期，威尔逊对转换断层的认识以及麦肯齐、帕克、摩根和勒皮雄对刚性板块的阐述，在短短几年内确立了板块构造理论，成为固体地球的统一理论。

Key figures

• Dan McKenzie
• Jason Morgan
• John Tuzo Wilson
• Xavier Le Pichon

Seminal works

• mckenzie1967
• morgan1968
• turcotte2014

Frequently asked questions

板块边界主要有哪三种类型？

离散型边界，板块在此处分离并形成新地壳，如中洋脊；汇聚型边界，板块在此处碰撞，其中一个可能俯冲到另一个之下；以及转换型边界，板块在此处水平滑动，如圣安德烈亚斯断层沿线。

为什么大多数地震发生在板块边界？

板块内部相对刚性，几乎作为一个整体移动，因此相对运动主要在其边缘处得到调节，应力在此处积累并以地震形式释放；这使得地震活动集中在追踪板块边界的狭窄地带。