2017, Vol. 37
地球上大陆、海洋的分布有明显的对称特征[1]。地球一侧如为大陆，与其对应的另一侧一定为海洋。北冰洋与南极大陆对称分布(图 1(a)); 北大西洋与澳洲大陆对称分布(图 1(b)); 印度洋与北美大陆对称分布(图 1(c)); 南太平洋与欧亚大陆对称分布(图 1(d))；如果将南美大陆东移与非洲大陆合并为一个大陆，合并后的大陆正好与北太平洋对应。
|
图 1 海洋、大陆对称分布示意图 Fig. 1 Sketch map of marine and continental symmetrical distribution |
造成大陆、海洋对称分布的主要因素是地球特定的圈层结构。从地表至地下100 km为岩石圈，岩石圈涵盖了地壳和上地幔顶部(图 2)。其中从地表到莫霍面为地壳[2]，海洋处地壳平均厚度6 km，大陆处地壳平均厚度35 km，地壳全部由固态岩石构成[2]。上地幔顶部也为固态岩石。在上地幔近顶部深约100~150 km范围内地震波速减低，称为低速带[2]。由于此带内温度接近岩石熔点，加大了岩石的塑性，增加了岩石的活动性。地震横波在低速带内部分区域消失，表明其岩石温度已达到熔点变为岩浆，活动性更大。由于低速带活动性的加大，为其上部岩石圈移动提供了有利的地质条件。构造地质学中把低速带叫作软流层。从软流层底部至古登堡面涵盖了地幔的95%，约2 800 km厚，全为固态物质。从古登堡面到地球中心点为地核，地核包括外核、内核。外核为液态不传播地震横波，内核又测到地震横波为固态[2]。
|
图 2 地壳、岩石圈、软流层、上地幔结构示意图[2] Fig. 2 Schematic diagram of the crust, lithosphere, asthenosphere, upper mantle structure[2] |
关于大陆、海洋的形成，前人提出过很多假说，如陆壳由小变大逐渐增长说、洋壳新陈代谢不断更新说等[3]。根据大陆、海洋分布的对称特征，从大陆、海洋形成所需物质、物质运移通道、物质运移能量3大要素分析，认为大陆、海洋的形成分3个阶段：1)由于热量聚集，造成物质体积膨胀抬升了岩石圈，大陆形成；2)由于能量聚集区体积的增加形成低密度区；3)在相对负压力作用下，低密度区吸纳周边物质，使其地球对称面软流层内的物质减少，造成地壳下塌形成海洋。
2.1 岩石圈抬升、大陆的形成[1]地核、地幔产生的热量从深部向浅部传导或放射性元素的辐射等地质作用产生的热量使软流层、岩石圈某区域温度不断升高形成一个能量聚集区。随着温度的上升，聚集区内物质的体积逐步膨胀。物质体积的增大，对其周围物质必然产生一种挤压作用(图 3).聚集区底部和四周为封闭空间，挤压作用产生的压力集中向聚集区上部释放，将聚集区上部的岩石圈抬升，经过长期的抬升，岩石圈露出海面形成大陆，如青藏高原。
|
图 3 大陆形成示意图 Fig. 3 Schmatic diagram of the mainland forms |
物质体积的增加，吸收了来自地球深部或放射性元素产生的热量，当热量被物质体积的增加消耗殆尽，能量聚集区内物质的体积不再膨胀，岩石圈停止上升。物质的膨胀必然造成物质密度的降低，形成相对低密度区(图 4)。通过地壳抬升形成的青藏高原其深部就是一个低密度区[4-5]。
|
图 4 低密度区形成示意图 Fig. 4 Schematic diagram of the low density area forms |
随着低密度区内能力耗尽，其温度必然降低，导致低密度区内压力相对周边区域呈相对负压，即低密度区内压力低于周边区域的压力。由于物质具有从高压区向低压区运动的特性，低密度区周围相对高密度、高压的物质必然涌向低密度区。由于刚性固体岩石的移动能力远低于塑性的软流层，软流层成为外部物质涌向低密度区的主要来源与通道。最靠近低密度区的软流层物质首先向低密度区涌入，后面的物质紧跟着向前充填，接着更远的物质又填补上来，如此不断地传导下去。由于地球是圆的，传导填补过程最终结束于低密度区地球另一侧的软流层，造成地球另一侧软流层内物质的减少。软流层内物质的减少导致上部岩石圈凹陷形成海洋(图 5)。上述为海洋与大陆形成的基本流程及对称性分布的内在因素。
|
图 5 物质运移、海洋形成示意图 Fig. 5 Schematic diagram of material migration and sea forms |
从地球上大陆、海洋分布对称性形成机理可以得出，形成大陆、海洋分布对称性的主要因素为地球外部岩石圈-软流圈-地幔固态层构成的特殊圈层结构。没有软流层就没有大陆、海洋形成所需物质的运移通道。没有外部岩石圈和内部地幔固体层，同样构不成封闭的软流层，就无法将物质从地球的一侧转移到与其对称的另一侧，大陆、海洋的分布就不会对称。因此，在一个天体上，大陆、海洋的分布如有对称性，必须具备从外至内的“外部岩石圈-中间软流圈-底部固态内核”这样的基本圈层结构[7]。
3 火星大陆、海洋分布的对称性及基本圈层结构根据Google Earth提供的火星地表高程数据，以零等高线为界将火星表面分成大陆、海洋两种基本地形单元，标高大于0的区域称为大陆，标高小于0的区域称为海洋，如图 6。
|
图 6 火星大陆、海洋分布示意图 Fig. 6 Schematic diagram of continents and oceans on the Mars |
从图 6可见，火星的南半球为大陆、北半球为海洋，在北半球的W135°~W80°、N0°~ N60°范围内有一半岛(暂时称为1号半岛)，在南半球的E40°~E90°、S25°~S70°范围内为一内陆海(暂时称为1号内陆海)。即大范围的南半球大陆与北半球海洋对称，小规模的位于北半球的1号半岛与位于南半球的1号内陆海对称。火星上大陆、海洋的分布完全显现出对称状态。
根据前述，火星上大陆、海洋呈对称分布，必定也具备“外部岩石圈-中间软流层-底部固态内核”的结构形式(图 7)。至于岩石圈、软流圈、固态内核的厚度和成分，还有待进一步论证。
|
图 7 火星圈层结构示意图 Fig. 7 Schematic diagram of inner sphere and layer structure of the Mars |
推测火星上大陆、海洋的形成分两个阶段：第一阶段为南半球大陆和北半球海洋的形成，是火星上大陆、海洋形成的主要阶段；第二阶段为1号半岛和1号内陆海的形成，是在南半球大陆和北半球海洋形成后的一个次级造陆、造海阶段。
4 结语星体上大陆、海洋的分布特征能反映出星体的内部结构，应用星体的大陆、海洋分布特征可以推断星体的结构。地球上的大陆、海洋呈对称分布，是因其具有“外部岩石圈-中间软流层-底部固态内核”特定的结构形式。火星上大陆、海洋同样具有对称分布特征，也必定具有“外部岩石圈-软流层-固态内核”的结构形式。
本文只是从理论上对火星结构进行推断，仅作为一种假说在学术上进行讨论。
| [1] |
随启发. 大陆、海洋分布的对称性及成因探讨[J]. 华南地质与矿产, 2007(3): 75-78 (Sui Qifa. The Discussion of Mainland, Sea Distribution Symmetry and Origin[J]. Geology and Mineral Resources of Southern China, 2007(3): 75-78 DOI:10.3969/j.issn.1007-3701.2007.03.013)
(  0) |
| [2] |
李叔达. 动力地质学原理[M]. 北京: 地质出版社, 1982 (Li Shuda. Principles of Dynamic Geology[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1982)
( 0) |
| [3] |
戴问天. 地质基础[M]. 北京: 地质出版社, 1987 (Dan Wentian. Geological Foundation[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1987)
( 0) |
| [4] |
丁国瑜, 蔡文伯, 于品清, 等. 中国岩石圈动力学概论[M]. 北京: 地震出版社, 1991 (Ding Guoyu, Cai Wenbo, Yu Pinqing, et al. An Introduction to Lithospheric Dynamics in China[M]. Beijing: Seismological Press, 1991)
( 0) |
| [5] |
Родников А Г, 魏斯禹.太平洋边缘地带的地壳结构和软流圈的关系[J].地球物理学进展, 1987, 2(2): 23-29(Родников А Г, http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQWJ198702003.htm
( 0) |
| [6] |
王志培. 软流圈气体压力和洋块自重驱动海底扩张[J]. 大地测量与地球动力学, 1995, 15(1): 86-93 (Wang Zhipei. Soft Flow Loop Gas Pressure and Ocean Mass Gravity Driven Submarine Expansion[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 1995, 15(1): 86-93)
( 0) |
| [7] |
蔡学林, 朱介寿, 曹家敏, 等. 中国及邻近陆海地区软流圈三维结构及其与岩石圈的相互作用[J]. 中国地质, 2006, 33(4): 804-815 (Cai Xuelin, Zhu Jieshou, Cao Jiamin, et al. The Interaction of China and Adjacent Land and Sea Areas of Asthenosphere and Lithosphere and Its Three-Dimensional Structure[J]. Geology in China, 2006, 33(4): 804-815 DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2006.04.010)
( 0) |
| [12] |
Wei Sili. The Relationship between Crustal Structure and Soft Flow in the Pacific Rim[J]. Progress in Geophysics, 1987, 2(2): 23-29
( 0) |