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伍岳明专栏 >> 共旋引力波理论初探(第五章 “共旋引力波”在太阳系演化中的作用3)

伍岳明 (wuyueming001@hotmail.com) 2007.09

第三节 共旋梯力与地球的演化

伍岳明 曹明富合著 谨以此书献给2005——世界物理年!

地球的起源和演化与太阳系起源和演化有关。“共旋”理论认为:地月系起源于一次原始太阳星球靠近赤道面的熔融物质的电斥力抛射。原始太阳星球表面的自转线速度达到类似第一宇宙速度的环绕速度时。月球熔融物质先于地球熔融物质被甩出,但又未脱离地球母体,当偏离赤道面的地球熔融物质甩离原始太阳星球时,其初始位置即地球出生时熔融物质 “蝌蚪尾巴”的位置应在纬度30度左右(目前的西藏高原附近),巨大的电斥力使地球自转轴与黄道面成 66度33分的交角的同时,也将先行甩出在赤道面方向的月球熔融物质彻底断开。原始太阳星球的电斥力将地月系抛离太阳星球,带有相同性质电荷的地球熔融物质和月球熔融物质,它们间的电斥力又将月球抛离,完成角动量的转移,至今月球绕地球的轨道角动量还是地球自转角动量的六倍。

由于月球与地球几乎同时同地起源于原始太阳星球的电斥力抛射,而后月球熔融物质又被地球的电斥力抛射,因此月球的化学成份应与地球的地壳层相近,达尔文说月球是从地球上太平洋地带分裂出去的观点与“共旋”理论的电斥力抛射说相近。从取除地球的大气圈和水圈,裸露地球的岩石地壳也说明太平洋是世界上最大、最深、最古老的大洋,地球诞生之初,地球上泛古洋的体积,比当今太平洋要大十几倍与月球的体积相当,因此“共旋”理论认为太平洋洋盆是月球分裂出去以后留下的“疤痕”是有道理的。

原始地球胚胎诞生以后,它远离太阳星球,绕太阳在黄道面上旋转,又绕与黄道面成 60度33分的地轴旋转。由于地球出生时熔融物质 “蝌蚪尾巴”位置在纬度 30度左右的西藏高原附近,又月球分裂出去以后留下的太平洋洋盆“疤痕”,因此开始炽热的塑性地球并非球形,具有显著的不均匀性。在指向赤道面的共旋梯力 : 和指向地球自转轴的共旋梯力 :; 作用下较重物质向地球球心下沉,随地球的冷却成为今天的圈层结构和椭球状态。

地球的圈层结构大致可分为三层,由外到内依次是:地壳 (岩石圈)、地幔和地核;人们形象地把它比作鸡蛋:地壳 (或岩石圈)相当于蛋壳,地幔相当于蛋白;地核相当于蛋黄。

当代地质学家所论及的地球演化即大陆漂移、海底扩张和板块构造都是不同地质时代的具体地史过程,它绝不是随心所欲的“创世说”,也不是某些社会科学家和哲学家的所谓思辨研究,而是地球物理学家以及空间技术专家等把地球作为自然科学特定研究对象加以考察 的“观测地球”的观测结果。

“共旋”理论认为: 法国科学家科里奥利在 100余年前提出的科里奥利力,其实质就是指向赤道面的共旋梯力。( 5.5)式是单位质量物质在矢径方向的引力梯度:

;质量为 的物体,受到指向赤道面的共旋梯力为:

(5.16)

因地表物质的向心力与地球引力等效,故有: ;即:

代入(5.16)式,即有:

(5.17)

(5.17)式中 为科里奥利力,为地球的自转角速度, 为运动物体的质量,为地理纬度, 为运动物体在运动中指向地球赤道面方向的微小位移。 为单位距离的水平运动速度,运动速度越快的物体其移动的单位距离 也就越大,因此科里奥利力的公式为: ;该力(科里奥利力),也就是指向地球赤道面的共旋梯力,它在地球演化中起到重要的作用。

众所周知,科里奥利力是使地球上的运动物体在北半球向右偏转、在南半球向左偏转的力。科里奥利力起作用的是使地球上的运动物体发生偏转。在地球演化的过程中,随着地球的冷却,在冷缩过程及较重物质向地球球心下沉过程中,某些物质相对地球作运动,肯定受到科里奥利力,即共旋梯力的作用。这样地壳层发生的大陆漂移、板块运动也就好理解了。

地表的基本轮廓可以明显地分为两大部分,即大陆和大洋盆地。大陆是地球表面上的高地,大洋盆地是相对低洼的区域,它为巨量的海水所充填。大陆和大洋盆地共同构成了地球岩石圈的基本组成部分。因此,岩石圈的演化问题,也就是大陆和大洋盆地的构造演化问题。

现在,绝大部分地球科学家都确认大陆漂移现象,并一致认为地球上海洋与陆地的结构分布和变化与大陆漂移运动直接相关。比较坚硬的地球岩石圈板块作为一个单元在其之下的地球软流圈上运动;由于岩石圈板块的相对运动,导致了大陆漂移,并形成了今天地球上的海洋和陆地的分布。地球岩石圈可分为大洋岩石圈和大陆岩石圈,总体上,前者的厚度是后者的一半,其中大洋岩石圈厚度很不均匀,最厚处可达 80公里。

大部分大型的地球板块由大陆岩石圈和大洋岩石圈组成,但面积巨大的太平洋板块由单一的大洋岩石圈构成。地球上陆地面积约占整个地球面积的 30%,其中约70%的陆地分布在北半球,并且位于近赤道和北半球中纬度地区,“共旋引力波”理论认为这很可能与地球自转引起的大陆岩块的惯性运动和地球引力波的“共旋梯力”和“共旋力矩”作用有关。

在地球内部,地球引力波由地球自转轴中心向四周发出后 , 对地壳层质点的引力梯度(单位径向距离的力的大小)是与质点所处的位置(如纬度等)有关的。也会有指向地球赤道面的分引力梯度产生一个指向地球赤道面的共旋梯力 :;该共旋梯力会产生一个使地壳层质点进动的共旋力矩 :

同时也有一个指向地球自转轴的分引力梯度,产生指向地球自转轴的共旋梯力 :

;该力会产生一个使地壳层质点逆进动的共旋力矩 ,其值为: 。共旋梯力使地壳层质点总进动的共旋力矩为 :

笔者认为该共旋力矩可能是板块运动的驱动力源。据计算地壳层一定质量的物体指向地球赤道面的共旋梯力在赤道面上最小,在纬度 30度左右有一个较大的变化梯度;地壳层一定质量的物体指向地球自转轴的共旋梯力在赤道面上最大(是引力),在纬度 30度左右也有一个较大的变化梯度。在纬度30度附近共旋梯力和共旋梯力矩随物体质量的加大而快速加大,地球上神秘的 30度之谜可能与此有关。

如若地球是一个均匀的圆球刚体,地球内部物质所受到的共旋梯力和共旋梯力矩是均匀的。显示不出共旋梯力的存在。实际地球上有高山,有海沟,很不均匀。在地球匀速自转时,共旋梯力和共旋梯力矩表现不明显。但当自转速度突变时,由于惯性的作用,共旋梯力和共旋梯力矩会充分表现出来,尤如你坐在火车或公共汽车上,如果这时司机突然急刹车,你的身体由于惯性会猛地向前倾倒。在纬度 30度附近的西藏高原,据考证在不断升高,笔者认为其机理就是来于惯性力和共旋梯力及共旋梯力矩的联合作用。在纬度 30度附近共旋梯力和共旋梯力矩随物体质量的加大而快速加大,巨大质量的欧亚板块如若遇到地球自转突变(驺仃)时,由于巨大惯性的作用,会猛地向前倾倒,而此时位于赤道区的印度板块受指向地球自转轴的共旋梯力作用下向地球深处运动,就会插入向前倾倒的欧亚板块之下,而巨大质量的欧亚板块又在指向地球赤道面的共旋梯力的作用下向南运动,与印度板块相撞,这样就造成板块挤压,使西藏高原升高。

在全球范围内,分布在大陆附近的大陆壳岛屿几乎全部位于大陆的东海岸一侧,个别一些大陆东部边缘,则被一连串的大陆壳岛屿构成的花彩状岛群所环绕,形成了显著的向东凸出的岛弧。这种全球大陆壳岛屿的分布特征,也可以用地球向东旋转,当地球自转突变,在惯性和共旋梯力的联合作用理论来加以解释。大陆壳岛屿是地球自转突变(驺仃)时,由于巨大惯性的作用猛地向前俯冲留存的结果。

长期以来,人们就注意到地表上的某些大陆构造能够拼合在一起,这就好像是一个拼板玩具,特别是非洲的西海岸与南美洲的东海岸之间的吻合性最为明显。这种现象“共旋”理论是这样解释的,认为是大洋岩石圈板块的破裂缝隙处,被上升的含铁镍重金属元素的地幔高温物质所充填。当它们冷却时,一方面会被地球磁场所磁化,另一方面会受热胀冷缩原理所支配,海洋深处的高温充填物质遇冷收缩,所在板块破裂处又会出现裂缝,被地球磁场磁化过的板块裂缝,好比二条平行的条型磁铁,同性相斥的磁斥力是与相隔距离平方成反比,裂缝越小,磁斥力越大,裂缝又会加宽。裂缝处又被上升的地幔高温物质所充填。循环反复,形成了海底扩张和大陆漂移。

我们的地球演化史中,又有多次磁极的倒转,富含重金属物质的大洋岩石圈和大陆岩石圈,它们不光受到重力、共旋梯力、向心力及惯性力的作用,还会受到地球电场、带电地核转动形成的磁场作用,而且受地球电磁场作用的洛伦兹力 会更大。这就是关于杜托特提出的现今的大陆是由北半球的劳亚古陆和南极洲附近的冈瓦纳古陆的破裂后漂移形成的机理。

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