第一节 地幔对流
地震和火山爆发属于两种不同性质的地质活动，它们是如何形成的呢？笔者研究认为，地震和火山活动具有同源性，它们的形成同时与两种因素有关：一是地壳的板块运动，为地震和火山的形成创造了地质条件；二是地幔对流对地壳岩石层产生的作用，为地震和火山爆发提供了动力源。
地球内部存在着流体物质的运动，地面以下是一层70—150公里厚的既坚硬又寒冷的岩石圈，在岩石圈下面则是软流圈，又称软流层。软流圈厚550—620公里，具有塑性，内部温度很高。科学家们认为，软流圈中的地幔物质由于部分熔融而具有流体性质，这些流体性物质——岩浆在地幔中发生着对流循环。但是，软流圈中的流体物质为什么会发生对流，科学家们至今也没有找到原因。
早在19世纪，就有地质学家提出地幔对流的观点，20世纪60年代，这一观点为地质学界普遍所接受，并被纳入板块构造学中，成为海底扩张、板块移动的重要机制。
早期的地幔对流说认为，由于地幔内部存在密度和温度的差异，导致地幔物质发生了流动。地幔对流是一个局部环流系统，在地幔的加热中心，物质变轻，缓慢上升，到软流圈顶转为反向的平流，平流一定距离后与另一相向平流相遇而成为下降流，继而又在深处相背平流到上升流的底部，补充上升流，从而形成一个环形对流体。在上升流处形成洋中脊，下降流处造成板块间的俯冲和大陆碰撞。地幔对流是一个复杂的系统，它既是一种热传导方式，又是一种物质流的运动。地幔对流是在缓慢的进行的，对流活动的时间可达几千万年，甚至几亿年。[3]
地幔对流说在地质学中占有重要地位，它和大陆漂移说、海底扩张说一起构建了大陆板块构造学理论。板块构造学说认为，相对刚性的板块块体漂移在上地幔的塑性软流层上，因地幔流对流、海底扩张的驱动，各自作大规模的水平运动。板块在大洋中脊处分离和增生，在海沟处俯冲和消减，如此周而复始，循环往复。板块内部相对稳定，其周围边界是岩石圈较为活动的地带，地震、火山和断裂等活动比较活跃。
与早期地幔对流说观点不同，笔者研究认为，软流圈中流体物质的对流起源于地球的自转运动，与地幔物质的热量交换无关。
地球是太阳系的一颗行星，与一般物体的旋转不同，受天文因素影响，它的自转具有以下特征：
（1）地球的自转运动，存在着内外不同步性。地球的结构从里到外分为：地核、地幔和地壳，地壳和地核是固态的，中间地幔是液态的。就是说，地球并不是一个固态实体，而是固态的地核悬浮在液态的地幔之中。人们不禁要问，在地球自转过程中，悬浮的地核是否会与整个地球的自转保持同步呢？答案是否定的。地质学家通过地震波探测发现，地球内外的自转速度是不一样的，地核的转速快，外球的转速慢。哥伦比亚大学的科学家们估计，内陆核自由旋转角速度每年约为0.4～1.8弧度，即内核赤道每年比地壳赤道多旋转19.31米，每400年左右完成一个重叠周期。而哈佛大学研究小组组长德兹文斯基博士的研究结果是，内核每年的旋转角速度为3弧度，每过100年与地转重叠一次，比前者快得多。[4]
（2）地球的自转速度是变化的，一直处在减速状态。在地球的长期演化过程中，由于地球不断地向月球传输自转角动量，因而，地球的自转速度在不断地减小，自转周期在不断地增长。据推算，在5、6亿年前，地球的自转周期仅为15～18小时，3亿年前，地球自转周期约为22小时，而现在地球的自转周期为每天的24小时。[5]
地球自转运动遵循圆周运动规律，适用于公式：F=mV2/R，这一公式表示，在向心力不变的情况下，物体的运动速度平方与轨道半径成正比，运动速度越大，轨道半径就越大，反之亦然。
现以地球表面的海水为例，对地球自转速度变化所产生的运动效应，进行模拟和说明。
海水随地球自转一起做围绕地轴旋转的圆周运动，运动轨道为海水所在位置的纬度圈，向心力由重力的分量提供，是一个常量；因此，在不考虑其他因素的情况下，海平面应该是静止的，海水不会发生水平流动。假设地球自转是变化的，根据圆周运动规律，当地球自转加速时，海水的圆周运动轨道半径增大；这时，海水就会由高纬度区向低纬度区方向流动，在赤道带上聚集起来，海平面升高，称加速运动效应。当地球自转减速时，海水的圆周运动轨道半径减小；这时，海水就会由低纬度区向高纬度区方向流动，赤道带上的海水消退下去，海平面下降，称减速运动效应。就是说，如果地球自转速度是变化的，那么，地球表面的海水就会发生跨纬度流动；加之地球自转偏向力作用，其运动轨迹是一条弧形曲线。
地幔分为上地幔和下地幔两层，软流圈位于上地幔的上部，下地幔靠近地核。根据地球自转变化效应原理推断，上、下地幔层中的流体物质将分别产生以下运动效应：
（1）由于地核自转速度较快，且地核与地幔流体物质之间存在着较强的粘合作用，因而，地核将带动下地幔流体物质一起运动，产生加速运动效应。具体地说，下地幔的流体物质将由高纬度区流向低纬度区，在赤道带上聚集隆起，势能增大。
（2）从数亿万年前开始，地球的自转就处在减速状态，因而，上地幔中的流体物质将产生减速运动效应。具体地说，上地幔（软流圈）中的流体物质将由赤道、低纬度区流向高纬度区；聚集在赤道带上的流体物质，势能转换为动能，消退下去；之后，这部分流体物质在高纬度区下沉，回流到地球内部。至此，地幔层中的流体物质完成了一次对流循环。
总之，在地球自转运动效应的作用下，致使下地幔流体物质由高纬度区流向赤道、低纬度区，上地幔流体物质由赤道、低纬度区流向高纬度区。上、下地幔流体物质运动相互衔接，组成了一个环形回路，实现了自下而上的对流循环。与早期地幔对流说的局部环流系统不同，这一环流机制构建的是一个全球性的地幔环流系统，简称全地幔环流。全地幔环流具有可持续性和周期性，与大气环流运动相类似，都属于流体在地球经向方向的循环运动。不同的是，大气经向循环有三个环流圈：低纬环流、中纬环流和高纬环流，而全地幔环流只有一个环流圈。
需要指出，在全地幔环流背景下，软流圈中的流体物质由赤道、低纬度区流向高纬度区，这种单一的运动模式，势必给板块构造理论带来困难。因为按照海底扩张说的观点，地幔软流层物质像履带一样驮着板块漂移，板块的移动方向与地幔环流方向相一致，板块相对于地幔流体物质运动属于从动关系。如果说软流圈中的流体物质运动，只是由赤道、低纬度区流向高纬度区，那么，板块就应该从赤道分裂，并向南、北两极方向移动。从全球板块运动的历史演变来看，并没有出现这种运动方式，否则无法形成全球六大板块的布局。一种合理解释是，软流圈中的流体物质对板块的作用较弱，不足以拖动板块移动，需要寻找新的动力源。