地震和火山爆發(fā)屬于兩種不同性質的地質活動，它們是如何形成的呢？筆者研究認為，地震和火山活動具有同源性，它們的形成同時與兩種因素有關：一是地殼的板塊運動，為地震和火山的形成創(chuàng)造了地質條件；二是地幔對流對地殼巖石層產(chǎn)生的作用，為地震和火山爆發(fā)提供了動力源。

地球內(nèi)部存在著流體物質的運動，地面以下是一層70—150公里厚的既堅硬又寒冷的巖石圈，在巖石圈下面則是軟流圈，又稱軟流層。軟流圈厚550—620公里，具有塑性，內(nèi)部溫度很高?？茖W家們認為，軟流圈中的地幔物質由于部分熔融而具有流體性質，這些流體性物質——巖漿在地幔中發(fā)生著對流循環(huán)。但是，軟流圈中的流體物質為什么會發(fā)生對流，科學家們至今也沒有找到原因。

       早在19世紀，就有地質學家提出地幔對流的觀點，20世紀60年代，這一觀點為地質學界普遍所接受，并被納入板塊構造學中，成為海底擴張、板塊移動的重要機制。

       早期的地幔對流說認為，由于地幔內(nèi)部存在密度和溫度的差異，導致地幔物質發(fā)生了流動。地幔對流是一個局部環(huán)流系統(tǒng)，在地幔的加熱中心，物質變輕，緩慢上升，到軟流圈頂轉為反向的平流，平流一定距離后與另一相向平流相遇而成為下降流，繼而又在深處相背平流到上升流的底部，補充上升流，從而形成一個環(huán)形對流體。在上升流處形成洋中脊，下降流處造成板塊間的俯沖和大陸碰撞。地幔對流是一個復雜的系統(tǒng)，它既是一種熱傳導方式，又是一種物質流的運動。地幔對流是在緩慢的進行的，對流活動的時間可達幾千萬年，甚至幾億年。[3]

     地幔對流說在地質學中占有重要地位，它和大陸漂移說、海底擴張說一起構建了大陸板塊構造學理論。板塊構造學說認為，相對剛性的板塊塊體漂移在上地幔的塑性軟流層上，因地幔流對流、海底擴張的驅動，各自作大規(guī)模的水平運動。板塊在大洋中脊處分離和增生，在海溝處俯沖和消減，如此周而復始，循環(huán)往復。板塊內(nèi)部相對穩(wěn)定，其周圍邊界是巖石圈較為活動的地帶，地震、火山和斷裂等活動比較活躍。

     與早期地幔對流說觀點不同，筆者研究認為，軟流圈中流體物質的對流起源于地球的自轉運動，與地幔物質的熱量交換無關。

      地球是太陽系的一顆行星，與一般物體的旋轉不同，受天文因素影響，它的自轉具有以下特征：

      （1）地球的自轉運動，存在著內(nèi)外不同步性。地球的結構從里到外分為：地核、地幔和地殼，地殼和地核是固態(tài)的，中間地幔是液態(tài)的。就是說，地球并不是一個固態(tài)實體，而是固態(tài)的地核懸浮在液態(tài)的地幔之中。人們不禁要問，在地球自轉過程中，懸浮的地核是否會與整個地球的自轉保持同步呢？答案是否定的。地質學家通過地震波探測發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)外的自轉速度是不一樣的，地核的轉速快，外球的轉速慢。哥倫比亞大學的科學家們估計，內(nèi)陸核自由旋轉角速度每年約為0.4～1.8弧度，即內(nèi)核赤道每年比地殼赤道多旋轉19.31米，每400年左右完成一個重疊周期。而哈佛大學研究小組組長德茲文斯基博士的研究結果是，內(nèi)核每年的旋轉角速度為3弧度，每過100年與地轉重疊一次，比前者快得多。[4]

     （2）地球的自轉速度是變化的，一直處在減速狀態(tài)。在地球的長期演化過程中，由于地球不斷地向月球傳輸自轉角動量，因而，地球的自轉速度在不斷地減小，自轉周期在不斷地增長。據(jù)推算，在5、6億年前，地球的自轉周期僅為15～18小時，3億年前，地球自轉周期約為22小時，而現(xiàn)在地球的自轉周期為每天的24小時。[5]

       地球自轉運動遵循圓周運動規(guī)律，適用于公式：F=mV²/R，這一公式表示，在向心力不變的情況下，物體的運動速度平方與軌道半徑成正比，運動速度越大，軌道半徑就越大，反之亦然。

      現(xiàn)以地球表面的海水為例，對地球自轉速度變化所產(chǎn)生的運動效應，進行模擬和說明。

     海水隨地球自轉一起做圍繞地軸旋轉的圓周運動，運動軌道為海水所在位置的緯度圈，向心力由重力的分量提供，是一個常量；因此，在不考慮其他因素的情況下，海平面應該是靜止的，海水不會發(fā)生水平流動。假設地球自轉是變化的，根據(jù)圓周運動規(guī)律，當?shù)厍蜃赞D加速時，海水的圓周運動軌道半徑增大；這時，海水就會由高緯度區(qū)向低緯度區(qū)方向流動，在赤道帶上聚集起來，海平面升高，稱加速運動效應。當?shù)厍蜃赞D減速時，海水的圓周運動軌道半徑減??；這時，海水就會由低緯度區(qū)向高緯度區(qū)方向流動，赤道帶上的海水消退下去，海平面下降，稱減速運動效應。就是說，如果地球自轉速度是變化的，那么，地球表面的海水就會發(fā)生跨緯度流動；加之地球自轉偏向力作用，其運動軌跡是一條弧形曲線。

      地幔分為上地幔和下地幔兩層，軟流圈位于上地幔的上部，下地?？拷睾?。根據(jù)地球自轉變化效應原理推斷，上、下地幔層中的流體物質將分別產(chǎn)生以下運動效應：

      （1）由于地核自轉速度較快，且地核與地幔流體物質之間存在著較強的粘合作用，因而，地核將帶動下地幔流體物質一起運動，產(chǎn)生加速運動效應。具體地說，下地幔的流體物質將由高緯度區(qū)流向低緯度區(qū)，在赤道帶上聚集隆起，勢能增大。

     （2）從數(shù)億萬年前開始，地球的自轉就處在減速狀態(tài)，因而，上地幔中的流體物質將產(chǎn)生減速運動效應。具體地說，上地幔（軟流圈）中的流體物質將由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)；聚集在赤道帶上的流體物質，勢能轉換為動能，消退下去；之后，這部分流體物質在高緯度區(qū)下沉，回流到地球內(nèi)部。至此，地幔層中的流體物質完成了一次對流循環(huán)。

       總之，在地球自轉運動效應的作用下，致使下地幔流體物質由高緯度區(qū)流向赤道、低緯度區(qū)，上地幔流體物質由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)。上、下地幔流體物質運動相互銜接，組成了一個環(huán)形回路，實現(xiàn)了自下而上的對流循環(huán)。與早期地幔對流說的局部環(huán)流系統(tǒng)不同，這一環(huán)流機制構建的是一個全球性的地幔環(huán)流系統(tǒng)，簡稱全地幔環(huán)流。全地幔環(huán)流具有可持續(xù)性和周期性，與大氣環(huán)流運動相類似，都屬于流體在地球經(jīng)向方向的循環(huán)運動。不同的是，大氣經(jīng)向循環(huán)有三個環(huán)流圈：低緯環(huán)流、中緯環(huán)流和高緯環(huán)流，而全地幔環(huán)流只有一個環(huán)流圈。

      需要指出，在全地幔環(huán)流背景下，軟流圈中的流體物質由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)，這種單一的運動模式，勢必給板塊構造理論帶來困難。因為按照海底擴張說的觀點，地幔軟流層物質像履帶一樣馱著板塊漂移，板塊的移動方向與地幔環(huán)流方向相一致，板塊相對于地幔流體物質運動屬于從動關系。如果說軟流圈中的流體物質運動，只是由赤道、低緯度區(qū)流向高緯度區(qū)，那么，板塊就應該從赤道分裂，并向南、北兩極方向移動。從全球板塊運動的歷史演變來看，并沒有出現(xiàn)這種運動方式，否則無法形成全球六大板塊的布局。一種合理解釋是，軟流圈中的流體物質對板塊的作用較弱，不足以拖動板塊移動，需要尋找新的動力源。