岩石圈板块

在任一造山带的解体过程中，挤压造山与拉张成盆的作用机理实际上是同时存在的。从力学上分析无非是水平挤压应力（导源于板块的水平运动）、重力（静水压力）和热力（地幔热、放射性生热以及构造运动的剪切生热）围绕着岩石圈是挤压增厚缩短还是被拉张减薄伸长的非稳动态平衡的较量。这种动态平衡从全球来看实质上是一种非线性的自组织系统。该系统一方面表现为无序、随机的混沌性。例如，在众多的造山带和拉张盆地中，每个成员的发展时间、转化时间的间隔、造山尺度和解体程度都不尽相同。这导源于岩石圈板块作为固体地球的一部分无时无刻不在与软流圈地幔、气圈和水圈进行着能量的交换，而地球作为宇宙中的一员又无时无刻不在与球外空间进行着能量的沟通。这是一个开放性体系。另一方面又表现出有序的、确定的分形性。例如，早在20世纪70年代，人们根据大量同位素年龄数据统计地球起源假说时就注意到、并提出了地球演化与岩浆活动、变质作用以及造山运动的周期性规律，并把它归结为天体运行规律的宏观制约，包括地球公转、自转运动变化以及太阳系绕银河系中心旋转周期——银河年（cosmic year）对地球演化的影响等。地球的演化、板块的运动、岩石圈构造的发展以及造山带和拉张盆地的形成和演化等地质过程，既受球内因素的制约也受球外因素的影响，是球内和球外因素的共同作用控制了岩石圈板块的动力学和运动学机制，也使造山带与拉张盆地的转化成为无序中的有序、随机中的确定、混沌中的分形的非线性自组织转化过程。

为刻画这一非线性自组织转化系统，我们有一个基本假设前提，即地球体积（或表面积）是基本守恒的。例如，今天大西洋正在拉张，而太平洋就不得不挤压收缩，简单地说是因为它必须保持地球表面积的基本守恒。造山带不会无休止地进行，因为它一旦形成，其内外界力量的地质效应就会驱使它向相反方向即解体方向转化，这便是地质运动的自我调制功能——一种非线性自组织转化体系。如果我们以岩石圈厚度D随时间t的变化来刻画这一非线性自组织系统，在考虑上面所述转化机理和前提后，其非线性、非稳态多元函数关系可定性表示为

耗散结构、自组织、突变理论与地球科学

式中：G为重力；Q_m为上地幔传导热；Q_r为地壳放射性生热；Q_s为剪切产热；τ（t）为剪应力，随时间有变化；V（t）为剪切速率；E（t）为剥蚀率；（α＋β）为褶皱-逆冲造山带楔状体的临界楔角；σ₁（t）为水平挤压应力，G_w（t）为楔体的重力；S为岩石圈的挤压缩短率，它本身是岩石圈扩张率E _x（t）的反函数；Oef为球外影响因素，包括万有引力G_r和天体撞击灾变力 C_t等，它们共同组成了一个复杂的非线性自组织系统。G，Q_m，Q_r，Q_s，E（t）促成岩石圈减薄拉张伸展成盆，结果使E_x增大，由于地球表面积的基本守恒，E_x的扩张增大势必造成另一方面岩石圈板块的挤压缩短增厚，于是实施造山并使（α＋β）发生作用反过来又给G，Q_m，Q_r，Q_s，E（t）“加分加权”，由此循环往复就形成了一个岩石圈板块挤压缩短增厚造山和拉张伸长减薄成盆的自我调节的动态系统，其中球外因素Oef的存在是上述系统向远离平衡态（超常的伸展减薄或挤压增厚）的非线性方向发展的重要原因。它们相互依存，互相转化，自成体系，共同作用，形成地球岩石圈板块演化的重要规律。