青铜马弓手，量一弓手，安敢乱言 阅读原文 这是关于现今地球海陆分布的问题； 归根到底，是板块运动的问题。 看似容易，但是很难讲好， 尝试回答一下（ps：下文出现的“Ma”为年代学单位，表示“一个百万年”）。 概要： 地球上的板块一直处于裂解和拼合过程，现今的海陆分布，只是地质历史时期内板块运动的一个短暂瞬间，海陆格局仍在不断变化。主要位于南半球的两个全球尺度的大型横波低速异常区——Tuzo 和 Jason，深部物质上涌的推力使周边为上升流系统，导致上覆板块向外、向北运动；主要位于北半球的东亚环形俯冲带，俯冲板块的拖曳力使其周边为下降流系统，导致上覆的板块向内，南半球的板块向北运动。这三者组成地球深部“三极”，是驱动 3 亿年来地球固体圈层板块构造运动的根本所在，其分布和驱动方式是当今地球北半球以大陆为主而南半球以海洋为主的根本原因。 1.现今板块的运动趋势——自南向北 如图，现今地球各主要板块的主要运动趋势是： 整体趋向于从南半球向北半球运动。 因此，南半球的部分大陆持续向北半球运动， 导致现今北半球的陆地面积大于南半球。 现今地球板块运动学矢量， Clinton P. Conrad 2013 Nature 现今地球板块运动学矢量， Sabin Zahirovic 2015 EPSL 深源热点参照系下全球运动学特征，李三忠，2019 这种自南向北运动的趋势还将持续进行， 地球科学家预测，在未来，约 2.5 亿年后， 现今地球的主要陆地会在北半球汇聚、拼合， 成为一个超级大陆——亚美超大陆 Amasia。 亚美超大陆 Amasia 形成的三种预测模型，Ross N. Mitchell 2012 Nature Scotese 教授预测的 2.5 亿年后的亚美超大陆 Amasia, http://www.scotese.com/ 因此，现今地球的海陆分布仅是漫长地质历史时期的一个短暂定格。 如图，地质历史时期，可见 1 亿年 -2 亿年间，南北半球陆地分布相对均匀， 1 亿年以来，南半球的板块逐渐裂解、分散，部分向北半球漂移。 2 亿年以来，地球板块的运动学矢量和位置示意图，Sabin Zahirovic 2015 EPSL 地质历史时期： 既存在过像现今一样北半球陆地多于南半球的情况； 也存在南半球陆地多于北半球的情况； 也存在南北半球陆地面积相近的情况； 既存在地球主要陆地拼合在一起的情况； 也存在陆地散落于地球各处的情况。 科学家们之所以能有此预测， 是基于对地球现今的观察，过去的研究。 2.板块的分合聚散 “天下大势，分久必合，合久必分”。 地球板块运动的历史，与此相似， 是超大陆不断拼合和裂解的过程， 超大陆是指地球主要的大陆集中、拼接到一起形成超级大陆。 地史期间超大陆的集结过程和旋回，李三忠，2014 现已确定的地球历史时期的三个超级大陆是分别是： 哥伦比亚超大陆（约 18-15 亿年）； 罗迪尼亚超大陆约 12-9 亿年）； 潘基亚超大陆（约 3-2.5 亿年）。 ** 此外还有 27-25 亿年前的 Superia（Kenorland）和 6-5.5 亿年前的 Pannotia 大陆。 地质历史时期的超大陆，Ross N. Mitchell 2021 Nature Review 未来或许还会出现围绕北极点附近的亚美超大陆（约 2 亿年后）， 现今正处于潘基亚超大陆裂解到亚美超大陆聚合的中间阶段。 国内外有许多研究、恢复地球历史时期超大陆演化的团队： 如Christopher R. Scotese，T. H. Torsvik，Peter Cawood，Dietmar Müller，Michael Gurnis，Robert Hall，John Piper，Jan Golonka，李正祥，赵国春，陈旭，黄宝春等 其中Christopher R. Scotese 建立了相关网站和视频（如下）， 感兴趣的朋友可以根据上述学者名字和自行查询学习 以了解现今学术界对地球历史上主要大陆的演化过程的复原情况 Home Pagewww.earthbyte.org/5.2 亿年来全球板块演化https://www.zhihu.com/video/1473858265000374272 3.特提斯号单程列车——南半球裂解的板块向北漂移 谈到现今陆地北多南少的格局， 不得不提的是形成于 6.5~5.5 亿年前冈瓦纳大陆(Gondwana)。 这是当时地球最大的一块陆地（约占全球大陆总面积的三分之二）， 在过去五亿年的历史中, 冈瓦纳大陆不断裂解出许多小陆块 ， 这些裂解的陆块持续向北漂移， 与当时北半球的劳亚大陆(Laurasia)拼合(包含劳伦、波罗地、西伯利亚和华北) 。 3-2.5 亿年前，北半球形成的劳亚大陆，加上南半球的冈瓦纳大陆，二者相连形成潘基亚大陆。 潘基亚大陆，万博，2020 此后，潘基亚大陆裂解, 南半球的冈瓦纳大陆也继续逐渐裂解, 同样，单向裂解的板块朝东亚低势区持续单向汇聚, 即向北半球集结, 这一过程持续至今。 因此，现今地球的陆地表现为北多南少。 人们耳熟能详的例子是，本在南北球印度次大陆， 从马达加斯加分裂，一路向北漂移，最终与亚欧大陆拼合碰撞， 二者衔接处形成了喜马拉雅山。 印 - 亚汇聚形成喜马拉雅山 这一过程被形象地称作一路向北的“特提斯号单程列车”。 “特提斯号”单程列车循环运转模型，万博，2020 这些都是板块运动的结果， 你如果好奇是什么驱动了板块运动？ 回答是，这仍是地学界的世界性难题！ 目前对于板块构造理论，尚存在三大未解决的难题： 板块起源、板块登陆和板块动力， 其中板块动力指的就是板块驱动力的问题。 世界的地学家们都在不断探索， 可能的驱动力有很多： 诸如洋中脊推力、俯冲大陆岩石圈拖拽力、地幔柱上涌推力、大尺度地幔对流牵引力 ………… 现今，越来越多的学者将地球视作为一个完整的系统， 认为其圈层运转的动力学机制也不一定是单一的。 放眼全球板块运动，这很可能是诸多驱动力合力的结果， 比如，板块俯冲和地幔柱上涌都能够驱动板块运动。 板块俯冲和地幔柱驱动板块构造模式图 李献华，2021 因此，针对南半球与北半球的问题 目前相对主流的观点是： 海底“三极”驱动地球固体圈层板块构造运动， 形成现今北半球以大陆为主而南半球以海洋为主的海陆格局 那么，什么是海底三极？ 4.海底三极—现今板块运动的驱动力 地球 3 亿年以来, 深部地幔存在三个极端动力区域(简称海底“三极”): 包括两个地幔低速区：Jason 和 Tuzo， 分别位于南太平洋下和现今南大西洋‒非洲‒西南印度洋下，都主要位于南半球。 第三个为环绕东亚的环形俯冲系统。 前两者周边为上升流系统， 后者周边为下降流系统。 4.1 Jason 和 Tuzo Jason 和 Tuzo 是被地震波识别出的两个全球尺度的大型横波低速异常区（简称LLSVP）。 Jason 和 Tuzo 的位置示意图 Torsvik 2014 PNAS 地核与地幔边界这两个 LLSVPs 的形成， 被认为与潘吉亚超大陆汇聚相关， 沿着环超大陆的俯冲带进入下地幔的板片，会聚集形成 LLSVPs。 对 LLSVP 形成和形状的数值模拟，Koppers，2021，NR 它实质是冷的深俯冲板片在核幔边界附近的堆积体， 较周边地幔温度低、难熔、坚硬致密， 因而横波波速较周边低， 可以与超大陆一样稳定存在数亿年。 可以视作是超大规模、超长时间、超级稳定的“超级地幔柱”。 巨大的地幔柱 ，把深部密度较大的物质被热流向上带到软流圈, 在那里像蘑菇云一样向四周横向扩散，通过推力驱动板块移动。 左侧为地幔柱驱动板块运动的机制，陈凌，2020 因此，Jason 和 Tuzo 周边为上升流系统， 其上覆板块的运动方向远离 LLSVPs， 它的存在，可以影响和驱动板块的运动过程和趋势。 Jason 和 Tuzo 位置和上覆板块运动趋势 Clinton P. Conrad 2013 Nature 4.2 东亚环形俯冲系统 东亚环形俯冲系统位于 Tuzo 和 Jason 之间， 一亿多年以来长期为下降流汇聚区。 潘基亚超大陆裂解期间， 南半球冈瓦纳大陆北缘始终处于裂解状态， 依次裂解的板块，持续单向汇聚到东亚低势区， 即向北半球集结，形成U 型的东亚环形俯冲系统。 东亚环形俯冲系统重力分布图 Li JB 2021 ESR 东亚环形俯冲系统为下降流系统， 其动力是板片拖曳力所致。 其周围的板块均向其汇聚、俯冲、消减， 冷的俯冲板片下插进入地幔，形成冷地幔区域， 其核幔边界处于重力低势区， 该区俯冲板片拖曳力较强。 因此, 许多学者认为： 东亚环形俯冲系统的俯冲引擎是地球现阶段板块运动的主驱动力, 是全球性板块运动的发动机所在。 东亚环形俯冲系统构造图 Li JB 2021 ESR 东亚环形俯冲系统三维模式图 Li JB 2021 ESR 说远一点，根据许多学者的推测，在未来： 这个主动的大汇聚动力在亚美超大陆形成后, 将会通过盖子效应、热聚集、相变等过程, 转换为新的强劲 LLSVP; 同时, 原本的 Tuzo 和 Jason 两个 LLSVPs 因周边没有俯冲补给, 而上涌的“主动”力会逐渐衰减, 进而会变得“主动”汇聚下沉。 综上，LLSVP 和超级环形俯冲系统可能会相互转化， 二者是驱动全球性板块运动的关键引擎。 现今的地球 负责推的驱动力——Tuzo 和 Jason，主要位于南半球； 负责拉的驱动力——东亚环形俯冲系统，主要位于北半球。 因此，当今地球的北半球以大陆为主而南半球以海洋为主。 核 - 幔边界（2800km 深度） SMEAN 剪切波或横波异常，李三忠，2019 总结： 放眼于地球演化历史，板块一直处于裂解和拼合的过程 现今的海陆分布，只是在历史时期下板块运动的一个短暂瞬间，海陆格局仍还不断变化。 主要位于南半球的两个全球尺度的大型横波低速异常区——Tuzo 和 Jason， 深部物质上涌的推力使周边为上升流系统，导致上覆板块向外、向北运动； 主要位于北半球的东亚环形俯冲带， 俯冲板块的拖曳力使其周边为下降流系统，导致上覆的板块向内，南半球的板块向北运动。 这三者组成地球深部“三极”， 是驱动 3 亿年来地球固体圈层板块构造运动的根本所在， 其分布和驱动方式是当今地球北半球以大陆为主而南半球以海洋为主的根本原因。 而这些都仅是现今板块构造理论中一种相主流的观点， 板块构造理论还有很多根本问题尚未解决，仍在不断更新和发展中。 贻笑大方 以上 网图侵删 主要参考文献： [1] Torsvik T H , Van D , Doubrovine P V , et al. Deep mantle structure as a reference frame for movements in and on the Earth[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014, 111(24):8735. [2]Sabin, Zahirovic, R, et al. Tectonic speed limits from plate kinematic reconstructions[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2015. [3] Mitchell R N , Kilian T M , Evans D . Supercontinent cycles and the calculation of absolute palaeolongitude in deep time[J]. Nature, 2012, 482(7384):208-211. [4] Conrad C P , Steinberger B , Torsvik T H . Stability of active mantle upwelling revealed by net characteristics of plate tectonics[J]. Nature, 2013, 498(7455):479-82. [5] Koppers A , Becker T W , Jackson M G , et al. Mantle plumes and their role in Earth processes[J]. Nature Reviews Earth & Environment, 2021:1-20. [6] Mitchell R N , Zhang N , Salminen J , et al. The Supercontinent Cycle[J]. Nature Reviews Earth & Environment, 2021, 2:12-28. 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