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地球动力学

地球动力学(geodynamics)研究地球大尺度运动或整体性运动的各种力学过程、力源和介质的力学性质的学科。固体地球物理学的分支。 [1]

1911年,洛夫(A.E.H.Love)发表了他的著作《地球动力学的若干问题》,最早使用了地球动力学这个词。不过在19世纪下半叶,开尔文(Kelvin)就已研究过地球的整体刚度,认为与钢的刚度相近。达尔文(G.H.Darwin) 等还研究了粘性球体在引潮力作用下的形变。美国地球物理学家B.古登堡分析了地球内部的作用力,推断了地球内部介质的力学性质。  20世纪60年代以来,板块大地构造学说的提出使地球动力学增添了许多新的内容。有的学者从大地构造学的角度出发研究了地壳的构造运动及其力学机制。有的学者则从板块大地构造出发,侧重研究地幔对流海底扩张大陆漂移。另外一些学者则致力于研究极移、固体潮和地球自由振荡等整体性力学现象。甚至还有人把理论地震学等同于地球动力学。70年代,各国学者组织了地球动力学计划,其主要内容是验证板块大地构造学说。 [1]

地球固体部分内发生的力学现象多种多样,形式复杂,内容丰富。地球动力学的任务就是分析这些现象,并透过这些现象寻求其力学机理,掌握这些现象出现和变化的规律,预期它们今后的发展趋势。为此,必须了解推动和支持这些现象的力源和地球介质的力学特性。地球自身的引力当然是推动构造运动的长期作用力,日、月引潮力,地球转动和摆动引起的惯性力也必须考虑。它们之中有的虽然极小,但可以起到触发构造运动的作用。地球内部物质的热运动所产生的力以及它们的粘滞性亦属必须考虑之列。  地球模型是地球动力学的基础之一。在当代的地球动力学研究中,人们通常将地球看成是由地壳、地幔和地核 3部分组成(见地球内部的构造和物理性质)。这 3部分的相对大小、密度和它们的弹性系数、粘滞系数等力学参量尚无定值,各学者的采用值尚有差别,从而派生出许多模型,1066A、PREM就是当前常用的两个模型。 [1]

地球动力学的最终目标就是了解地球整体及其所在系统(太阳系)的过去、现在和未来的行为,并利用这些认识为人类生存提供可持续发展的物质与环境基础。

由于地球动力学处理的问题,多数属于已经知道了某些力学后果,而要寻求它们的力学机理、力学参数,以至调整或重建地球模型。它们是力学中的反演问题,因而解答不是唯一的。人们只能根据足够多的实验结果来限制解的变化范围,使之逐次缩小。 [1]

70年代以后,地球动力学理论有较快的发展。例如史密斯(M.L.Smith)-瓦尔(J.Wahr)理论,以一定的地球模型为基础,用连续介质力学的方法,以整个地球为对象,统一研究了地球章动、固体潮及地球内波。这一理论的系统性较好,结果也符合实际。随着实测和计算技术的发展,数学、力学理论的不断前进,反演问题的精度将日益提高。地球动力学在阐明地球结构的形成和演化上将起更大的作用。 [1]

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