地学前缘EARTH SCIENCE FRONTIERS2000　Vol.7　No.2　P.381-390

地球排气作用——建立整体地球科学的一条统纲

杜乐天

摘　要：通过研究发现，现在可以用地球排气作用作为一条统纲，把原来分散的地球科学各个分支学科和谐地串联成为一个整体地球科学巨系统。地球排气的实质是幔汁（HACONS超临界态流体）从深部自发向上、向外的辐射排放，结果形成了地球内外的5个气圈和气体地球动力学，幔汁上涌后通过碱交代作用产生蚀变和岩浆并促使原来为固体的上地幔、地壳发生溃变，在地球的3个基本动力，即重力、地球自转变速、圈层旋转差速和天体（主要是月球）潮汐力联合作用的大前提下诱发出大地构造运动、地球演化和自然灾害。没有幔汁活动就没有壳幔运动。笔者初步认为，对现有流行的众多理论和结论都需要重新加以怀疑和再审鉴。否则，地球科学难以向前发展。我们今后不仅需要单科的或局域的岩石学家、地球化学家、大地构造学家、气象学家、海洋学家等，另外还需要有一大批整体地球科学家。
关键词：幔汁（HACONS）;地球排气作用;固体幔壳溃变；气体地球动力学
中图分类号： P51　文献标识码：A　文章编号：1005-2321(2000)02-0381-10

OUTGASSING OF THE EARTH IS A KEY LINK FOR THE FRAMEWORK OF THE WHOLE EARTH SCIENCE

DU Le-tian
（Beijing Geological Research Institute of Nuclear industry, Beijing 100029,China）

Abstract:The research has shown that the ourgassing of the Earth can be regarded as a key link,which connects the separated branches of the Earthscience into a whole mega-system.The essence of Earth outgassing is the expelling of mantle ichor(HANCONS,supercritical fluid)spontaneously and radiately from the interior of the Earth,resulting in five gas-spheres and gas geodynamics.The upwelling of HANCONS makes the solid mantle and crust to ulcerate by the alkaline mesomatism,alteration and magma formation, and the geotectonic movement,natural hazards and evolution of the Earth under the general control of gravity,rotation rate changes of the geospheres and tiding forces from the planets,especially the Moon. There would be no mantle and crust movement without HANCONS activities.I believe that the new suspection and criticism to the existing theories and conclusions of the Earthscience are necessary.Otherwise,the earthscience may have difficulties to develop.In future not only monodiscipline or local petrologists,geochemists,geotectonists,meteorologists,oceanologists, etc.,but also many earthscientists are needed.
Key words:mantle ichor(HANCONS);outgassing of the Earth;ulcerating of solid mantle and crust;gas geodynamics

　　把地球作为一个整体来考察始于上古时期，即所谓“天圆地方”。不过这种整体观只处于初期阶段，后来逐渐分部加以认识。几千年来人们对地球的认识经历了从表层到深部、从局部到整体、从静态到动态的漫长过程。地球科学的发展是不断分割认识的过程，到现在已经划分得相当之细了，有几十种分支学科。例如岩石、矿物、矿床、大地构造、地球物理、地球化学、地层、古生物、水文、工程地质、第四纪、气象、海洋、地震、地理、环境学等。每一分支学科又划分了许多专业，如岩石又分为岩浆岩、沉积岩、变质岩、构造岩等，矿床又分为金属矿床、非金属矿床、煤、石油、天然气等，大地构造又分为造山带、裂谷、板块等等。现在还有继续向更细碎的方向分去的趋势。例如微板块的细分，金属矿床就分出铁、铜、铅、锌、铀、金、稀土等几十种，作为研究地质规律方法的同位素地质也分出了O，S，C，Ar，RbSr，UPb，SmNd，N，Si，Os等等。值得指出，从事专门化研究的人往往毕生只能在一个领域中作出贡献，其结果是在这种无限分析的过程中对地球的整体观不是越来越明朗，而是恰恰相反，越来越淡薄、模糊了，简直成了一个无人问津的空区。试问：地球作为一个星球，其内部有没有一条总的控制其运动演化的规律？如果没有，是因为什么？如果有，又是什么？本文将尝试加以回答。
　　笔者初步认为今后整体地球科学观中的联系主纲可能是地球排气作用（幔汁HACONS辐射），其中包括以下五大内容：幔汁在地球内部的垂直分带（幔汁辐射）、地球的5个气圈、气体地球动力学、地壳、地幔碱交代作用、幔-壳溃变（软流层体、低速带成因）。

1　幔汁（HACONS流体）在地球内部的垂直分带（幔汁辐射）

　　当前地球科学研究有从昔日的固体地球观向流体地球观进行概念更新转变的动向［1～3］。近些年来自然科学基金申请项目立志于地球流体探讨者日渐增多，这说明大家已经看到流体乃是整个地球科学的一个基本问题和新的生长点。
　　现在在学术界一提流体，不少研究者还只局限于想到地下水、盆地承压水、热水、变质水、热液、岩浆、天然气等。实际上它们形成深度都很浅，只存在于地球的最表层，除岩浆和天然气外，连中、下地壳都难以有它们的稳定存在。气、液（包括石油）、浆如果可称为地球内部流体的3个基本存在状态的话，那么再向深部此三态将全部消失，只有非浆非液的超临界态流体才能稳定存在。我们近10年的研究初步表明，真正具备地球动力学功能的流体不是仅仅分布于地球最表层深度的上述三态流体，而是超临界态流体。后者是派生出前三者的母质流体，它的分布可以向下延伸2　900　km一直到地核（有时我们把超临界态也简称为气，不过它和地壳浅处的气以及大气有本质的区别）。关于这个第四态流体究竟是什么，已经有很多中外学者加以探讨［4～13］，他们的看法虽然彼此有别，但有个基本的共同点，即认为它主要是挥发份（基本上是HCOFClSN化合物系统）。另外有相当一部分研究者只承认它是热流，例如地幔热柱、热点等等［14～16］。
　　上述观点尚须进一步检查。地球内部流体并非单纯物理意义上的热流，而是载热、生热的物质流。多年来，“mantle plume”或“hot spot”是一个概念很笼统的泛称，它只强调物性的热流（其实验是靠粘稠有机剂底部加热而得，并提出柱头柱尾的模型，离地球内部实际太远）。我们已经用新的事实［17］初步证明了它的虚构性。
　　我们在研究了地球各地古今裂谷九大地球化学特性后，曾提出地幔流体（简称幔汁）乃是HACONS超临界态化合物系统［18～20］。这一论点包含以下几个不同于其他中外研究者的地方：(1)世界各地的地幔流体成分大多很复杂。若将一系列不相容元素都包括进来则不下二三十种。我们仅将其中最重要的主控性和代表性组分列出，至于其它不相容元素则可视为随带、被动、少量组分。类似Ti，P，REE，Nb，Ta，Zr，U，Th，Pb，Sr，Ba等这些不相容元素在富碱流体中是必然伴生的。这一点我们在研究地壳碱交代作用时早已阐明——它们都属于高于二价的两性元素。另外两价的碱土元素，也是受强碱元素Li，Na，K，Rb（以A代表）活动制约的，所以只要把碱金属突出出来，其中就包含了上述不相容的碱土元素和高价两性元素的共同迁移。这也是我们为什么特别强调碱金属在流体中的重要作用并认为应当把A作为定名组分的原因。在地幔条件下，碱金属的化合物是挥发的。总之，地幔流体中一定富碱，不可忽视，而且是不可少的主控性成员；(2)在幔汁中不包括Si，Al。Si，Al是幔汁和幔壳岩石反应之后被萃取的被动、微量、次生组分。Si，Al是岩浆特征性组分，而地幔流体并不是岩浆。二者应加以严格区别，这对研究岩浆成因有重大意义。岩浆乃是幔汁对地幔岩、地壳岩（当地幔流体上涌进入地壳之后）进行反应后才产生的次生态变产物。这是地幔中玄武岩浆及地壳中花岗岩浆、安山岩浆成因的关键问题。岩浆绝非简单的热流加热和单一温度问题；(3)幔汁在地球内部是垂直分带的，自深向浅顺次如下：地核中储存有巨量的氢；内核中有固态FeH存在［21］；外核液态Fe中又可以溶解大量H，H2，这在冶金上早已熟知［22］。内外地核的强大氢流是地幔流体的发源地及后盾。氢流向上辐射的驱动力是压力差、温度差、粘度差、质量差、密度差、浓度差。当氢流向上穿透下中地幔时会把大量分散的活性很大的阳离子（在高压下它们从镁氧化物及硅酸盐晶格中被挤出并处于活化态）萃取并携带向上，其中最重要的萃取组分是Li，Na，K，Rb，Cs（呈氢化物形式），故称此时的幔汁为氢型幔汁（HHACONS）；当HHACONS继续上穿到上地幔时，由于一路上萃取大量碱金属而演化成碱型幔汁（AHACONS）。上地幔软流层（体）、异常地幔及玄武岩浆、金伯利岩等的成因皆取决于AHACONS的渗入、富化和交代。当此地幔流体继续向上进入地壳后则进一步演化为氧型幔汁（OHACONS）。地壳中的低速体和酸性岩浆就是由它造成的。
　　如果OHACONS或AHACONS沿深断裂带快速上升到上地壳浅处，由于压力、温度降低，冷却凝结，从而进一步演化为热液及热液作用。如果有过剩的气体或气相化合物与热液分离，继续向上，和地下水或海水混合后则会形成陆上或海底喷气热泉以及水合天然气。地幔流体穿透地壳到达地表后最后形成大气圈、水圈。
　　综上所述，地球内部流体的垂向分带大体是：地核氢流—氢型幔汁—碱型幔汁—氧型幔汁—热液、热泉、水合天然气—水圈（包括地下水）、大气圈，这样就构成了整个地球内部、外部基本的流体体系和运动的基本轨迹。我们将上述过程总称为幔汁辐射。

2　地球的五个气圈

　　如果从气体角度来看，地球并非只有一个外层大气圈，其内部还有巨量的高压气体。实际上它至少可有5个气圈［23］，它们从内向外是:地核氢气圈、上地幔气圈、中地壳气圈、上地壳气圈、大气圈。它们和幔汁间的关系：上地幔气圈相当于AHACONS分布带；中地壳和上地壳气圈相当于OHACONS分布带。
　　须加强调，地球的上述5个气圈，深度越大气体量越大。仅上地幔气圈质量就等于120个大气圈，但化学成分及存在状态和大气有很大的不同。地球的排气作用就是在很大的压力、温度、浓度、密度、粘度梯度下反重力向外向上排放喷流的。中外文献曾多次提到地球的排气作用。但是现在看来只谈排气还太笼统，其实质是幔汁辐射排放。我们曾把它分为13大类气体。地球内部的气体和地上大气一样也存在丰富多彩的气象问题，例如地下幔汁云、雾，地下气体龙卷风，地下巨大气漩和台风，幔汁潮，地下喷气爆发等等。这些问题都需要加以深入研究。另外我们的研究发现地球内部气体至少可以产生以下13种自然灾害效应：①裂效应（气裂、气胀导致岩石破裂）;②震效应;③热效应（气体载热、输热、化合生热）;④旱效应（使气温增高，水汽难以凝结，地区长期大旱）;⑤冷效应(H2,He);⑥电磁效应;⑦溃效应（造成地下岩石溃变易断生震）;⑧燃效应（造成森林、草原大面积火灾）;⑨力效应（气体膨胀力巨大，“红肿”）;⑩爆效应（火山爆发）;11.gif (69 bytes)湿效应（使大气中水汽多，地区特大暴雨、洪涝）;12.gif (122 bytes)怪云效应;13.gif (114 bytes)病效应（造成怪异地方病）［24］。
　　地震的成因相当复杂，多年来许多研究者献身于此，但直到目前仍然难以突破。不过我国学者最近10年利用卫星热红外异常临震预报多次成功［25］，这是气裂、气胀致震成因的一个有力证明，否则就无法根据地震发生前的地球排气和大气增温异常进行事先的预测、预报。另外每年发生在世界各地的区域性森林大火（例如1997年内蒙古发生的森林大火）并非单纯因为干旱或人为用火不慎，而是有更深刻的原因。我们的工作初步证明，这是地球深部向上排放可燃气体造成的［26］。厄尔尼诺现象恐怕也不是简单的季风对海流的影响，也可能与地幔排气有关。厄尔尼诺实为海下的森林大火，而森林大火可能是登陆的厄尔尼诺。以上这些都是需要今后用新的观点加以深入研究的重大课题。华北如此干旱酷热也不可能只限于单纯的气象因素，还必须考虑和重视地球深部大规模向上排放气体促使大气升温的地下气象影响。这已被我们对卫星热红外异常的长期实际观测所证实。总之，只有具备流体地球观，特别是地下气象的观点才能把地质学、地震学、气象学、海洋学、自然灾害学、环境学等紧密地联系为一个整体地球科学。气象学是否应该分成地上气象学（即传统气象学）和地下气象学？我们的初步研究表明，许多地上气象异常和灾害受地下气象的严格控制。二者间的关系将是今后深入研究的重大课题。

3　气体地球动力学

　　气体地球动力学［27］是研究地球动力学的真正起因，并认为深层次的驱动力并非来自固体的力效应，而是深部流体活动的一门学科。到了地幔深度此流体全部属于超临界态（简称气体）。气体地球动力学的实质是幔汁地球动力学。只要有1％左右（体积分数）的此等流体积聚即可导致地球内部动荡不安，必然发生大地构造运动。这才是大地构造运动之产生根源，地壳上的固体地块或板块的力效应是由它的活动诱发而被动衍生的。因此没有地球深部流体(幔汁)的活动就没有大地构造运动。
　　地球的原始气体来自陨石，特别是球粒陨石。一般人们误以为，地球在吸积形成之后，由于压实和高温气体会被全部赶出，地球内部由于围限压力很大，好像不可能发育大量孔隙容气。然而实际上并非如此，有例为证：(1)地球深部即使没有孔隙也可以容气。外地核是液态Fe，是当初由于重力下沉而集中于地核的。在高压下氢气溶解于液态Fe而大量富集于外地核中，另外在内地核中还可以形成FeH。(2)地幔岩的各种矿物中都可以有结构F-，Cl-，OH-等溶入。OH-并不是水（H2O）而是H＋。另外还可有石墨、硫化物。(3)地幔岩各种矿物中有大量的气劈理微裂隙，被气体强行贯入又愈合，造成各种原生、次生气液包裹体形式密集存在。值得强调的是，地幔岩各造岩矿物如橄榄石、斜方辉石、单斜辉石中气液包裹体的分布很有规律，它们并非在矿物全晶体中均匀分布，而是仅沿矿物位错面及微裂隙面分布（可有多期裂隙多向交错），这是气裂现象的有力证明。(4)在上地幔的玄武岩浆库的上方往往发育巨晶伟晶岩带。巨晶即生成于此带中，例如单斜辉石和石榴石，巨晶大者可达20　cm，晶面完好，表明几十km下的深部仍然可以有20　cm大小的空洞利于晶体自由生长。(5)地球内部由于储存巨大能量的高压气体，会使地幔、地壳固体岩石发生深部爆炸以及体积膨胀，都可生成众多裂隙。在地球内部，裂隙为气体的存在和活动创造条件。
　　在地球内部单一的气体无法构成地球动力。气体的地球动力学效应在于其诱发性（“四两拨千斤”）。它只有在地球3个基本动力（重力、地球自转速度改变和各地质圈层差异转速以及天体引潮力）的合力作用这一大前提下通过下列机制才能发挥地球动力学作用：(1)通过气弱、气裂、气胀造成微隙网络，使固体地壳、地幔的岩石强度严重下降导致破裂、错断、形变以及位移。(2)通过液裂、浆裂生成裂隙。液体及浆体都有良好的力传导性，但液体、浆体却无强度可言，为地下形变、位移提供了构造空间，有利于大地构造运动。(3)通过化学反应形成含OH-交代矿物。这些矿物在构造带上起减少磨擦力和润滑剂的作用（例如剪切带、滑脱面、推覆面等）。(4)通过气体渗入带来深部热流。更重要的是通过气体与固体幔壳岩石发生种种化学反应以降低岩石矿物熔点，形成众多斑点状浆胞，然后联合成为岩浆库，发生膨胀、上隆、底辟、穿刺。
　　上述各种使固相岩石强度严重降低发生态变直至熔融的弱化反应联合起来就叫溃变。值得强调指出，这类溃变也是地球深部排气造成的［17，18］。正是由地球排气（幔汁辐射）造成的这种溃变机制才会诱发地球内部不安定，进而引发各种大地构造运动。

4　地壳、地幔碱交代作用

　　地球内部广泛存在的流体散布于固体地幔、地壳岩石之微孔隙、空洞、颗粒间隙、晶体缺陷之中。一旦出现压力梯度就可形成种种动流、涡旋。地球内部流体相和固体相的化学成分截然不同，前者为幔汁，后者为硅酸盐或氧化物相，二者间必然会发生物质、能量上的交换以建立流固平衡。交代作用就是一个在两相间建立新平衡的物质和能量反应方式。交代作用突出的特点是成分的带出带入。带入就是富化，带出就是亏损。
　　据我们的研究，上述交代作用的地球化学实质是碱交代作用。碱金属是控制挥发份使流体携带并迁移不相容元素的主导支配因子。这种碱交代作用又可分为低势碱交代作用即一般常见的热液蚀变，流体的温度压力均低于被交代的固相岩石；等势碱交代作用，流体和被交代的固体二者处于相同的温度、压力中（在岩浆岩体顶盖相钠长石花岗岩及外带伟晶岩均属于此类）；高势碱交代作用是指流体的温度压力及能量比被交代的固体地幔、地壳岩石还高，在此情况下不再形成水热蚀变而是产生固体的熔融（这就是岩浆作用）。
　　碱交代作用是地壳、地幔中岩浆作用、热液作用和成矿作用最核心的一个机制［28］。地球上几乎全部的岩浆作用、热液作用及成矿均可用它来解释。碱交代作用和分布极为广泛的碱交代岩形成所需的巨量碱金属，恰好是由幔汁中A供给的。这正是我们多年来强调地幔流体中一定富碱的深刻用意。这一点现在已被大量新结果证实［28，29］。流体的碱金属（Na，K）实际上是把热液作用、岩浆作用和地幔流体联系起来的最关键的不可忽视的必经桥梁。

5　幔壳溃变（上地幔软流层及地壳低速带成因）

　　在地幔岩捕虏体（xenoliths）的详细研究中可以归纳出上地幔软流层以及其上隆的底辟体至少有六大溃变特征：①浆胞发育（直径数mm）（斜方辉石不一致熔融），单斜辉石海绵化等；②气液包裹体极为密集；③交代作用强烈；④岩石强碎裂及糜棱化，裂隙纵横交错密布；⑤样品测量电导率增大，地震波速降低，等效粘度低(1020～1018　Pa.s)；⑥岩石的力学强度还不到地壳火成岩的1/2。
　　地壳中广泛发育各种拆离构造（由深部平缓的韧性剪切带滑脱面和上部浅处的铲状断裂共同组成）。在此众多产状的构造面中普遍发育溃变（即热液蚀变），大大降低了岩石的强度和有利于断层面两盘的相互滑动。上述种种破碎带往往构成地震波低速带或高导低阻带。
　　地球内部的上述溃变系统早已被多年的地球物理测量所确定。我们的初步研究表明所谓力、热、磁、电、粘度、强度、地震波速等地球物理异常实际上是岩石溃变的综合症，都是由幔汁直接或间接引起的。困惑我们多年的软流层及低速带的成因由此得到破解［29，30］。这一结论对于了解整个地球动力学和大地构造运动都有重大意义。我们已经采集到软流层具体的岩石标本并做了许多工作［17，29］，并且已有较多的新结果可证明溃变乃是幔汁辐射（即地球深部排气）造成的。
　　在幔汁流体上涌渗透下可以使数十万到上千万km2的地幔地壳发生溃变，强烈的扩容、膨胀、上隆和底辟使上覆岩块的厚度大大减薄、强度大大降低，有利于大陆裂开（裂谷作用以及海盆形成）。由于在溃变肿胀体上隆穹形顶界面形成了缓缓的巨大斜坡，板块之下是几乎无强度、无摩擦阻力的溃变软流体，极易发生重力滑动裂谷分离，因而导致大陆漂移。当漂移大陆的前方和其它陆块相遇时，必然发生碰撞、俯冲、仰冲、斜冲及造山运动并形成巨大地震带。海底扩张则是发生在大洋中脊处的开裂和侧向重力滑动［30，31］。现在国外主流观点认为大地构造主要是由板块相互碰撞或俯冲的应力源造成的。我们则认为［31］板块产生运动主要源于邻区裂谷的扩张和分离传递过来的球面远程力效应，而裂谷之所以发生，则是因为软流体的上隆、底辟、穿刺。板块运动实为裂谷运动的派生运动。地球动力学中的驱动能主要根源来自溃变作用的诱发。
　　地球在自己的演化史中有可能发生周期性的有限不均匀膨胀［32］，成因也许在于幔汁深部上涌而造成的上地幔溃变肿胀。
　　如何证明地球过去（例如古生代和前寒武纪）曾发生过排气作用？这方面的判据还是比较丰富的，例如：(1）现已有众多的地球化学研究证明水圈、气圈均主要是地球排气的产物。(2）地球排气是通过多次地质运动的火山喷发及大洋中脊海底喷气热泉进行的。(3）大洋缺氧事件是由于地球排出大量CH4，H2，H2S，CO耗氧还原气体以及一系列有毒有害成分（如Hg，As，Pb，F等）造成的；通过古气候、古水体变异导致大批生物灭绝和另外的种属繁殖;缺氧事件和生物演化突变的地球排气内因远比天外因素重要。(4）洋底块状硫化物及黑色页岩系都是地球海底喷气的化石记录。(5）遍布于新太古界、元古宇、古生界的高碳的碳硅泥岩系（经变质后即为孔达岩系）是海底排气的沉积记录。许多地层中碳并非是生物遗体，更多地是来自CH4等不完全氧化。油罐失火冒黑烟就是一个证明。(6）石油、天然气、海底水合甲烷等都表明地球排气。生物成因来源微不足道。地幔无机碳远远多于地壳生物碳。现代永久冻土带及各大陆架上的水合甲烷的碳含量比已知的油、煤、天然气总和还多一倍；此等水合天然气全部是近代产物，估计在早期地史中就更强烈。(7）地幔岩捕虏体（有的年龄是元古宙）充满气液包裹体遗迹。元古宙、古生代金伯利岩筒普遍排气，几乎所有各时代热液矿床都包含大量残留气体。(8）古气候变动、冰期交替的主导因素根源也在于地球排气作用的气象效应。
　　过去学术界详细研究了固体地球，取得了显著的成就和进展。然而流体也是地球内部重要的物质、能量存在形式。特别是对于动态的物质流、能量流研究，流体研究较固体研究具有以下4个不可取代的优势和更深的含义：
　　（1）流体比固体的活动性要大得多、快得多和深刻得多，因此更具有主动性和主控性。从深层次因素上看，幔壳中的固体活动相对于流体来说是被动的、派生的。地壳运动的种种形式，如地槽、地台、地洼、活化、板块、裂谷、推覆、滑脱、挤压、褶皱、造山、造陆、造盆、拆离、拆沉、韧性剪切等固相地块、板块的活动位移、形变的动力，更深一层次的原因并非是固体而是流体的活动。这种流体活动集中体现在上地幔软流层（或底辟体）和地壳内低速带的出现，而它们的成因关键又在于地幔流体——幔汁的渗入、交代及富化。地壳运动的强烈期正是地幔流体的旺盛积聚和强烈上涌的发散期；地壳运动的相对平静期则是地幔流体的再次逐渐积累期，大地构造运动的旋回性源出于此［19，31］。
　　（2）在地壳和地幔内部，地温曲线基本上分别处于该等深度下岩石的固相线之下，岩石呈固态存在。一旦有地球深部的流体（同时也是热载体）上升渗入，固体岩石将发生软化，粘滞度、密度、强度大大降低，蠕变和流动性显著增大。再加上流体会降低岩石的熔点甚至形成岩浆，致使上一次地质运动后建立的地球动力学3个前述基本动力——重力、地球自转变速和各圈层差异旋转速度产生的剪切力和天体潮汐力之间的平衡重新被打破。上述种种地壳运动形式，实为建立新的平衡所作出的在物质和能量上的各类调整方式和产物。地球内部流体具有强大的辐射力和反应能，可沿地幔和地壳内部的种种平缓的分层界面及陡倾的直立断裂以及众多的微裂隙网络上涌渗入，通过交代作用产生片状蚀变矿物、含水矿物甚至岩浆，大大降低岩块间相对运动的摩擦力，起到润滑作用，并提供了深部构造应变空间及让位空间，遂使各类板块、岩片的漂移、俯冲、叠置、滑动及平移等错动由不可能变得可能，或使应变速率大大加快。
　　（3）只有进行地球流体研究才能把地球上的陆地及海底岩浆作用、热液作用、变质作用、成矿作用和大地构造运动有机地联系为一个整体，才能破解地壳成因和演化的种种之谜，才能认识水圈、气圈、生物圈的成因，才能把自然灾害和地质作用加以紧密联系，因此仅仅进行固体研究是远远不够了。特别是当发现地壳、地幔内部可以有多层气圈（连续的和不连续的）及地球从形成之日起一直大规模排气之后，就会较好地解释地表气象、古气候、地震、大面积森林大火，厄尔尼诺、海底热盐流、黑潮、喷气热泉活动以及地球深部生物圈成因问题和地球内各气圈间的可能成因联系。因此说，从昔日的固体地球观向今后的流体地球观的转变乃是一种彻底而根本的观念更新。我们近几年把地幔流体研究的新成果应用到地震、森林大火、干旱、酷热、极大暴雨等自然灾害成因的研究中所得到的令人振奋的种种新进展［33，34］，使我们坚信流体地球观的强大生命力。在此顺便提及，幔汁的进一步深化研究将有可能使地球上生命起源研究得到新的启示。现在已有众多迹象表明了这一点（恕不在此赘述）。
　　（4）固体矿产越深，开发成本越高，就愈加难以利用，而流体矿产（包括深部可燃天然气及非烃气体）通过深钻自喷开发将成为人类今后重要的新资源、新能源，并可提供化工原料。
　　对于地球科学，既要研究固体，也要研究流体，因为地幔和地壳都是由岩石和流体两部分共同组成的。
　　总之，从本文粗略的浏览中可以看出，在地球上现有已知的众多分支学科研究的对象后面似乎有一个基本的总作用在支配着地球物质的各种地质运动形式。地球排气（幔汁辐射）可能是这样一种基本的总作用。它是地壳运动、大陆增生和地球演化的地下总导演，它能够成为把几大基本分支领域联系起来成为一个整体地球科学的统纲，见图1。


图1　各主要分支学科的串连之纲（幔汁辐射）
Fig.1　The key link (Earth outgassing or mantle ichor HACONS radiation) of Earth science,such as geotectonics,endogenetic petrology,endogenetic metallogenesis,geophysics,geochemistry,seismology,oceanography and meteorology

　　若干年来，学术界一直强调地球科学要走向整体化，但始终难以实现。盖因长期找不到一条和谐的逻辑联系之纲。现在有了这一串纲和学术接口，一个整体的地球科学复杂巨系统的真正建立似乎有了一些可能。现代的知识堆垒早已达到了临界体积，只要引入一定的“中子流”发生“连锁反应”，定会产生巨大的能量。现有各分支学科来一个破界、混合、重组、整合，肯定能够导致许多意想不到的重大发现、创造。这是我国地球科学迟早走向世界领先地位的最大希望之所在。一个领域中长期揭不开的奥秘，也许在其它领域早已成为常识。由此可知，今后学科破界横向交叉之重要性。“一桥飞架南北，天堑变通途”。学术建桥实为把学问做大之必需，否则，世界就总是显得杂乱无章、支零离碎。科学史中的大量事实表明，往往有时一个关键密码的破译，会使过去分散的整个信息系统顿时豁然开朗。幔汁辐射之对于整个地球科学的含义是否和DNA之对于近代生物学发展的含义有一点类似呢？当然，这还有待于海内外同仁的共同努力。板块学说几十年来由诞生经鼎盛现已趋于衰落。现有众多事实证明海洋地球动力学和大陆地球动力学只有在地幔流体运动上才能得到逻辑统一。严格地说板块学说只是海洋地球动力学，还算不上整体地球动力学。在巨大的深度和静岩压力下差应力已微不足道，固体地幔中的热对流和物质对流也远非同一问题，能否实现地幔对流(不论双层还是单层)至今疑问很多，更谈不上解决。另外，过份地强调地外因素(例如陨落)实质上是对地球内因研究困难的躲避。不过天体(特别是月球)的引潮力的确值得重视。由于它对地球内部流体潮的引发相当灵敏，因而构成了必须认真研究的一个地球动力学的重大方面。地幔柱和热点假说现在已经反复修正若干年，至今连究竟是何化学成分都未回答，仅仅在地幔柱的大小、深浅、向上是否分支等形态学上徘徊，早已显示出其理论上的困境，此二概念完全不顾地球三个基本动力大前提，另外也无法和气象、海洋和自然灾害相联系。因此建议今后“mantle plume”,“hot spot”改称HACONS蘑云较好。数百年来的固体地球观也亟需向新的流体地球观转变。现在时尚所谓的地球各层圈相互作用研究，能否跳出固体地球观的旧有窠臼，还有待观察。总之，现在地球科学各分支学科中有许多重大问题需要重新查证。我们应崇尚自我独立思考，另创生机为宜。
　　看来，以对各种现存理论和结论加以怀疑并进行重新再认识为特征的又一场地球科学理论变革的风暴即将来临!

基金项目：国家自然科学基金(49133090)资助项目
作者简介：杜乐天(1932—　)，男，研究员，博士生导师，矿床学、地球化学专业。
杜乐天（核工业 北京地质研究院，北京 100029）

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收稿日期：1999-08-20;修订日期：1999-11-25