对地球地极移动原理与地质作用的新探讨.docx
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对地球地极移动原理与地质作用的新探讨
对地球地极移动原理与地质作用的新探讨
郭宏斌
地球的地极移动，一般也称之为极游移、极移、真极移等。
其要点就是认为地球自转轴的两个极点，在地史时期并不是固定不变的，而是可发生非大陆漂移成因的移动，并随极位置移动,地球的自转方向也不断发生调整变化。
上述的地极可移动观点，过去也曾有人提出过[1-2]。
但因对极移动力与地球旋转椭球体是否可随极位置变化变形调整，都不能提出确实可信的一致结论，所以地极可以移动的观点，一直没能引起人们的普遍重视。
但地极的移动事实上确实存在，并且这种地极的移动，对于地球表面的地质演化作用也十分巨大，所以对这一问题本文打算再进行一下深入探讨。
1、地极确实可以进行移动的证据
1.1天文观察证明地极移动确实存在
以一年和14个月为周期的地极移动，天文观察已经证明确实存在[1-3]。
每年约移动9土2cm的指向北美和格陵兰方向的极移，也曾被观察所证实[1、3]。
并且还曾发现伴随一些反应地壳运动的大地震发生，也可观察到地极的复杂移动[1]。
这些事实的存在全都证明，地极的移动是确实存在和可以观察的。
1.2古地磁的研究结果表明地极确可发生大范围的游移从古地磁的研究来看，地磁场的南北二极，是不断进行复杂移动甚至反转的。
不论是大陆之内的近代火山岩和黄土沉积[4-6]，还是大洋之内沉积岩心，或前寒武纪古地磁研究[4、6]，全都表明古地磁的变化与反转是十分频繁的。
而在地史时期，由于人们普遍都认为地磁极，总是和自转极相伴运动[4、7]，所以除了后面会讨论的极快速地磁反转外，一般情况下可以通过地磁极的视极移动轨迹，特别是类似APW的平均视极移轨迹（见图1），粗略地判断自转极的移动。
不过这种来自古地磁研究结果的视极移轨迹内，是既存在由大陆漂移引起的视极移动，也存在真正地极移动引起的视极移动，但现在人们却往往只强调大陆漂移，可引起古地磁的视极移动，而忽略真地极移动可引起的视极移，这样的认识是不全面的。
事实上，真正地极移动引起的古地磁变化幅度，是远大于由于大陆漂移引起的极移幅度的。
从缩短APW视极移轨迹的平均时间间隔后，环状结构会增多[19];增加同时代的古地磁测定后，测定的结果会越加分散[4]，以及西伯利亚勒拿河哈姆尔剖面晚寒武世地层，与英国德茅斯三叠纪泥灰岩地层，在相对不太长时期中，就产生地磁极长距离移动的事实，全都可以证明地极的移动，远比大陆的漂移更频繁、更普遍、更经常·并完全可发生较大幅度地极移动。
1.3要合理解释各大陆气候变化与冰川成因也必须认定地极存在不断游移，
大陆冰川最迟也是从元古代就已经开始有发生。
所以对于冰川的成因，也就必须要放在地史以来的二三十亿年中，统一加以考虑。
任何对一个时代的冰川发生，提出一种成因观点的做法，全都是违反牛顿提出的“自然科学研究中对相似的结果必须考虑相似成因”的最基本科学原则的。
深入研究不同时代的冰川发生特点可以知道，不同时代的冰川发生特点是不同的。
古生代冰川的发生特点，是主要在南半球的冈瓦那大陆存在。
当南部冈瓦那发生冰川时，北方的劳亚各大陆，气候全都十分温暖。
这种事实的存在，就根本否定了冰川成因的全球变冷论。
晚元古代的冰川发生，则往往在低纬度出现。
常常是在反应温暖气候的低纬度沉积物之间，夹有冰川沉积。
冰川沉积与温暖气候沉积之间，很少存在明显过渡气候沉积特征。
这种事实的存在，又使通过大陆板块漂移经极区时引起冰川的观点成为不可能。
第四纪冰川由于研究比较详细，所以对其发生特点也就了解更多。
大体上讲有三个明显发生特点:
一是不同大陆发生冰川时期不同。
原苏联的许多学者就一直认为，亚洲东北部的冰川发生和欧洲不同步[9]，还有资料认为，大陆冰川在北美的发生时间早于欧洲[10]，亚洲更晚于欧美。
二是第四纪冰川的发生，同期冰川在不同大陆发生强度不同[10]。
欧洲以萨勒冰川的发生强度最大。
阿尔卑斯则又变为相对较早的里斯冰川最强。
到了北美，最强的冰川活动又变成了更早的堪萨冰川和最晚的威斯康星冰川;
三是发生冰川活动的区域，即存在东西半球不对称，也不明显受纬度海拔的控制。
例如冰川发生的南界（见图2），在欧洲是38°、北美为47°、亚洲则为60°[10]。
在中国，除在西部高山发现冰川之外，也在靠海的长白山与台湾玉山发现冰川现象[9]，可位于东西部之间的五台山、神农架等高山，却没有发现明显冰川迹象[9]。
对于这样的第四纪冰川发生特征，不论是应用全球变冷论、大陆漂移通过地极论，还是地轴倾斜的理论，全都难以合理解释。
对于前述各个时代冰川，虽然应用现有理论，很难提出满足所有已知特征的成因解释，可一旦我们认定地球的旋转地极可以漂移时，则上述的所有冰川发生特征，就全都可以十分合理地加以解答了。
例如晚元古代时期的大陆，是分成了包括印度的亚洲、欧洲北美、南部不包括印度的冈瓦那三大块，并分别停留在相当于现在的东北太平洋、乌拉尔山两侧、东印度洋一带的位置演化。
由于三大片大陆呈大品字分布，从而使得任意两块大陆，由于地质演化变成赤道时，另一大陆就位于地极位置或其附近。
而一旦地极发生大幅度漂移，则原来位于极地的大陆就变成赤道附近，原来位于低纬度的某一大陆，则可能变成新的地极。
古生代石炭——二叠纪时，地极正位于冈瓦那大陆之上停留，所以当时南大陆发生冰川也是，与高原升起等地质演化，并且不同大陆的盆地形成，与高原升起演化，却不一定同步，这样自然就会造成地极发生复杂移动。
致使大陆冰川，时而随地极移到甲大陆内，时而移到乙大陆边缘，自然就可产生和已知第四纪冰川相同的冰川发生特征了。
对于地史时期的气候变化，了解最详细的当然是晚全新世。
但晚全新世以来的气候变化，也无法应用任何全球变冷变热，或青藏高原隆升引起的气候环流改变来加以解释。
杨守仁等（1993）列举了大量事实，说明晚全新世以来气候的变化。
作为东半球的中国和西半球大西洋两岸的欧美，气候的改变特点是有时同步，有时完全相反。
南极洲不论变冷还是变热，也不是所有大陆都随之发生相同的变化，而是有的随之发生相同变化，有的发生相反的冷热改变。
怎么解释这些表面上矛盾，而又没有规律的气候变化事实呢?
很明显应用与太阳活动有关或无关的，全球变热变冷理论，以及地球旋转轴和公转平面交角，周期性改变的理论，都无法合理解释全部事实。
冰后期以来的气候波动及与之相关的可能地极移动
时间
地极可能
移动方向
各大陆与大洋内 部分气候波动变化证据
15500
1
14930
地极可能
移向欧洲
与冰岛一
格陵兰之
间方向
15500a.B.P 瑞士苏黎世湖泊沉泊地层钻孔内出现冰碛沉积[14]
15000a.B.P前后大西洋二侧的欧美曾发生了一次强烈气候冷暖变化现象[5]。
15400-15030a．B．P 我国西藏仑则茶卡和新疆柴窝堡出现高湖水面，反映气候变
暖变潮湿[12l
14930±370a．B．P前我国西昆仑南坡崇测冰川下部形成较厚湖相沉积，反应有一
定时期气候比较温暖[2。
14920
1
14000
地极可能
由欧洲移
向中西伯
利亚高原
方向
14920±750a．B．P我国天山望峰形成冰进终碛
14830a．B．P后 我国青海湖地区气候变冷干，湖泊水面下降，甚至完全失水堆积
土[10.11]
14780-14700a．B．P我国云南大理一带形成大理冰期终碛[5]，我国东海水下约154．7米形成贝壳堤，显示海面极低[19]
14500a．B．P爱尔兰与葡萄牙海岸钻孔氧同位素比值变化都反应一定程度快速升温[14]
14000a．B．P前后美国西部与英国表现高湖泊水面，反应高温多雨[12]
13500
1
10000
地极可能
由北欧二
次波动性
移向冰岛
一格陵兰
方向
13400a．B．P我国西藏仑则茶卡湖泊为中湖水面高度[12]，与此同时我国青藏高原气候开始转暖[10.11]。
13326+200a．B．P我国天山望峰形成冰进终碛。
13000-11000a．B．P我国华北平原也气候变暖，但早期略凉，乔木为云杉冷杉较多，晚期增温，乔木主要为椴树[17]。
13000-11000a．B．P前后，大西洋两侧的欧美出现新仙女木、阿勒罗德两次寒冷气候波动，但同时期的北美西部沉积却不明显反映这样气候变化[14]。
12140-10630a．B．P我国东海水面由低海面快速上升约90米[12]，同时期非洲撒拉气候也十分温暖湿润[16]。
11540土750a．B．P前后正在北欧发生新仙女木气候变冷的时期[12]，我国青海共和盆地沙珠玉冰缘区，气候转暖，形成古土壤[12]。
11000-8000a．B．P有人认为南极洲地区气候为最适宜期[13]。
10000
1
9500
地极可能从冰岛一格陵兰移向北美阿拉斯加方
向
10000a．B．P前后，格陵兰冰芯，北大西洋沉积，西北欧花粉、爱尔兰和葡萄牙钻孔、都反应有大西洋二侧气候急剧转暖[12.14.15]
10000-9560印度塔尔沙漠温暖湿润,我国青海湖也暖干[10]，新疆乌鲁木齐河望峰末次冰期终碛垄上形成黄土[12l。
9500
1
8500
地极可能
移向东西
伯利亚方
向
9500-9000a．B．P我国五台山水草滩，内蒙古岱海石门水库，萨拉乌苏滴哨沟湾等处形成冰缘性冰卷泥[5]
9500-8500a．B．P格陵兰南部钻孔反应气候相对较暖，海面发生较小幅度上升[14]。
9400-9020a．B．P我国青海湖当时的气候表现温暖湿润特征[10]，南极州大陆当时气候也似乎为最适宜期[5]。
9170+400a．B．P天山望峰终碛垅上形成黄土[12]。
9020-8420a．B．P我国青海湖气候暖干[10]，印度塔尔沙漠也为温干[10]。
8500
1
7700
地极可能
主要在北
美大陆方
向波动
8500-8000a．B．P日本发生较强海进[14]，与此同时北美西部湖泊水位迅速下降，木本植物减少（15），非洲的东非湖泊与尼罗河也水位低（15）。
但南极大陆仍为最适宜期（13）
8420-8070a．B．P我国青海湖气候较暖，随后为暖干[10]。
8500-6500a．B．P非洲撒哈拉气候变十分湿润。
8500-5600a．B．P我国华北平原木本植物以栎为主，有梅、枫杨、枫香等，表明气候分温暖，为全新世最佳期。
8000-7000a．B．P前后，日本发生较强海进[，与此同时登坦和休登等认为欧美存在较小冰期降温，冷锋在7800a．B．P前后[5），冷锋过后发生快速升温。
8350-7090a．B．P我国共和盆地沙珠玉，形成冰融褶皱。
7900+_20a．B．P我国西藏当雄羊八井形成泥碳沉积，也反应气候曾经十分温暖植物繁盛。
7740-3-700a．B．P北欧开始北方期和大西洋期之间的过渡期，气温逐步升高。
7700
1
6000
地极可能
在北美与
格陵兰方
向波动
7500a．B．P前后，南极州维斯特福尔德丘陵发生强烈海进，在此前后日本也发生强烈海进。
7530-7200a．B．P我国青海湖暖干[10]，同期我国新疆红五月桥形成湖相沉积，也反应气候温暖（5）。
当时气温比现在高约1度左右（5）。
7700-6200a．B．P北欧高纬度存在增暖。
7700-5500a．B．P非洲湖泊与尼罗河表现高水位（15）。
7500-6100a．B．P华北气候也十分温暖，雨量充沛，乔木以栎为主十分繁盛，气温比现今高2-3度110J青海湖当时也十分温暖，
7000-5060a．B．P北欧为比较凉湿的大西洋期（11），
6800a．B．P中国苏北发生海进。
6500a．B．P东京湾钻孔反应再次发生较强海进。
6180±80我国共和盆地古沙丘上形成古土壤[2]，在此前后我国青海湖也为高湖面6100-6040a．B．P南极帅[威尔克斯地温德米尔群岛与维斯特福尔德丘陵发生强烈海进，升温约2度左右。
5700
1
5000
地极可能
在西伯利
亚与北欧
之间
5800-4900a．B．P登坦和休登认为当时北半球存在小冰期推进。
冷锋为5300a．B．P前后
5700-5000a．B．P我国新疆乌鲁木齐河源地区与我国西部博格达峰发生小规模冰进，内蒙岱海公沟沿、石门水库、东河沿等处形成冰缘期性冰卷泥，北欧当时仍为大西洋期凉湿气候。
5600+-100a．B．P之后，我国北京大王庄西钻孔内花粉有云杉、冷杉、松等，反应气候明显变冷（9）。
5500a．B．P 南极州维斯特福尔德丘陵发生强烈海进。
5500-4500北欧为大西洋期较寒冷时期，北美半干旱区干热。
5000
l
4500
地极可能
移向了北
欧与冰岛
一格陵兰
方向
5000-4500a．B．P我国华北变十分温暖，上海也十分温暖，为常绿阔叶树分布”j，但当时青海湖水位曾发生快速下降。
5000a．B．P我国东南沿海海滩岩反应有相对现代高度稍低高海面（15]天山地区似有小冰川活动[9）。
5000-3800a．B．P印度塔尔沙漠也气候湿润。
5000a．B．P瑞典哥特兰岛上湖相沉积内氧同位素研究反应温度变冷，平均降温约2度[9），同时期斯堪的挪维亚花粉曲线的榆线下降较低点[9]，加拿大格陵兰等北 大西洋地区也变冷。
5000a．B．P新西兰北岛也发生了气温下降现象
5200-4600a．B．PGoudie认为欧美是小冰期
4500a．B．P前美国佛罗里达海岸也海平面下降2米（9]。
500
1
4000
当时地极
可能深入
北欧与西
伯利亚平
原方向
4500a．B．P后上海气温发生较大下降，与此同时中国东部存在海退现象。
4750-3830a．B．P青海湖气候变为冷湿。
印度塔尔沙漠气候湿润。
4000a．B．P前荷兰西部沿海沉积剖面产生反应海退与气候变冷形成的泥碳层。
4080a．B．P我国天山地区留下新的小冰川扩张冰碛。
4020a．B．P后日本关东平原绳文中期发现有明显海退。
4000a．B．P通过放射性碳研究发现北非开始变干旱，撒哈拉气候恶化逐渐变为沙漠。
4000
1
3500
地极可能
在深入西
伯利亚方
向
4000-3500a．B．P日本在高海面之后发生迅速海退，当时在此前后东京湾海岸沉积速率最低。
3983-3522a．B．P西昆仑崇测形成冰碛[2），青海湖东沙滨形成沙丘，乌鲁木齐河源红五月桥地层内云杉缺失。
适应干旱气候的麻黄等草本植物增多。
3850a．B．P前后，赤道大西洋区碳酸盐沉积减少（9），在此前后北美阿拉斯加发生云杉推进[9）
3800a．B．P前后，我国珠江三角州强烈降温，温度比现在低4—5度。
3830-3130a．B．P中国青海湖气候变冷干。
3800-3500a．B．P印度塔尔沙漠气候变为干燥
3590~90a．B．P前青海南山形成冰源性冻胀丘。
3500a．B．P前后，日本发生小冰川推进低海面。
3300
1
2700
在冰岛一
格陵兰与
北欧方向
波动
3352-3200a．B．P南极大陆维斯特福尔德丘陵留下冰进终碛。
3500-3000a．B．P印度塔尔沙漠由干燥气候变湿润。
3300-2000a．B．P北欧比较寒冷，气温比较低1-2度，且有小冰川波动，北美半干旱区 干热，但亚利桑那与新墨西哥洲气候湿润。
3300-2000a．B．P非洲尼罗河水位高。
3300-2670a．B．P我国青海湖气候温和而略凉，后期比较湿润。
3300-2400a．B．P登坦和休登认为欧美存在小冰期
3000-2800a．B．P我国西北的乌鲁木齐河源和博格达峰有小冰进，北方地区当时有 大幅度降温（9），但降温到最低点时仅比现代略凉。
2980-2720a．B．P我国西南山地有雪当冰进，与此同时中国东部存在较小规模海退。
2700 1
2300
北欧或冰
岛一格陵
兰方向
2713-2000a．B．P前后我国华北形成较高海面的同居一苗庄贝壳堤。
2500-2000a．B．P欧美似乎具有小冰期波动。
2700-2330我国青海湖地区气候变得温凉潮湿。
2300
1
1780
约在现地
极与西伯
利亚平原
方向波动
2350-1970a．B．P我国内蒙岱海、锡林浩特，萨拉乌苏形成冰缘性冰卷泥。
2300-2000a．B．P我国青海湖地区由温凉干燥渐转冷干。
2180-19500a．B．P非洲尼罗河水位低。
2000-900a．B．P大西洋两侧似乎比现在升温1度左右
1920-1822a．B．P我国西南山地也有较小规模冰进。
1860~950a．B．P我国冰缘区的马衔山形成融冰泥。
1780±80a．B．P我国天山形成现代黄土堆积。
1403
l
1113
移向格陵
兰、北美方
向
1403-1113a．B．P我国河南安阳的殷代遗址发现大量适应亚热带气候的动物（15），在此前后我国北方形成反应较高海面的张贵庄一常庄贝壳堤119]。
东南沿海海滩岩的高度也反应海面有很大幅度上升（19）。
1500-400a．B．P非洲湖泊水位高，为多雨期（15）。
1000
1
897
约在西伯
利亚方向
940+-50a．B．P我国西部青藏高原发生了海螺沟冰进
（2），在其前后青海湖气候变冷干（10）。
903-897a.B.p我国汉江在冬季二次发生结冰现复[15]。
寨冷气候持续一百年。
893
—600
约在北欧
方向
893-613a．B．P春秋时期的我国山东有竹和梅，冬天无冰，为亚热带气候。
800=600a．B．P非洲尼罗河为高洪水水位。
600
———400
主要在西
伯利亚
610—455a．B．P中国北方锡林郭勒存在冰缘性冰卷泥[51，同时东南沿海海滩岩也反应海面下降较多[5l。
455—420a．B．P我国西部乌鲁木齐河源与博格达峰有小冰进[51。
400
———100
移入欧洲
与西伯利
亚之间方
向
400-300a．B．P北欧有山地冰川前进，比现在冷1—2度[5]。
363-113a．B．P战国时期我国北方仍然比较温暖，山东农作物一年二熟（15l。
360-100a．B．P我国天山及西部高山有冰进终碛形成[12l。
公元前518一公元862年，我国华北地区形成了反应高海面的泥沽一岐口贝壳堤
（1）
公元
前后
移向西伯
利亚
70a.B.p·前后天山有冰进终碛形成
公元前后我国气候再次变冷，几次春寒，晚春时洛阳还在降霜降雪。
公元
127
———367
北美、格陵
兰方向
127-367年，天气较暖，汉代天文学家张衡著南都赋有穰橙邓桔之句，表明豫南当时栽培的柑橘很有名[15l，并且毕福志等认为当时我国东南沿海海面上升33米之多。
公元
367
———608
移向西伯
利亚方向
367-608年，南北朝时的南朝都城南京覆舟山建立有冰房[5l。
公元
608———
1000
地极再移
北美方向
608-877年，隋唐时期天气变暖，8、9世纪长安广种梅树柑桔，为亚热带气候[51。
759-1089年，非洲尼罗河为低洪水水位[5]，
公元前-882年前，我国华北形成反应高海面的泥沽一岐口贝壳堤[91。
500-1050年，美国西南部干旱频繁[5）。
公元
1000
1
1200
又移向中
或东西伯
利亚方向
1000年，中国气候强烈转寒，特别是12世纪初气候更冷，诗人苏轼在诗中曾哀叹梅在关中消失[15，与此同时中国野象也向南迁移约15个纬度左右[51。
1000-1200年，冰岛、格陵兰气候强烈增暖，气温上升达0.5--1.5度，与此同时非洲尼罗河为高洪水水位1151。
公元
1200
-1300
移向阿拉
斯加方向
1200-1300年欧洲较暖[151，我国气候也有变暖。
1192-1382年非洲尼罗河低洪水水位115）
公元
1300
西伯利亚
方向
1329-1353年，我国太湖冰冻达数尺[151。
1300-1550年，欧洲冬季寒冷，北美西南地区干旱频繁[151。
十五世纪开始地极的移动变小，一般在现有极点位置附近波动，但17世纪前后波动较大。
注:
表内地极位置移向某一大陆时,可以是地极直接移动到大陆之上,
但只要认定北极曾经发生过某种游移（见表1），则各大陆的一切气候变化，就全都成为相应地极位置移动条件下的必然气候改变特征了。
例如公元前10700年以前，当认定地极当时移向欧洲与格棱兰方向时，则北欧由于新仙女木事件变冷[12]，中国东部[15]和南极洲[14]相应变暖就是必然的。
如果地极移动幅度较大，造成赤道暖气流和中纬度西风环流，都可深入北非内陆，而中纬度西风和印度洋季风，却都必须穿越干，也是必然的。
再比如公元前4500—3000年期间，北大西洋两侧的欧美发生了高纬度地区变暖，与此同时非洲由于湖泊和尼罗河洪水位都高，而印度塔尔沙漠气候温暖[16]，也部反应气候似乎变暖。
可中国的上海、浙江、华北以及珠江三角洲的气候，却全都表现快速降温[15]，赤道大西洋中部附近，也由气温下降，而发生碳酸盐沉积减少。
北美阿拉斯加也同样发生云杉推进，反应气候的变冷。
怎么样解释这些相互十分矛盾的气候变化呢?
同样也是只要认定当时的地极，移向了东西伯利亚附近，气候的这一切变化就易于理解了。
虽然全新世的实际气候改变，也许不都是因为地极的移动，或者随收集的气候变化资料增加，表内某些时期的地极位置会进行一些改变，但全新世气候变化至少有一部分，是因地极移动引起是必然的。
并且有许多资料都可证明这一点。
总之，地极的移动经天文观察证明确实存在，且从古地磁、古气候、古冰川等成因的合理解释上，也都得到了证实。
所以其确可存在就具有者必然性。
2、地极可以移动的原因与极移发生机制
2.1地球旋转椭球体完全可随自转方向变化而变形调整
地球事实上不是真正不可变形刚体，而是完全可随地板移动引起的自转方向的改变，来不断调整极半径和赤道半径位置的可变形旋转椭球体。
根据有三：
一是占地球一半直径的地核，除中央是一个直径很小的固体内核外，整个外地核几乎全都是由液态金属硫化物构成[3、17、18、19]，完全可随自转方向改变发生椭球变形调整。
二是地幔和地壳虽以固态物质为主，但因表面积巨大，其内温度也很高，上地幔与地壳内低速带甚至是近熔融的，因而也完全可随极移引起的地球自转方向改变发生变形调整。
三是地球的自转运动速度很大，完全可以为极移发生时的，地球旋转椭球体变形调整，提供足够动力。
据计算现在赤道表面的物质运动时速高达1670km，就是核幔边界运动时速也可达913km，两极的自转速度为0。
由于具有这么巨大的自转离心运动速度差，因而在极移发生时，完全可为极半径和赤道半径位置调整，提供足够动力，并便地球可不断随极位置发生改变，引起椭球体变形调整，而不会因极半径和赤道半径存在2lkm差数[3、17、18]，影响地极的移动。
从强度较小的日月引力作用，都能引起地球发生固体潮汐的事实看，也从另一侧面证实了地球球体，确实存在着在受到外力作用时，具有着可变形调整性。
图3是戈尔德里克与托姆莱（1969），提出的地表地壳升降可引起地极移动的证明实验（见图3），在图内当金龟子进行移动时，实验证明全圆圆球体的地极就可发生漂移。
地球虽然是旋转椭球体，而不是圆球，但因如前所述极半径与旋转赤道半径及位置，都可随地极的移动而改变，因而在地表大陆一旦发生复杂升降时，引起极
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