1967年，摩根（Morgan）、麥肯齊（Mekenzie）、勒皮順（LePichon）等人將海底擴張説與大陸漂移説的基本原理擴大到整個地球岩石圈，並總結提高為對岩石圈運動和演化的總體規律的認識。這種被稱為板塊構造的學説很快為地球科學界廣泛接受，並用來解釋雄偉山脈、巨型裂谷和深長海溝等各種地球構造的形成和演化。然而，地殼板塊是如何形成的？在形成之前地球經歷了怎樣的演化過程？地球演化的終極驅動力又是什麼？地球為什麼時而冷如雪球時而熱如煉獄？又是什麼造成生物大滅絕？大陸漂移和板塊構造假説無法系統地解釋這些有關地球演化的重要問題。

　　《前沿科學》2015年第2期刊登了大連理工大學岩石破裂與失穩研究所所長、長江學者特聘教授唐春安的論文《地球大龜裂》。文章從地球作為一個熱力學系統的熱能轉化和變化出發，從動力學角度重新思考和解釋了超大陸形成和裂解、火山噴發與玄武岩溢流、全球變暖變冷以及生物滅絕等地球演化過程中的主要事件。唐春安認為，地球內部的放射性衰變熱、相變熱等産熱是地球演化的主要驅動力。地殼與地幔物質在熱平衡條件下的不斷相互轉化，誘發了一系列以升溫與冷卻、膨脹與收縮、熔融與凝固為特徵的地表變遷史。

　　五種熱量決定地球的溫度變化

　　唐春安認為，如果將地球作為一個系統，地球演化過程主要涉及五種熱：地球形成初期的原始熱、從太陽輻射獲得的入射熱、地球對外太空輻射的損失熱、地球內部的放射性衰變熱、地球物質凝固或熔融過程中産生的相變熱。地球的熱量變化由除地球原始熱外的四種熱量變化過程決定。而地球是宇宙空間中的一個發熱物體，它的狀態受宇宙空間的寒冷與地球的內熱相互制約，其中最重要的控制因素就是地殼——這層為地球“保溫”的殼。

　　地殼厚度和性態並非是一成不變的。“儘管在地殼形成的初期，由於地殼的形成阻隔了地球內部的熱量釋放，地表的熱流值大大降低，地表必然趨冷。但‘殼’的保護有利於保持地球內部的熱量不容易擴散到外空間，使得地球內部的溫度可以緩慢增加，進而造成地球回暖。”唐春安解釋説，地球會從地殼形成初期的寒冷走向適宜生物演化的溫暖，再走向炎熱，直至走向熱週期的極端——地殼破裂、地震、火山噴發、熔岩溢流。極端熱事件會在極短的時間內消耗掉地球在漫長的時間裏積累起來的大量熱量，使得地球可能進入一個新的寒冷期。地球的熱週期演化再次旋回。“但根據熵增加原理，只要時間足夠長，地球上的熱終將消失殆盡，最終趨於寒冷，成為一個沒有生命活力的死球。”唐春安説。

　　地殼演化的“鍋蓋”效應

　　在地球演化的早期，即太古代的早期，地球處於液態演化階段。地球的表面只有可以隨意流淌的熔岩海。沒有陸地，沒有海洋，沒有生命。“由於熔岩流動性大，易於上下對流，也易於水準流動，有利於地球與大氣的熱交換，輻射的熱損失大。”唐春安説，在地球演化的初期，地球總體處於失熱過程。“宇宙寒冷的環境將促使地球由外及裏逐漸冷卻，地球當初滾滾沸騰的岩熔海洋逐漸變成了呆滯黏稠的半流體，最後漸漸硬化，形成了岩石圈以及下部還未來得及凝固的軟流圈。”唐春安説，在這個過程中，零星、分散的大陸可能發生漂移、碰撞、聚合、造山，形成超大陸，並隨著地球表面的進一步冷卻最終聚合、拼接，形成完整地殼。

　　地殼的形成使地球的熱量變化再度發生變化。“由於固態岩石的絕熱作用，完整地殼形成後地球表面的失熱速率將大大降低，地球內部開始進入增溫期。”唐春安打比方説，這就像給逐漸冷卻的火鍋蓋上了鍋蓋。

　　隨著地球內部放射性衰變産熱的增加，地球內部的熱量逐漸積累，溫度逐漸增加，導致地殼膨脹、殼—幔邊界熔融並擴容，從而誘發地殼破裂。唐春安認為，地球表面熔岩的凝固、裂解使地球內部溫度産生週期性變化，驅動著地殼膨脹、收縮，産生裂解、漂移、碰撞和停滯。

　　唐春安是研究龜裂現象的專家。他認為，龜裂不僅符合能量最小、路徑最短的力學原理，而且具有跨尺度特徵。他説，人們通常所見的小尺度龜裂現象，完全有可能在地球演化的歷史長河中發生。只要地球熱膨脹達到一定程度，就有可能發生全球尺度的地球大龜裂事件。唐春安比擬説，就像高壓鍋達到臨界閾值，當地球內部的溫度積累達到臨界條件，岩石圈尺度的大量裂紋將會集中在某個時段大範圍擴展，形成地球大龜裂。

　　這勢必造成全球尺度的地幔降壓熔融和玄武岩溢流事件。而降壓熔融在物理上是一個吸熱過程。因此，這種大尺度的“破裂—降壓熔融—吸熱”的地幔降溫事件，也可能是導致冰河期的根本原因。“如果這一結論正確，就可以很好地解釋為什麼在低海拔、低緯度的海螺溝會産生如此規模的現代冰川。”唐春安認為，它可能與峨眉山玄武岩溢流事件中的劇烈失熱相關。

　　全球溫度週期與生物滅絕

　　近年來，許多地質學家都將全球變暖的原因歸咎於人類活動産生的二氧化碳等溫室氣體。唐春安並不這樣認為。“《科學》雜誌發表的全球多個採樣點500年來全球溫度變化的樣品分析數據表明，早在工業革命以前，全球氣溫就已經從小冰期返回並不斷上升。也就是説，全球變暖，除了工業‘溫室效應’這個原因之外，更為重要的原因則是自然背景的地球內部的熱量積累。”

　　在地殼形成之初，地球的表面因熱流值的減小而逐漸進入寒冷期。“地殼阻隔了地球內外的熱量交換，短時間內地表的熱流值減小。”唐春安認為，地殼隔熱效應和地球溫度的週期性變化是全球變冷、全球變暖的主因。“地球內部的熱量積累，波及到地表，就是人們所感受到的全球氣候變暖。”唐春安舉例説，2.5億年前的地球致命高溫導致海洋表面溫度高達40攝氏度。它産生的原因不是太陽輻射熱量的作用，而是地球內部的溫度積累波及到地表。

　　基於地球熱量變化的地球演化溫度週期模型還能解釋歷史上的生物大滅絕。“在生物的演化進程與溫度的週期之間應該存在密切的聯繫。”唐春安解釋説，地球溫度的高低對不同物種的存在和演化有重要影響。在高溫環境中，喜冷生物難以生存。在低溫環境中，喜熱生物也不可能順利存活。唐春安強調説：“地球大龜裂則是生物大滅絕的真正罪魁禍首。”

　　早在2000年，我國學者金玉玕等就在《科學》雜誌撰文，認為大規模岩漿噴涌活動是2.5億年前“二疊紀末大滅絕”的元兇。“不能排除隕石撞擊造成生物大滅絕的可能，但即使有，顯然它也只能是個案。”唐春安説，“如果根據地球熱量變化得到的地球演化溫度週期模型正確，那麼不僅可以推定生物滅絕事件與大型岩漿活動有關，而且可以推定生物的演化進程與溫度的週期之間的聯繫。”