1967年，摩根（Morgan）、麦肯齐（Mekenzie）、勒皮顺（LePichon）等人将海底扩张说与大陆漂移说的基本原理扩大到整个地球岩石圈，并总结提高为对岩石圈运动和演化的总体规律的认识。这种被称为板块构造的学说很快为地球科学界广泛接受，并用来解释雄伟山脉、巨型裂谷和深长海沟等各种地球构造的形成和演化。然而，地壳板块是如何形成的？在形成之前地球经历了怎样的演化过程？地球演化的终极驱动力又是什么？地球为什么时而冷如雪球时而热如炼狱？又是什么造成生物大灭绝？大陆漂移和板块构造假说无法系统地解释这些有关地球演化的重要问题。

    《前沿科学》2015年第2期刊登了大连理工大学岩石破裂与失稳研究所所长、长江学者特聘教授唐春安的论文《地球大龟裂》。文章从地球作为一个热力学系统的热能转化和变化出发，从动力学角度重新思考和解释了超大陆形成和裂解、火山喷发与玄武岩溢流、全球变暖变冷以及生物灭绝等地球演化过程中的主要事件。唐春安认为，地球内部的放射性衰变热、相变热等产热是地球演化的主要驱动力。地壳与地幔物质在热平衡条件下的不断相互转化，诱发了一系列以升温与冷却、膨胀与收缩、熔融与凝固为特征的地表变迁史。

    五种热量决定地球的温度变化

    唐春安认为，如果将地球作为一个系统，地球演化过程主要涉及五种热：地球形成初期的原始热、从太阳辐射获得的入射热、地球对外太空辐射的损失热、地球内部的放射性衰变热、地球物质凝固或熔融过程中产生的相变热。地球的热量变化由除地球原始热外的四种热量变化过程决定。而地球是宇宙空间中的一个发热物体，它的状态受宇宙空间的寒冷与地球的内热相互制约，其中最重要的控制因素就是地壳——这层为地球“保温”的壳。

    地壳厚度和性态并非是一成不变的。“尽管在地壳形成的初期，由于地壳的形成阻隔了地球内部的热量释放，地表的热流值大大降低，地表必然趋冷。但‘壳’的保护有利于保持地球内部的热量不容易扩散到外空间,使得地球内部的温度可以缓慢增加，进而造成地球回暖。”唐春安解释说，地球会从地壳形成初期的寒冷走向适宜生物演化的温暖，再走向炎热，直至走向热周期的极端——地壳破裂、地震、火山喷发、熔岩溢流。极端热事件会在极短的时间内消耗掉地球在漫长的时间里积累起来的大量热量，使得地球可能进入一个新的寒冷期。地球的热周期演化再次旋回。“但根据熵增加原理，只要时间足够长，地球上的热终将消失殆尽，最终趋于寒冷，成为一个没有生命活力的死球。”唐春安说。

    地壳演化的“锅盖”效应

    在地球演化的早期，即太古代的早期，地球处于液态演化阶段。地球的表面只有可以随意流淌的熔岩海。没有陆地，没有海洋，没有生命。“由于熔岩流动性大，易于上下对流，也易于水平流动，有利于地球与大气的热交换，辐射的热损失大。”唐春安说，在地球演化的初期，地球总体处于失热过程。“宇宙寒冷的环境将促使地球由外及里逐渐冷却，地球当初滚滚沸腾的岩熔海洋逐渐变成了呆滞黏稠的半流体，最后渐渐硬化，形成了岩石圈以及下部还未来得及凝固的软流圈。”唐春安说，在这个过程中，零星、分散的大陆可能发生漂移、碰撞、聚合、造山，形成超大陆，并随着地球表面的进一步冷却最终聚合、拼接，形成完整地壳。

    地壳的形成使地球的热量变化再度发生变化。“由于固态岩石的绝热作用，完整地壳形成后地球表面的失热速率将大大降低，地球内部开始进入增温期。”唐春安打比方说，这就像给逐渐冷却的火锅盖上了锅盖。

    随着地球内部放射性衰变产热的增加，地球内部的热量逐渐积累，温度逐渐增加，导致地壳膨胀、壳—幔边界熔融并扩容，从而诱发地壳破裂。唐春安认为，地球表面熔岩的凝固、裂解使地球内部温度产生周期性变化，驱动着地壳膨胀、收缩，产生裂解、漂移、碰撞和停滞。

    唐春安是研究龟裂现象的专家。他认为，龟裂不仅符合能量最小、路径最短的力学原理，而且具有跨尺度特征。他说，人们通常所见的小尺度龟裂现象，完全有可能在地球演化的历史长河中发生。只要地球热膨胀达到一定程度，就有可能发生全球尺度的地球大龟裂事件。唐春安比拟说，就像高压锅达到临界阈值，当地球内部的温度积累达到临界条件，岩石圈尺度的大量裂纹将会集中在某个时段大范围扩展，形成地球大龟裂。

    这势必造成全球尺度的地幔降压熔融和玄武岩溢流事件。而降压熔融在物理上是一个吸热过程。因此，这种大尺度的“破裂—降压熔融—吸热”的地幔降温事件，也可能是导致冰河期的根本原因。“如果这一结论正确，就可以很好地解释为什么在低海拔、低纬度的海螺沟会产生如此规模的现代冰川。”唐春安认为，它可能与峨眉山玄武岩溢流事件中的剧烈失热相关。

    全球温度周期与生物灭绝

    近年来，许多地质学家都将全球变暖的原因归咎于人类活动产生的二氧化碳等温室气体。唐春安并不这样认为。“《科学》杂志发表的全球多个采样点500年来全球温度变化的样品分析数据表明，早在工业革命以前，全球气温就已经从小冰期返回并不断上升。也就是说，全球变暖，除了工业‘温室效应’这个原因之外，更为重要的原因则是自然背景的地球内部的热量积累。”

    在地壳形成之初，地球的表面因热流值的减小而逐渐进入寒冷期。“地壳阻隔了地球内外的热量交换，短时间内地表的热流值减小。”唐春安认为，地壳隔热效应和地球温度的周期性变化是全球变冷、全球变暖的主因。“地球内部的热量积累，波及到地表，就是人们所感受到的全球气候变暖。”唐春安举例说，2.5亿年前的地球致命高温导致海洋表面温度高达40摄氏度。它产生的原因不是太阳辐射热量的作用，而是地球内部的温度积累波及到地表。

    基于地球热量变化的地球演化温度周期模型还能解释历史上的生物大灭绝。“在生物的演化进程与温度的周期之间应该存在密切的联系。”唐春安解释说，地球温度的高低对不同物种的存在和演化有重要影响。在高温环境中，喜冷生物难以生存。在低温环境中，喜热生物也不可能顺利存活。唐春安强调说：“地球大龟裂则是生物大灭绝的真正罪魁祸首。”

    早在2000年，我国学者金玉玕等就在《科学》杂志撰文，认为大规模岩浆喷涌活动是2.5亿年前“二叠纪末大灭绝”的元凶。“不能排除陨石撞击造成生物大灭绝的可能，但即使有，显然它也只能是个案。”唐春安说，“如果根据地球热量变化得到的地球演化温度周期模型正确，那么不仅可以推定生物灭绝事件与大型岩浆活动有关，而且可以推定生物的演化进程与温度的周期之间的联系。”