地球动力学

• 国际地球参考系统
• 空间参考系统标识符 (SRID)
• Universal Transverse Mercator (UTM)

地球动力学是处理地球动力学的地球物理学的一个子领域。 它应用物理、化学和数学来理解地幔对流如何导致板块构造和地质现象，如海底扩张、造山、火山、地震、断层。 它还试图通过测量磁场、重力和地震波以及岩石的矿物学及其同位素组成来探测内部活动。 地球动力学的方法也适用于探索其他行星。

地球动力学通常关注在整个地球上移动物质的过程。 在地球内部，当岩石因应力场而熔化或变形并流动时，就会发生运动。 这种变形可能是脆性的、弹性的或塑性的，这取决于应力的大小和材料的物理特性，尤其是应力松弛时间尺度。 岩石在结构和成分上是不均匀的，并且承受着可变的应力，因此在空间和时间上很接近的地方经常会看到不同类型的变形。 在处理地质时间尺度和长度时，使用连续介质近似和平衡应力场来考虑对平均应力的平均响应是很方便的。

地球动力学专家通常使用来自大地测量 GPS、InSAR 和地震学的数据以及数值模型来研究地球岩石圈、地幔和地核的演化。

地球动力学家进行的工作可能包括：

• 模拟地质材料的脆性和韧性变形
• 预测大陆和超大陆的大陆增生和分裂模式
• 观察冰盖和冰川后回弹引起的地表变形和松弛，并对地幔黏度做出相关猜想
• 寻找并理解板块构造背后的驱动机制。

根据材料的特性和应力场的大小，岩石和其他地质材料会根据三种不同的模式（弹性、塑性和脆性）经历应变。 应力定义为施加在岩石各部分上的每单位面积的平均力。 压力是改变固体体积的应力的一部分； 剪切应力会改变形状。 如果没有剪切，则流体处于流体静力平衡。 由于在很长一段时间内，岩石在压力下很容易变形，因此地球处于流体静力学平衡状态，非常接近。 岩石上的压力只取决于上方岩石的重量，而这又取决于重力和岩石的密度。 在像月球这样的天体中，密度几乎是恒定的，因此很容易计算出压力分布。 在地球上，岩石随深度的压缩是显着的，需要状态方程来计算岩石的密度变化，即使岩石的成分是均匀的。

弹性变形总是可逆的，这意味着如果消除与弹性变形相关的应力场，材料将恢复到之前的状态。 只有当材料成分（例如原子或晶体）沿轴的相对排列保持不变时，材料才会表现出弹性。 这意味着应力的大小不能超过材料的屈服强度，应力的时间尺度不能接近材料的松弛时间。 如果应力超过材料的屈服强度，键会开始断裂（并重新形成），这会导致延展性或脆性变形。

当系统的温度足够高时，会发生延展或塑性变形，以至于大部分材料微观状态（图 1）未结合，这意味着大部分化学键处于断裂和重组过程中。 在延性变形过程中，这种原子重排过程将应力和应变重新分配到平衡状态的速度比它们累积的速度快。 例子包括火山岛或沉积盆地下方岩石圈的弯曲，以及海沟处的弯曲。 延性变形发生在依赖于化学键断裂和重组的扩散和平流等传输过程重新分布应变时，其速度与应变累积的速度差不多。

当应变局部化的速度快于这些松弛过程可以重新分布它时，就会发生脆性变形。 脆性变形的机制涉及缺陷的积累或传播之间的正反馈，特别是那些由高应变区域的应变产生的缺陷，以及沿应变的局部化。