在論證了地球的脹縮運動以後，有關地球膨脹運動的計算及其算法、地球膨脹階段的劃分等就成為人們必須考慮的主題。
在本節裏，將討論地球膨脹階段的地球表面積、體積、半徑等參數的改變量計算方法，對如何根據實際資料求取地球膨脹的數值等技術手段做出說明，並列出相關計算公式。根據以往的研究成果對地球膨脹階段的劃分提出新的認識，將地球的膨脹劃分為：表面積擴充階段、體積擴充階段、巖漿外溢量持續增大階段、巖漿外溢量持續減小階段、地球收縮階段等。地球的膨脹過程既不是半徑壹概增大的過程，也非單調減小的過程，而是壹種受周期性函數作用力控制的，地球半徑在“增加壹減小—增加—減小”的循環往復中逐漸增長。
1.膨脹參數的求取
地球膨脹的證據為我們提供了分析研究地球膨脹量的強有力資料。
在尚未論述洋中脊和海溝的特點與形成原因之前，首先假設以下條件成立：
（1）洋中脊是地球膨脹時期的產物，洋中脊的擴張範圍就是地球的膨脹表面積之壹。
（2）海溝是板塊與板塊結合地帶，是壹種向地幔層方向褶皺的“負向山脈”，它與洋中脊不是同期產物。
（3）假設地球膨脹時期的造山運動大約等於零，地球的表面積縮小量約為零。
（4）假設地球膨脹時期相鄰兩陸塊之間若不被後期的洋中脊分開，就不存在顯著的分離。
於是，地球的膨脹參數可以按照如下方法獲得：
1.1 地球膨脹所產生的表面積改變量（△S）
設地球收縮後且膨脹前的表面積為SA，地球膨脹運動結束後且開始膨脹前的表面積為SB，則地球膨脹運動所產生的表面積改變量
圖4-4 萊茵地塹綜合剖面圖
（a）地溫剖面圖（據Illies,1965）；（b）布格異常剖面（據Mieller等，1967）；（c）磁測剖面（據Roche和Wohlehberg,1969）;（d）地質剖面1（據Mueller,1969）；（e）地質剖面2（據Sittler,1967）；（f）總體剖面（據Illies,1967）
地球動力與運動
式中，各變量單位均為km2。
式（4-1）是壹個理論方程，實際工作中是沒法操作的。在實際工作中，地球表面積的改變量可按下式求取：
地球動力與運動
或者：
地球動力與運動
式中，S1,S2,S3，…，Sn等在形成時期、單位等方面具有壹致性。可以進行如下約定：
S1——洋中脊擴張範圍面積（km2）;
S2——板塊之間裂谷範圍面積（km2）;
S3——板塊內部裂谷範圍面積（km2）;
S4——板塊內部地塹範圍面積（km2）;
S5——板塊內部所有正斷裂平面張開範圍面積（km2）;
Sn——相當於式（4-2）中的δ，其他可能遺漏的因地球膨脹產生的未單獨列出的面積（km2）。取n=6，則Sn=S6，即地球膨脹的表面積增加包括6方面內容。那麽式（4-2）、式（4-3）可改為：
地球動力與運動
求S1
依據假設條件，洋中脊的擴張範圍就是地球的膨脹表面積，只要求得洋中脊的範圍面積，即求得了S1。顯然：
地球動力與運動
式中，S11,S12,S13，…，S1n等，分別代表不同洋脊的擴張範圍面積，如：北太平洋洋脊、南太平洋洋脊、智利洋脊、印度洋—太平洋洋脊等等。下面以北太平洋洋脊為例，說明如何計算洋脊的擴張範圍：
地球膨脹發展到壹定程度，首先引起固態巖石圈的張開，洋中脊的產生與發展則建立在板塊或板塊間的破裂基礎上，隨著地球的膨脹，“液”態的地幔物質膨脹速度大於固態物質的膨脹速度，因而巖漿順著板塊間的裂口向“外”拓展空間，以平衡因膨脹而產生的體積增量，這種過程在地球膨脹期內將不斷地進行，在進行過程中，外逸的巖漿不斷地排開最初的板塊裂口，使板塊之間的距離越來越大，當地球膨脹停止時，在原來的狀態下，出現了擴張後的大面積增量，即為所求增量。板塊最初的裂紋無疑是巖漿填充時的背景，由於板塊最初的裂紋不同，洋中脊具有不同的擴張形態，其中被人們稱為轉換斷層的裂縫，即是最初的裂紋呈折線的結果。只要圈定出板塊最初裂紋，即求得了洋中脊的擴張範圍，再用求積儀計算圈線所占面積。
完成全球各洋脊的擴張範圍面積計算，即求得了S1。
采用找最初彌合線—圈線—計算面積的辦法，同樣施於對S2、S3、S4、S5、S6的求取，最後對所得各類面積用式（4-4）累加，即可獲得地球膨脹後地球表面積的擴張增量。
1.2 地球膨脹所產生的體積改變量（△V）
在獲得了地球膨脹的表面積增量後，求取體積的增量顯得簡單壹些。為了便於分析，先看幾條剖面圖（見圖4-5）。
圖4-5 幾條過洋中脊的地形剖面（據Heirtzler,1966）
（a）大西洋剖面（據米康，1962）；（b）東太平洋剖面（據H.W.米納德，1969）；（c）南太平洋剖面
三條不同海域的過洋中脊的地形圖，是各地洋中脊不斷變化形成的縮影，顯而易見，他們***同具有的特征就是從洋中脊中心向兩側逐漸變緩，形成了中間高、兩側低的勢態，這是地幔物質因膨脹、體積變大、外逸卸載所造成。因此，在計算地球膨脹的體積改變量時，應按照如下算式計算（見圖4-6）：
地球動力與運動
式中：V1——由表面積改變量換算所得體積改變量，單位：km3。換算式如下：
地球動力與運動
V2——洋中脊的多余外逸量，單位：km3。算式如下：
地球動力與運動
ζ——調節數，單位與其他項壹致，為遺漏量或計算誤差，可正可負，其絕對值相比之下應為小。
式（4-7）中，RA為地球膨脹前的地球半徑；R△為地球膨脹後地殼半徑的伸長量。由於地殼的張裂，地幔膨脹壹方面通過地殼的裂口外逸部分巖漿，另壹方面直接將地殼向“外”推開而擴展自身空間，R△即為這種效應的改變量；RB為地球膨脹後最終量，與R△之間的增量等於洋中脊在RB之外的多余量，它是洋中脊的凸隆體積部分碾平後覆蓋地球表面所形成的厚度值（參閱圖4-6）。
圖4-6 地球膨脹參數關系
式（4-9）中，i值的改變表示洋中脊的不同，不同的洋中脊有不同的分布範圍和不同的高度、不同的體積，計算式如下：
地球動力與運動
式中，S為洋中脊的橫斷面面積；dl為微元的長度。
1.3 地球膨脹所產生的半徑改變量（△R）
由圖4-6可知，地球膨脹運動所產生的地球半徑的改變量計算式為：
地球動力與運動
也可由下式計算：
地球動力與運動
式中，RA或RB可以通過現代地球物理探測方法獲得，按照地球目前處於近銀點附近的壹般觀點，地球正處於地球收縮期，地球現在的半徑測值既不是RA，也不是RB，要想獲得RA或RB，還要計算地球在喜馬拉雅造山運動時期的地球半徑改變量。
地球半徑的改變量也可以通過體積改變量和表面積改變量直接計算獲得。
2.地球的膨脹階段劃分
自從人們認識了地球曾經發生過膨脹運動後，有關地球膨脹的模式就壹直成為人們探求的課題。在本書內容形成以前，有四種膨脹模式較為突出：單壹膨脹式、非對稱膨脹式（凱裏模式）、威廉斯模式、脈沖膨脹式。四種有關地球的膨脹模式，由於缺乏系統理論的指導，盡管在某壹方面或某幾方面考慮周到，但總不能避免局限性，有時甚至出現不能自圓其說的局面。
我們說地球的膨脹體現有兩種，壹種是短周期的膨脹，主要是由於地球繞太陽運行受太陽的作用而引起，體現在地球大氣層的變化上；另壹種是長周期的膨脹，主要是由於地球繞銀核運行受銀核的作用而引起，體現在地球的巖石圈的變化上。地球膨脹是由於地球受到了膨脹力作用，這種作用力實質上是壹種脹縮力。在地球軌道壹周內，壹段時期表現為膨脹力作用，而在另壹段時期內則表現為壓縮力作用。地球所受膨脹力既不是壹概增大的過程，也不是單調減小的過程，而是在壓縮力之後表現為單調增加，當達到極大值後又表現為單調減小，是壹種含周期性函數特征的作用力，在這種力作用下，地球的膨脹表現在地球半徑的增量△R隨時間呈壹種幅度、跨度為非對稱的曲線形態，這種形態可用圖4-7加以示意，由此可見，在地史長河中，地球的半徑在“增加—減小—增加—減小”的循環往復中逐漸地增長。
圖4-7 膨脹過程中地球半徑增量隨時間變化關系曲線示意圖
膨脹力作用於地球使地球發生膨脹的過程可分為四個階段：表面積擴充階段、體積擴充階段、膨脹力持續增大作用階段、膨脹力持續減小直至為零作用階段，各階段用圖簡示如圖4-8。
圖4-8 陸塊的張裂過程
1—地球膨脹使陸塊分裂而增加地球表面積；2—地球繼續膨脹使地幔外逸而增加地球體積；3—地球受不斷增大的膨脹作用，地球表面積、體積體積變大的同時、巖漿大量外逸，洋中脊越來越向外凸出；4—地球仍在膨脹，但作用力逐漸變小，巖漿外逸量逐漸減小，洋中脊向內凹進
2.1 表面積擴充階段
地球的表面積擴充階段是指地球從地殼發生張裂開始到巖漿從裂谷中逸出前的階段。
地球受到膨脹力作用後，地球的各個層圈都將發生膨脹改變，這些改變量全部體現在包裹在外的地殼上，由於膨脹所引起的體積增加必須通過表面積的增加來完成，所以，作為剛性體的地殼發生張裂，張裂氛圍板間張裂和板內張裂，張裂逐漸加深加寬，壹方面完成了體積增量的空氣填充，主要的壹方面是使地球的表面積得到了擴張。這樣的張裂過程在地球膨脹的最初階段，隨著地球體積的變大，由裂縫—裂口—裂谷逐漸展開的（圖4-9）。
圖4-9 板塊的破裂與運動過程
A—板塊在地球的脹縮力作用下在中部發生破裂；B—隨著持續膨脹，裂縫形成開口；C—形成裂谷
2.2 體積擴充階段
地球的體積擴充階段是指巖漿從裂谷中逸出開始，到巖漿停止持續流出為止。這壹階段實質上包含了後面即將談到的兩個階段。
盡管地球的體積膨脹從理論上講是在地球受膨脹力作用開始的瞬間就已經開始，但卻無法在實際中將這壹起點劃分出來。將地球的體積擴充階段的起點定在巖漿開始從裂谷中大量外逸，是具有實際意義和理論意義的。
2.3 巖漿外逸量持續增大階段
巖漿外逸量持續增大階段是指巖漿從裂谷中大量逸出開始，到巖漿外逸量突然急劇下降前為止，在洋中脊變化曲線上表現為上升趨勢出現急劇下降（如圖4-10）。
圖4-10 大西洋洋中脊所表現的地球體積膨脹階段
A—巖漿外逸量持續增大階段；B—巖漿外逸量持續減小階段
當裂谷中開始出現大量外逸的巖漿時，表明地球內部物質的體積增大速度大於地殼膨脹速度，地球的整體膨脹開始向新的動態發展。當膨脹力持續作用，內部物質體積膨脹量越來越大，由於地殼的重載使巖漿的外逸量越來越大，形成了從裂谷最初的外逸巖漿之處向洋中脊方向越來越凸出的地形特征（見圖4-5）。
2.4 巖漿外逸量持續減小階段
巖漿外逸量持續減小直至為零的作用階段是指巖漿外逸量突然急劇下降開始到巖漿停止持續流出為止（見圖4-10）。
顯然，圖面顯示出這壹階段在洋脊變化曲線上為非對稱性，是可以理解的，巖漿的外逸從第三階段到第四階段，從壹種動態平衡狀態向另壹種狀態過渡，由於膨脹的增量出現減小，而地球各個圈層向外膨脹的邊界條件（包括地殼板塊的松散環境）、巖漿外逸口的大小等並沒有發生改變，所以會出現各種對稱與非對稱的洋脊形態。
從時間上講，圖4-10中的A、B兩階段是不相等的；從膨脹的改變量來講，A、B兩階段也是不相同的。圖中距離長短的不壹是因為B階段為膨脹力作用的後期，地球盡管還在膨脹，但膨脹增量越來越小，經過了A階段持續加大過程，這時，地球的持續減小的膨脹增量主要體現在地球半徑的膨脹上，由於B階段地球整體膨脹已經足以完成因膨脹力作用而產生的地球體積的改變量，所以，巖漿的外逸量越來越少，而A階段則是因地球整體膨脹速度不足以平衡體積改變量。
2.5 地球收縮階段
地球結束了膨脹力作用，變成完全受收縮力作用的階段，在此階段，地球的半徑持續變小。
3.關於地球的膨脹造山問題
如果說膨脹時期的地球也能造山的話，無疑這山是指洋中脊（也稱海隆）了。地史上曾經出現過壹種地球膨脹造山的說法，即馬欽斯基（M.Matschinski,1953）所提出的觀點。他是在地球膨脹說的氛圍裏提出的，其目的只是為了解釋地球在膨脹時可以造山，盡管存在很多疑問，但這壹觀點卻無疑給人壹種新的思路。他認為，地球膨脹時由於膨脹速率不同，出現地幔膨脹後的曲率與地殼膨脹後的曲率不同而形成地殼的懸空，在重力作用下，板塊的中部出現了推覆造山作用。馬欽斯基的膨脹造山模式給人啟發是：地球在膨脹時是有可能在局部地區發生造山作用的，如地球在潮汐力作用下，發生局部膨脹，當這種潮汐波傳播走後，即可形成馬欽斯基所描述的情形。當然，由潮汐力引起的局部膨脹在地球發生收縮運動時也可以產生。
以上論證了地球膨脹的有關參數計算問題，並進行了相關階段的劃分，采用的是壹套歸納思維方法，主要根據已有的證據來求取變化參數，屬於後驗性，對預測幫助較小。後面還將提出壹套根據地球所在軌道位置計算預測以後不同時間段內將要發生的變化及變化量的理論算法。