科学模拟地球板块全过程

地球的起源与演化

我们前面讲天文学时已经说过了恒星与太阳系的诞生，地球的诞生也与此类似，只是由于地球的质量较之恒星太小，因此其不可能发生核反应而变成恒星，因此才演化成了行星。并且地球这颗太阳系的行星乃是在太阳系形成过程之中诞生的八颗大行星之一。

太阳形成之后，直到现在的变化都很小，地球却在形成之后又历经了剧烈的演化过程。

大陆的漂移过程

地球的诞生

形成之初，地球还是一团原始的物质，没有现在地核、地幔、地壳等的区分，更没有大气。这时，在原始地球周围的空间有着巨量的各种小天体，它们有的是形成原始太阳系的那团巨大的云雾状物质的剩余，有的则是新从宇宙空间闯入原始地球所在的这片空间的。由于没有大气层的阻隔，它们毫无顾忌地撞向原始地球。

这种撞击的结果就是原始地球不但增加了物质，还带来了能量，这些能量有一小部分被地球保留下来，这使得原始地球内部的温度不断升高。此外，不断产生的新物质和地球内部放射性元素铀与镭等的衰变也使原始地球内部的热能不断地积蓄。由于原始地球是热的良导体，这些在原始地球内部集聚的热量会顺着组成原始地球的物质不断地向中心传导。这就使得原始地球内部的热量不断地升高，而且越往内，集聚的热就越多。

还有，铁在原始地球中含量十分丰富，大约占总质量的1/3，而且它比一般元素要重，因此，当它熔化后形成大量的铁水时，就不可避免地会向地球的中心沉降。本来处在地球中心的那些较轻的元素被沉重的铁水顶了出去。甚至可以说，这巨量的铁水的沉降有如由铁水形成的巨大激流，它们在向地球中心冲击的过程中产生了巨大的冲击力，这冲击力也会被转化成为热量。如此，当这些铁水冲到地球核心时，它们产生的热量已经使所经之处升高到了约2000℃的高温。

由于铁水产生的高温，它们使地球大部分都被熔化，这就像我们在一堆塑料里放进一团铁水一样，塑料势必会被熔化。

地壳运动示意图

大部分物质成为液态对于原始地球有着极为重要的意义。我们知道，液态物质有一个特点，就是不同密度的成分可以分层排列。就像我们在一个瓶子里装满油与水，会分明地看到它们不会混合在一起，油将漂浮在上层，这是因为油比水轻的缘故。现在成为液态的地球也是这样，它那些成为液态的物质便也开始轻的上浮、重的下降。此前，地球是一个“均质体”，也就是说，它在不同深度所含物质的类型基本相同。现在，当它熔化后，便成为了一个分层的球体，物质由轻到重、从外至内地排列起来，最外层是最轻的物质，中间是较重的物质，中心则是最重的铁核。还有，这种分层活动一开始，成为液态的地球当然再也关不住内部存在的气体——可以相信，此前，原始地球内部是存在着许多气体的。现在，这些气体便跑出去了，这样地球就成了一个实心球体。

这一分层活动对地球来说意义重大。当它结束后，也就是说当熔化了的铁水老老实实地呆在核心之后，没有热量补充的那些被熔化了的物质便开始冷却，它们现在已经分了层，冷却后就形成了地球现在大致的分层结构：核心是地核，上面是地幔，最上层是地壳。生成地壳的主要就是由较轻的物质组成的岩石，这个过程进行的时间大概是在约40亿年前左右。

这时，地球已经只有核心还是灼热的，外壳已经冷却了。这样就会产生一种新的运动形式——对流。发生对流的一个基本条件就是下面比上面热，在地球内部也是一样，由于中心的液态物质温度高、密度小，就会往上流动。到上面后，与上面较冷的地幔一接触，就变冷了，而下面的物质温度还是高的，于是它再一次往下沉。如此对流下去，使地幔很快地冷却下去。

在地壳、地幔与地核中，首先冷却的是地壳，因为它直接与外面的空间接触，空间的温度比起灼热的地壳来当然要低多了，因此地壳早在地幔之前就冷却了。

地核却不会冷却，因为当它对流时，流到上面的热量只有通过较冷的地幔才能散失掉。但地幔这时候已经凝固了，要散失热量只能通过它慢慢地将热量往地壳传去，然后又通过地壳散失到宇宙空间，而地幔是很厚的，与地壳加起来有近3000千米厚，要通过这么遥远的距离用传导的方式散发热量谈何容易！还有，地幔也是由岩石构成的，石头虽然能够导热，但那速度是很慢的。我们可以想象：现我们将一根近3000千米长的石头柱子插在铁水里，你在3000千米外的一头摸着石柱，看要多久才能感到热量传过来！还有，要通过这石柱使那铁水冷却——我们必须知道，除了这石头柱子的传热，铁水没有任何别的途径能够将它的热量散失掉——那该需要多长的时间啊！地球也是这样，地幔虽然冷却了，但要使远在地壳之下近3000千米的地核冷却那该需要多少时间啊！至少地球诞生至今的45亿年是远远不够的。

至此，地球的三个层面，即地壳、地幔、地核已经大体形成了。下一步的形成过程将主要在地壳之上进行，即地壳上面的大气、大陆与海洋的形成。

海洋形成过程

大陆和海洋的形成

地壳形成之后，它只是上面薄薄的一层，并不坚实，后来，由于雨水的侵蚀、风的吹蚀、火山与地震的破坏等，使地壳上层的岩石变得支离破碎，经过漫长的时期之后，便形成了今天的原始大陆。在形成大陆的同时，由于各种侵蚀，使地壳支离破碎，地面出现规模巨大的凹凸，凸者成为高山，凹者成为深谷。这时候大气已经诞生，大气中有大量的降水，它们随时用滔滔大水填满地壳产生的凹陷。

平原形成示意图

当然，这些水最初乃来自于地球内部，而地球上的大气起源于约40亿年前，那时年轻的地球刚刚形成，还是非常不稳定的一团相当松散的原始物质。它到处是喷泉一样的眼孔，不停地向空中喷射出各种气体，例如水汽、二氧化碳、氯气、硫化物、氮气、氨气、氢、氦等。这些被喷出来的气体在空中游荡了一阵后，又渐渐地产生了变化，例如水汽冷却下来后就凝结成了液态水，并以雨水的形式降落到地球表面，二氧化碳则大部分与同样飘散在空中的一些尘埃发生化学反应，变成了地面的岩石等。那些水就渐渐地在地球的凹陷处积聚起来，日积月累，越来越多，终于形成了浩瀚的海洋。因此，海洋与大陆实际上是在同一时间形成的，或者说，它们是同一过程的两个结果，就像母亲同一次生育诞下的一对双胞胎一样。

由以上过程所形成大陆与海洋只是一块原始的古代大陆，它与今天我们看到的地球七大洲是大不相同的。那时候它是一种什么样的情形呢？科学家们说，那时候地球基本上只有一整块大陆，称为“联合古陆”，它包括今天的欧亚大陆、美洲大陆、非洲大陆。在它们周围则是巨大的海洋，我们不妨称之为“联合古海”，后来联合古陆的分离才形成了今日诸大陆的模样。

板块构造示意图

板块构造说

它们为什么会分开呢？地质学上的板块构造说给出了解释。我们前面说过，地壳的下面是地幔，地幔有上地幔和下地幔，上地幔的上层是坚硬的岩石，再下面有一些熔岩类的物质存在，叫作“软流层”。现在一般将地壳以及上地幔那部分岩石称为岩石圈。看得出来，岩石圈是在软流层上面漂浮着的，就像冰层浮在水面一样。

我们也说过，这岩石圈不是到处一样厚的，一般而言在大陆部分比较厚，在大洋部分则比较薄。

在岩石圈的下面是软流层，它们是由灼热的岩浆组成的，并且像一锅沸腾的开水一样在不停地运动，而它上面的岩石圈则像个锅盖一样紧紧地捂着它。这些沸腾的岩浆由于高温膨胀，体积增大，当然会尽力往上顶，想要冲出包围。在大部分地方，它们的努力白费了。但在有的地方，遇上了比较薄弱的岩石圈，或者当它们力量特强的时候，就是比较厚的岩石圈也不怕。这时它们就会拼命往上拱，在它们巨大的拱力之下，上层的岩石圈受不住了，终于被拱开了一道裂缝，一道巨大的裂缝，那些熔岩就乘机从裂缝处喷涌出来。它们这样做等于是用力往两边挤，使裂缝进一步扩大。那涌出的熔岩当然有限，就像沸腾的水壶顶开盖子后，它并不会把全部水冲出来，而只是将因为高温而体积扩大的那一部分水溅出来。这里也是一样，熔岩只会涌出一部分，远不足以填满巨大的裂缝。我们知道，联合古陆的两边是汪洋大海，这条裂缝一出现，海水们哪有不乘机冲进来的道理？慢慢地，裂缝越来越宽，终于变成了今天的大洋。而分裂开来的两块联合古陆也变成了两片各自独立的大陆。这过程一次次发生，使联合古陆不断发生分裂。

在这条裂缝的底部还会不断地从软流层涌出熔岩，它们在下面剧烈活动，使裂缝进一步扩张，它们不断地涌出，不断地冷却，冷却的一部分就与两边的板块融和到了一起，变成了板块的一部分，使板块进一步加大。这种在海底发生的使板块扩大的活动就叫作海底扩张。这是板块构造说的一个重要概念。

与海底扩张的同时还发生着另一件事。我们前面说过，地球的大陆最初主要是一块巨大的联合古陆，但这块联合古陆并非整个岩石圈，而只是它的一部分，只是突出地面的比较厚的一部分而已。那么整个岩石圈又怎样呢？

这时候，整个岩石圈被分成了许多大的板块，它们之间有某种空隙，例如交界处岩石圈比较薄弱，正是这些薄弱之处才使得软流层的熔岩有可资突破之口，前面软流层熔岩的突破口很可能就是这些板块之间的交界处。

这时候，如果我们进一步思考，会想到这样一个问题：当一个板块因为被熔岩冲破而向一边移动时，它向之移动的那边的板块又会怎样呢？

答案是明显的，这一个被推动的板块也会将它另一边的板块推动。于是，被推动的板块反过来又去推别的板块，也就是说不同的板块之间会相撞。

又由于相撞的板块有大有小，有轻有重，相遇时，轻的那个板块显然顶不起重的那个板块，而重的那个板块顶得起轻的那个板块，这就像一块铁板与一块铝板相挤，重的铁板肯定会将轻的铝板顶起来。现在也一样，那个重的板块便将轻的板块顶得往上升去，重的板块则往下又扎进了液体的软流层里。在灼热的熔岩作用之下，一部分板块将重新化为熔岩，又重复上面的过程。

这个相撞的过程可以大致用下图示意：

图中是一个大陆板块与一个海洋板块相撞的结果，可以看到，海洋板块向下滑入软流层，从而将大陆板块高高撬起，形成山脉与火山，而在旁边的海底形成海沟。

地球上这样的例子很多，例如最高的喜马拉雅山脉曾是印度板块和亚洲板块之间的古地中海海底的沉积岩。6000万年至2000万年前，由于印度板块向亚洲板块推进和挤压，使亚洲板块高高隆起，渐渐形成了雄伟的喜马拉雅山脉。

至此，大陆、海洋与山脉等就在地球上形成了。

当然关于这些问题还有其他的理论，例如著名的大陆漂移说，认为原始的大地是一整块，后来经过不断的分离与漂移才形成了今日的七大洲。

这里要补充两点：一是隐生宙的时间对应长度与实际长度不成比例，因为若完全按比例的话就简直没办法画表了，它实际上包括约6亿年前的整个地质年代，占整个地质历史85%的时间。我们在表上面并没有体现它的历史时期如此漫长。主要是因为这段时期地球还比较原始，生命还没有大量出现，地球大部分地区仍一片死寂。只有等到显生宙之后，地球上生命才开始大量出现，地球呈现一片粲然生机。

最后，为了让我们清晰地看看地球的演化史，请参见下面的地质年代简表：

地 质 年 代 表