海底扩张和板块构造

大陆漂移、海底扩张和板块构造

在地球的发展过程中，地壳的运动从来没有停止过，只不过不同时间和地区，其剧烈程度和表现形式不同罢了。震撼大地的地震、猛烈喷发的火山都是地壳运动的表现，它们往往给人们留下极为深刻的印象。缓慢的地壳运动不易被人察觉，但经过漫长的岁月却使地球的面貌发生着沧桑巨变。陆地沉入海洋，海底上升为高山，这种垂直升降沧海桑田的事实，人们已并不陌生。

但是，大陆地壳和海洋地壳都曾发生过更大规模的水平运动，即大陆漂移、海底扩张及板块运动，从而使海陆位置不断发生变化。

有什么根据证明大陆曾发生过分裂和漂移呢?这不仅表现在大西洋两岸大陆轮廓能进行拼合，而且各大陆、大洋在地层、地质构造、古生物和古地磁特征等方面都具有较好的连续性及一致性，这些证据均说明大陆、海洋曾一度是一个整体。

大陆是否曾经漂移

20世纪初以前，地理学家们注意到，欧洲和非洲西部海岸线与南北美洲东岸的海岸线大致吻合，大陆被认为曾经是连接在一起的。1884年—1904年，德国地质学家徐士出版了他的巨著《地球的面貌》，首次提出了“冈瓦纳古大陆”的设想。1900年，不少地质学者也提出南半球的非洲、马达加斯加、澳大利亚、南极洲、南美洲及印度曾经是连接在一起的超级大陆。

图3—1　德国科学家魏格纳

1912年，德国地球物理学家、气象学家魏格纳提出了比较完整的、大陆曾经是连接在一起的大陆漂移理论，他是第一个用大陆漂移理论来解释今日地球上的海陆成因的人。

图3—2　大陆漂移示意图

在大陆漂移学说中，魏格纳接受了前人公认的一些观点，它根据大西洋两岸的大陆边界形状能很好地拼合，各大陆的地层组合、古生物及地质构造形迹的一致性、相似性，以及古地磁、古气候及古冰川等资料，认为地壳表层的硅铝层冷缩形成的大陆块体，就像冰山漂浮在水中一样，轻一些的硅铝层漂浮在重一些的、黏性的并可以“流动”的硅镁层之上。

该学说认为，现在所有的大陆在中生代以前曾经连为一体，这是一块完整的“联合古陆”或称“泛大陆”。它周围是一片广阔的海洋，大约在两亿年至三亿年前，“联合古陆”开始破裂分成三块，北部是“劳亚古陆”(包括现在的北美洲、欧洲和亚洲)，南部是“冈瓦纳古陆”(包括现在的南美洲、非洲和印度半岛)，第三块古陆包括现在的南极洲和大洋洲。

大约在6500万年前，南美洲和非洲分离而向西漂移，印度半岛向东漂移向南亚，最后北美洲与欧洲、大洋洲和南极洲都彼此分离，印度半岛则和亚洲大陆碰撞，最终使世界海陆分布呈现出现在人们看到的样子。这种分裂和漂移仍在继续，若干年后海陆的分布又将出现新的局面。当时大陆漂移学说的提出曾遭受到不少轻蔑和嘲笑，1930年围绕魏格纳的观点争辩的论战平息下来，固定论派取得了胜利，但不少地质学家仍坚持魏格纳的观点。学者们攻击最猛烈的一点，是魏格纳没有说清楚究竟是什么力使大陆漂移。

当时魏格纳等人并没有很好地解释漂移的原因，他认为在地球自转所产生的离心力和天体引潮力的作用下，“联合古陆”开始分裂，从而使较轻的硅铝层组成的陆块像冰块浮在水面上一样，在较重的硅镁层上漂移，但这种力量被证明太弱了，以致不足以对地壳产生多大影响。魏格纳为了寻找能够进一步说明自己的大陆漂移学说证据，于1930年到了格陵兰岛。不幸，他在探险的过程中失踪。

到了20世纪50年代中期，由于又发现了有力的证据，特别是古地磁的研究成果，大陆漂移学说才又被重新提出。

海底到底怎么扩张

引导人们去认识海底奇观的是北大西洋中的一个海岛，它的名字叫冰岛。这个岛在进行大西洋两岸拼合时必须舍去，因为这个岛是第三纪才产生的，它无法在大西洋两岸的拼合过程中出现。

1953年科学家发现，冰岛及其以南断断续续分布的一系列岛链，原来是海底山脉露出地面的山顶。这一发现说明了大洋中部有海底山脉，到底海洋底部有多少山脉?20世纪50年代末，由于声呐技术在海洋的广泛应用，迅速地揭露了世界海洋中的奥秘。最令人惊异的是发现了绵亘数万千米的海底山脉，人类把连绵的海底山脉称为“大洋中脊”。

20世纪60年代初，美国地质学家赫斯和迪茨提出海底扩张说，即有关海底地壳生长和运动的学说。在赫斯的学说中，他的着眼点从大陆转移到海底。该学说是在大规模海底古地磁测量的基础上产生的，海洋钻探等方面的资料为海底扩张提供了有力证据。同时，利用同位素测定海底岩石年龄，发现海底岩石年龄一般不超过两亿年，且离海岭愈近，岩石年龄愈轻;离海岭愈远，岩石年龄愈老，并在海岭两侧呈对称分布，赫斯用“海底扩张”这个术语来描述这个新发现的过程。

海底扩张说认为，软流层的物质由海岭涌出，推着旧海底向前扩张并形成新的海底。岩石运动的动力来自地幔物质的对流，运动速度每年约1.3～7.6厘米，所谓对流是受热流体上升、然后下降的运动。赫斯认为，产生岩石圈下面的对流作用，会带着地壳跟着运动。赫斯等人的海底扩张说，为大陆漂移的力的来源，提供了一个比魏格纳更为合理的说法。

岩石圈以下数百千米深的地幔物质，呈流动的可塑性状态或熔融状态。岩石圈在地幔对流的带动下发生拉张和挤压时，会沿着薄弱被扯裂的地带张开形成裂谷。大洋中脊是地幔对流物质的出口，炽热的地幔物质岩浆沿着裂谷不断上涌，并逐渐冷却、凝固，形成新的洋壳。新的洋壳形成后，又被大洋中脊涌出的岩浆以每年几厘米的速度推向两边，便形成更新的地壳推向海岭两侧的远处。当到达海沟附近后，又重新沉降到地幔中去，逐渐熔化而消亡。

这样，逐渐分离的大陆间便形成了新的洋盆，海底地壳边生长边消亡，因而时代较新，一般不超过两亿年。正是地幔物质的这种对流运动造成了海底的不断扩张，推开并驮载着大陆进行漂移分合。

板块构造造成全球表层移动

板块构造说又称全球新构造说，是最流行的全球大地构造学说。板块构造说是在地幔对流、大陆漂移、海底扩张学说基础上发展的，由法国地质学家勒皮雄、美国地球物理学家摩根及麦肯奇等于1968年提出的。

板块构造学说认为，岩石圈沿薄弱地带张裂形成的大裂谷，无论在大洋地壳还是在大陆地壳都有发育。其分布是全球性的，并有一定连续性，这些大裂谷组合连成一起，长达8万千米。它们是地壳上最活跃的地方，地震和火山活动频繁。这条全球性的大裂谷及其分支把整个地壳分成了若干个板块，大裂谷发生的活动造成了海底的扩张和板块的运动，“联合古陆”的分裂和发生的大陆漂移全部是它引起的。在漫长的地球史上，大陆曾发生几次分合，海陆的分布也发生过多次变迁。

在海底扩张的影响下，板块不仅能彼此分开，也能彼此相遇。在彼此分开的地方便形成新的海洋，在彼此相遇的地方便发生碰撞。当两个板块急剧碰撞时，一块可能俯冲到另一块的下面，从而形成海沟及岛屿、岛弧和地震火山带;当两个板块缓慢相遇时，地壳就会发生褶皱，形成山脉和“山根”。喜马拉雅山就是由于印度板块缓慢同欧亚板块相撞，从海洋中崛起形成的世界屋脊。

图3—3　板块运动制造了喜马拉雅山

板块构造学说认为，板块的驱动力是地幔对流及海底扩张，在大洋中脊附近的地幔物质上涌，推动板块向两侧移动，同时地幔对流也带动它上面的板块运动。在海沟附近两大板块发生碰撞，大洋板块因较重而下沉，俯冲到大陆板块的下面，当达到一定深度时发生重熔。一部分物质以火山的形式喷出地表，另一部分重新进入地幔参加对流。

法国地质学家勒皮雄将全球岩石圈分为六大板块，即亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块和南极洲板块。除太平洋板块完全是水域外，每个板块基本包括一个大陆及其相邻的海底(图3—4)。随着研究工作的进展，大板块又可以划分若干小板块，例如美洲板块分为南美和北美两个板块。

图3—4　六大板块分布示意图

有人提出，板块可划分为第一级板块、第二级板块和第三级板块。平均厚70多千米的岩石圈由为数不多的10～25个大小不等的岩石圈板块拼合起来的。每一块板块都浮在地壳的黏性的软流圈上，彼此都能独立运动，相互挤压、摩擦，形成各种现象。

板块通常有三种边界接触类型:

1.离散型边界:指两个相邻板块相互分离的板块张裂地区。它是扩张的中心，常形成裂谷和海洋，如许多大洋中脊和著名的东非大裂谷等。这种边界两侧的板块向相反方向运动。

2.会聚型边界:指两个相邻板块相互靠近、板块相撞挤压的地区。这种边界两侧的板块相互挤压、碰撞，这样就形成海沟、岛弧或山脉。一种情况是，当大洋板块和大陆板块相撞时，大洋板块因密度大，俯冲到大陆板块之下，这样就形成海沟。这时，大陆板块由于受挤压而上拱，隆起形成岛弧或海岸山脉，如太平洋西岸的海沟—火山—岛弧链、智利的安第斯山脉及其邻近海沟。另一种情况是，当两个大陆板块碰撞时形成了高大的山脉，如喜马拉雅山是亚欧板块和印度板块碰撞产生的。

3.转换型边界:例如转换断层，这种边界是指两个板块相互侧向剪切错动(图3—5)。

板块构造说一经提出就引起地学界的广泛重视，因其能较好地解释地球上的很多地质现象，因此被认为是地质学的一场革命，但板块的驱动力、板块构造特点等问题仍有待进一步研究。

图3—5　断层示意图