板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是在大陸漂移學(xué)說(shuō)和海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上提出的。根據(jù)這一新學(xué)說(shuō),地球表面覆蓋著不變形且堅(jiān)固的板塊(巖石圈),這些板塊確實(shí)在以每年1厘米到10厘米的速度在移動(dòng)。 由于地球表面積是有限的,地球板塊分類(lèi)為三種狀態(tài):其一為彼此接近的匯聚型板塊邊界;其二為彼此遠(yuǎn)離的分離型板塊邊界;其三為彼此交錯(cuò)的轉(zhuǎn)換型板塊邊界。板塊本身是不會(huì)變形的,地球表面活動(dòng)便都在這三種狀態(tài)下集中發(fā)生。 中文名 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō);外文名 Plate tectonics;提出者 法國(guó)地質(zhì)學(xué)家勒皮雄與麥肯齊、摩根等人;提出時(shí)間1968年;應(yīng)用學(xué)科 地理,地球運(yùn)動(dòng)學(xué);書(shū)籍 大陸與大洋的起源; 學(xué)說(shuō)內(nèi)容 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)示意圖 1915年魏格納在《大陸與大洋的起源》一書(shū)中提出了大陸漂移的概念,然而他所提出的證據(jù)未能使地學(xué)界相信大陸漂移的真實(shí)性。60年代初H.Hess提出了海底擴(kuò)張的概念,并得到古地磁學(xué)、地球年代學(xué)以及海洋地質(zhì)學(xué)和地球物理等方面一系列新證據(jù)的支持。三種不同的現(xiàn)象:熔巖序列中磁極性轉(zhuǎn)向的年代;深海巖心中剩余磁化轉(zhuǎn)向的深度,以及平行于海洋中脊的線(xiàn)狀磁異常的寬度,都以同樣的比率變化著,都是由于擴(kuò)張海底的地殼從洋中脊遷移而造成的。地學(xué)界普遍接受了活動(dòng)論的觀(guān)點(diǎn),并逐漸形成了板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)。 由于與被稱(chēng)為“環(huán)太平洋帶”的太平洋板塊周?chē)臓顟B(tài)相關(guān),這個(gè)地區(qū)內(nèi)的大地震、深源地震和火山活動(dòng)等都十分活躍。由于印度洋板塊與亞歐板塊間的碰撞,形成了喜馬拉雅山脈和西藏高原。在大陸板塊彼此碰撞的匯聚型板塊邊界下,形成了大陸與大陸間的沖突帶,也造成了大褶皺山脈。 由于板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的進(jìn)展,迄今被視為不解之謎的地球活動(dòng)大多得到了解釋。70年代以來(lái),以證實(shí)板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)為目的的世界規(guī)模的地球觀(guān)測(cè)蓬勃開(kāi)展。通過(guò)這些觀(guān)測(cè),海底的年代分布被詳盡確定,弄清了以往地質(zhì)時(shí)期板塊運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,更由于空間觀(guān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展,就連每年一厘米的板塊運(yùn)動(dòng),也能夠連續(xù)數(shù)年進(jìn)行觀(guān)測(cè)。 1912年德國(guó)氣象學(xué)家兼地質(zhì)學(xué)家魏格納( A. Wegner )最先提出大陸漂移說(shuō)。他認(rèn)為在前寒武紀(jì)時(shí),地球上存在一塊統(tǒng)一的大陸:泛大陸。以后經(jīng)過(guò)分合過(guò)程,到中生代早期,聯(lián)合古陸再次分裂為南北兩大古陸,北為勞亞古陸(Laurasia),南為岡瓦那古陸(Gondwanaland)。到了三迭紀(jì)末,這2個(gè)古陸進(jìn)一步分離及漂移,相距越來(lái)越遠(yuǎn)了,其間由最初一個(gè)狹窄海峽,逐漸發(fā)展成印度洋、大西洋等巨大的海洋。到了新生代,因?yàn)橛《纫驯逼絹啔W大陸的南緣,兩者發(fā)生了碰撞,青藏高原隆起,造成了宏大的喜馬拉雅山系,古地中海東部完全消失了;非洲繼續(xù)向北推進(jìn),古地中海西部逐漸縮小到現(xiàn)規(guī)模;歐洲南部被擠壓成了阿爾卑斯山系,南、北美洲在向西漂移過(guò)程里,它們的前緣受到太平洋地殼的擠壓,隆起為科迪勒拉-安第斯山系,同時(shí)兩個(gè)美洲在巴拿馬地峽處復(fù)又相接;澳大利亞大陸脫離南極洲,向東北漂移到新生代的位置。于是海陸的基本輪廓發(fā)展成新生代的規(guī)模。 由于受當(dāng)時(shí)科技水平和認(rèn)識(shí)水平的限制,大陸漂移說(shuō)也未能正確說(shuō)明大陸漂移的動(dòng)力機(jī)制,未能提供大陸拼合的最佳方案。大陸漂移學(xué)說(shuō)在當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界引起很大爭(zhēng)議,大陸漂移理論提出后不久,便被視為是一種荒唐的臆想。隨著魏格納本人在科學(xué)探險(xiǎn)中獻(xiàn)身于格陵蘭雪原,大陸漂移說(shuō)一度陷于沉寂。 20世紀(jì)60年代,海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造的提出給早期的大陸漂移說(shuō)注入了新的生命力。2015年及以前獲得的大量證據(jù)表明,魏格納大陸漂移的基本設(shè)想是正確的。 六十年代初,美國(guó)地震地質(zhì)學(xué)家迪茨(R.Dietz,1961)提出了"海底擴(kuò)張" 的概念。接著,郝斯(Hess,1962)加以深入闡述。 迪茨提出:由于地幔中放射性元素衰變生成的熱使地幔物質(zhì)以每年數(shù)厘米的速度進(jìn)行大規(guī)模的熱循環(huán),形成對(duì)流圈,它作用于巖石圈,成為推動(dòng)地殼運(yùn)動(dòng)的主要力量。洋殼的形成與地幔對(duì)流有關(guān)。洋底就是對(duì)流圈的頂,它在洋底的離散帶形成,并緩慢地向斂合帶擴(kuò)張。總的看來(lái),洋底構(gòu)造是地幔對(duì)流的直接反映,洋脊是地幔物質(zhì)上涌的部位,海溝是地幔物質(zhì)的下降部位。 郝斯認(rèn)為大洋中脊是地幔對(duì)流上升的地方,地幔物質(zhì)不斷從這里涌出,太平洋周?chē)植紞u嶼與海溝、大陸邊緣山脈以及火山、地震就是這樣形成。 1968年,劍橋大學(xué)的麥肯齊(D.P.Mckenzin)和派克(R.L.Parker),普林斯頓大學(xué)的摩根(W.J.Morgan)和拉蒙特觀(guān)測(cè)所的勒皮雄(X.Lepichon)等人聯(lián)合提出的一種新的大陸漂移說(shuō)--板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō),它是海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)的具體引伸。 板塊構(gòu)造,又叫全球大地構(gòu)造。板塊指巖石圈板塊,包括整個(gè)地殼和莫霍面以下的上地幔頂部,即地殼和軟流圈以上的地幔頂部。大陸只是傳送帶上的"乘客"。 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)認(rèn)為巖石圈的構(gòu)造單元是板塊,板塊的邊界是洋中脊、轉(zhuǎn)換斷層、俯沖帶和地縫合線(xiàn)。由于地幔的對(duì)流,板塊在洋中脊分離、擴(kuò)大,在俯沖帶和地縫合線(xiàn)處下沖、消失。 全球被劃分為亞歐板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度洋板塊和南極板塊等6大板塊;其間還有一些小板塊,如可可板塊、智利板塊等。板塊構(gòu)造理論強(qiáng)調(diào)板塊的大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng),板塊可以產(chǎn)生、生長(zhǎng)、消亡,而且這種變化可以定量預(yù)測(cè)。 學(xué)說(shuō)歷史 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō) 1910年,德國(guó)氣象學(xué)家魏格納(Alfred Lothar Wegener,1880-1930)偶然發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸的輪廓極為相似。此后經(jīng)研究、推斷,他在1912年發(fā)表《大陸的生成》,1915年發(fā)表《海陸的起源》,提出了大陸漂移學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為在古生代后期(約三億年前)地球上存在一個(gè)“泛大陸”,相應(yīng)地也存在一個(gè)“泛大洋”。后來(lái),在地球自轉(zhuǎn)離心力和天體引潮力作用下,泛大陸的花崗巖層分離并在分布于整個(gè)地殼中的玄武巖層之上發(fā)生漂移,逐漸形成了現(xiàn)代的海陸分布。 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)(亦稱(chēng)全球大地構(gòu)造學(xué)說(shuō)):該學(xué)說(shuō)是法國(guó)科學(xué)家勒比遜于1968年提出的學(xué)說(shuō)。板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是在大陸漂移學(xué)說(shuō)和海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)的理論基礎(chǔ)上,又根據(jù)大量的海洋地質(zhì)、地球物理、海底地貌等資料,經(jīng)過(guò)綜合分析而提出的學(xué)說(shuō),因此有人把大陸漂移說(shuō)、海底擴(kuò)張說(shuō)和板塊構(gòu)造說(shuō)稱(chēng)為全球大地構(gòu)造理論發(fā)展的三部曲。 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是近代最盛行的全球構(gòu)造理論。這個(gè)學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球的巖石圈不是整體一塊,而是被地殼的生長(zhǎng)邊界海嶺和轉(zhuǎn)換斷層,以及地殼的消亡邊界海溝和造山帶、地縫合線(xiàn)等一些構(gòu)造帶,分割成許多構(gòu)造單元,這些構(gòu)造單元叫做板塊。全球的巖石圈分為亞歐板塊(又譯“歐亞板塊”)[2] 、非洲板塊、美洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊和南極洲板塊,共六大板塊。其中太平洋板塊幾乎完全是在海洋,其余五大板塊都包括有大塊陸地和大面積海洋。大板塊還可劃分成若干次一級(jí)的小板塊。這些板塊漂浮在“軟流層”之上,處于不斷運(yùn)動(dòng)之中。一般說(shuō)來(lái),板塊內(nèi)部的地殼比較穩(wěn)定,板塊與板塊之間的交界處,是地殼比較活動(dòng)的地帶,地殼不穩(wěn)定。地球表面的基本面貌,是由板塊相對(duì)移動(dòng)而發(fā)生的彼此碰撞和張裂而形成的。在板塊張裂的地區(qū),常形成裂谷和海洋,如東非大裂谷、大西洋就是這樣形成的。在板塊相撞擠壓的地區(qū),常形成山脈。當(dāng)大洋板塊和大陸板塊相撞時(shí),大洋板塊因密度大、位置較低,便俯沖到大陸板塊之下,這里往往形成海溝,成為海洋最深的地方;大陸板塊受擠上拱,隆起成島弧和海岸山脈。太平洋西部的深海溝和島弧鏈,就是太平洋板塊與亞歐板塊相撞形成的。在兩個(gè)大陸板塊相碰撞處,常形成巨大的山脈。 喜馬拉雅山就是印度板塊在向亞歐板塊碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的。 板塊構(gòu)造理論已被用來(lái)解釋火山、地震的形成和分布,以及礦產(chǎn)的生成和分布等。但是,是什么力量驅(qū)動(dòng)著板塊作大幅度、持續(xù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力問(wèn)題,意見(jiàn)還不一致。 該學(xué)說(shuō)成功解釋了許多地理現(xiàn)象,如大西洋兩岸的輪廓問(wèn)題;非洲與南美洲發(fā)現(xiàn)相同的古生物化石及現(xiàn)代生物的親緣問(wèn)題;南極洲、非洲、澳大利亞發(fā)現(xiàn)相同的冰磧物;南極洲發(fā)現(xiàn)溫暖條件下形成的煤層等等。但它有一個(gè)致命弱點(diǎn):動(dòng)力。根據(jù)魏格納的說(shuō)法,當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家立刻開(kāi)始計(jì)算,利用大陸的體積、密度計(jì)算陸地的質(zhì)量。再根據(jù)硅鋁質(zhì)巖石(花崗巖層)與硅鎂質(zhì)巖石(玄武巖層)摩擦力的狀況,算出要讓大陸運(yùn)動(dòng),需要多么大的力量。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn),日月引力和潮汐力實(shí)在是太小了,根本無(wú)法推動(dòng)廣袤的大陸。因此,大陸漂移學(xué)說(shuō)在興盛了十幾年后就逐漸銷(xiāo)聲匿跡了。 上世紀(jì)五十年代,海洋探測(cè)的發(fā)展證實(shí)海底巖層薄而年輕(最多二、三億年,而陸地有數(shù)十億年的巖石);另1956年開(kāi)始的海底磁化強(qiáng)度測(cè)量發(fā)現(xiàn)大洋中脊兩側(cè)的地磁異常是對(duì)稱(chēng)的。據(jù)此,美國(guó)學(xué)者赫斯(H.H.Hess)提出海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō),認(rèn)為地幔軟流層物質(zhì)的對(duì)流上升使海嶺地區(qū)形成新巖石,并推動(dòng)整個(gè)海底向兩側(cè)擴(kuò)張,最后在海溝地區(qū)俯沖沉入大陸地殼下方。 正是海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)的動(dòng)力支持,加上新的證據(jù)(古地磁研究等)支持大陸確實(shí)很可能發(fā)生過(guò)漂移,從而使復(fù)活的大陸漂移學(xué)說(shuō)(板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)也稱(chēng)新大陸漂移學(xué)說(shuō))開(kāi)始形成. 基本內(nèi)容 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是1968年法國(guó)地質(zhì)學(xué)家勒皮雄與麥肯齊、摩根等人提出的一種新的大陸漂移說(shuō),它是海底擴(kuò)張說(shuō)的具體引伸。 板塊構(gòu)造 板塊構(gòu)造,又叫全球大地構(gòu)造。所謂板塊指的是巖石圈板塊,包括整個(gè)地殼和莫霍面以下的上地幔頂部, 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)模型圖 也就是說(shuō)地殼和軟流圈以上的地幔頂部。新全球構(gòu)造理論認(rèn)為,不論大陸殼或大洋殼都曾發(fā)生并還在繼續(xù)發(fā)生大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng)。但這種水平運(yùn)動(dòng)并不象大陸漂移說(shuō)所設(shè)想的,發(fā)生在硅鋁層和硅鎂層之間,而是巖石圈板塊整個(gè)地幔軟流層上像傳送帶那樣移動(dòng)著,大陸只是傳送帶上的“乘客”。 地球是唯一一個(gè)適合板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的行星 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)模型圖 太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)的巨大類(lèi)地行星被命名為“超級(jí)地球”?!俺?jí)地球”引發(fā)科學(xué)家們研究他們?cè)谀男┓矫婵赡芟竦厍虻臐夂衽d趣。2014年,哈佛大學(xué)科學(xué)家們指出,這些類(lèi)地行星也適用于地球板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)。板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是指構(gòu)成地球固態(tài)外殼的巨大板塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)。板塊運(yùn)動(dòng)常導(dǎo)致地震、火山和其它大地質(zhì)事件。從本質(zhì)上來(lái)講,板塊決定了地球的地質(zhì)歷史。地球是人們所知道的唯一一個(gè)適合板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的行星。地球板塊運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是生命進(jìn)化的必要條件。 “超級(jí)地球”也適合適合板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的行星 然而,哈佛行星科學(xué)家黛安娜·巴倫西亞和她的同事在《天體物理學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文預(yù)測(cè),“超級(jí)地球”(其質(zhì)量是地球的一倍至十倍大)同樣也會(huì)通過(guò)板塊構(gòu)造來(lái)提供維持生命的必要條件之一。 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)示意圖 該論文的作者巴倫西亞稱(chēng),“這些超級(jí)地球中的一些可能在他們的太陽(yáng)系中也處于'可居住區(qū)域’,這就是說(shuō)他們離他們的母恒星的距離恰好合適,有液態(tài)水存在,因此會(huì)有生命。盡管最終只有這些行星的熱和化學(xué)進(jìn)化能夠決定是否他們適合居住,但是這些熱和化學(xué)特性卻極其依賴(lài)于板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)?!蓖ㄟ^(guò)全面模擬這些具有大片陸地的超級(jí)地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu),巴倫西亞和他的研究小組發(fā)現(xiàn)“超級(jí)地球”的質(zhì)量與其板塊與板塊應(yīng)力值之間的存在的聯(lián)系。這些應(yīng)力值,部分是很慢的,慢慢地改變著地球的地幔。應(yīng)力值是板塊變形和潛沒(méi)(一個(gè)板塊沉入另一個(gè)板塊的下面)的背后驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)檫@些“超級(jí)地球”質(zhì)量比地球大,所以這股驅(qū)動(dòng)力也要比地球大得多。 研究成果 研究小組發(fā)現(xiàn)隨著行星質(zhì)量的增大,切變力就會(huì)增加,板塊厚度減小。這兩種因素削弱了板塊,使板塊減少,這是板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)中的關(guān)鍵部分。因此科學(xué)家們稱(chēng),“超級(jí)地球”很容易滿(mǎn)足板塊變形和潛沒(méi)所需要的條件。他們的研究結(jié)果顯示,板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)特別適用于更大質(zhì)量的超級(jí)地球。巴倫西亞說(shuō),“人們的研究證明,'超級(jí)地球’存在板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng),即使這些行星上沒(méi)有水存在?!蔽磥?lái),人們可以使用美國(guó)宇航局的陸地行星探測(cè)者或歐洲航天局的達(dá)爾文項(xiàng)目來(lái)驗(yàn)證這些結(jié)論。歐洲航天局達(dá)爾文項(xiàng)目將由三個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡組成,旨在于搜尋類(lèi)地行星。 構(gòu)造劃分 六大板塊 勒皮雄在1968年將全球地殼劃分為六大板塊;太平洋板塊、亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊、印度洋板塊(包括澳洲)和南極洲板塊。其中除太平洋板塊幾乎全為海洋外,其余五個(gè)板塊既包括大陸又包括海洋。此外,在板塊中還可以分出若干次一級(jí)的小板塊,如把美洲大板塊分為南、北美洲兩個(gè)板塊,菲律賓、阿拉伯半島、土耳其等也可作為獨(dú)立的小板塊。板塊之間的邊界是大洋中脊或海嶺、深海溝、轉(zhuǎn)換斷層和地縫合線(xiàn)。這里提到的海嶺,一般指大洋底的山嶺。 海底地形 在大西洋和印度洋中間有地震活動(dòng)性海嶺,另名為中脊,由兩條平行脊峰和中間峽谷構(gòu)成。太平洋也有地震性的海嶺,但不在大洋中間,而偏在東邊,它不甚崎嶇,沒(méi)有被中間峽谷分開(kāi)的兩排脊峰,一般叫它為太平洋中隆。海嶺實(shí)際上是海底分裂產(chǎn)生新地殼的地帶。轉(zhuǎn)換斷層,是大洋中脊被許多橫斷層切成小段,它不是一種簡(jiǎn)單的平移斷層,而是一面向兩側(cè)分裂,一面發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng),是屬于另一種性質(zhì)的斷層,威爾遜稱(chēng)之為轉(zhuǎn)換斷層。兩大板塊相撞,接觸地帶擠壓變形,構(gòu)成褶皺山脈,使原來(lái)分離的兩塊大陸縫合起來(lái),叫地縫合線(xiàn)。一般說(shuō)來(lái),在板塊內(nèi)部,地殼相對(duì)比較穩(wěn)定,而板塊與板塊交界處,則是地殼比較活動(dòng)的地帶,這里火山、地震活動(dòng)以及斷裂、擠壓褶皺、巖漿上升、地殼俯沖等頻繁發(fā)生。 運(yùn)動(dòng)原因 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)結(jié)構(gòu)分析 什么力量驅(qū)使板塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng),按照赫斯的海底擴(kuò)張說(shuō)來(lái)解釋?zhuān)J(rèn)為大洋中脊是地幔對(duì)流上升的地方,地幔物質(zhì)不斷從這里涌出,冷卻固結(jié)成新的大洋地殼,以后涌出的熱流又把先前形成的大洋殼向外推移,自中脊向兩旁每年以0.5~5厘米的速度擴(kuò)展,不斷為大洋殼增添新的條帶。因此,洋底巖石的年齡是離中脊愈遠(yuǎn)而愈古老。當(dāng)移動(dòng)的大洋殼遇到大陸殼時(shí),就俯沖鉆入地幔之中,在俯沖地帶,由于拖曳作用形成深海溝。大洋殼被擠壓彎曲超過(guò)一定限度就會(huì)發(fā)生一次斷裂,產(chǎn)生一次地震,最后大洋殼被擠到700公里以下,為處于高溫溶融狀態(tài)的地幔物質(zhì)所吸收同化。向上仰沖的大陸殼邊緣,被擠壓隆起成島弧或山脈,它們一般與海溝伴生。太平洋周?chē)植嫉膷u嶼、海溝、大陸邊緣山脈和火山、地震就是這樣形成的。所以,海洋地殼是由大洋中脊處誕生,到海溝島弧帶消失,這樣不斷更新,大約2~3億年就全部更新一次。因此,海底巖石都很年輕,一般不超過(guò)二億年,平均厚約5~6公里,主要由玄武巖一類(lèi)物質(zhì)組成。而大陸殼已發(fā)現(xiàn)有37億年以前的巖石,平均厚約35公里,最厚可達(dá)70公里以上。除沉積巖外,主要由花崗巖類(lèi)物質(zhì)組成。地幔物質(zhì)的對(duì)流上升也在大陸深處進(jìn)行著,在上升流涌出的地方,大陸殼將發(fā)生破裂。如長(zhǎng)達(dá)6,000多公里的東非大裂谷,就是地幔物質(zhì)對(duì)流促使非洲大陸開(kāi)始張裂的表現(xiàn)。 根據(jù)板塊學(xué)說(shuō),大洋也有生有滅,它可以從無(wú)到有,從小到大;也可以從大到小,從小到無(wú)。大洋的發(fā)展可分為胚胎期(如東非大裂谷)、幼年期(如紅海和亞丁灣)、成年期(如大西洋)、衰退期(如太平洋)與終了期(如地中海)。
運(yùn)動(dòng)區(qū)別 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)原理圖 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)將地球表面劃分為若干剛性的巖石圈板塊,板塊之間為俯沖、碰撞帶,中洋脊,以及轉(zhuǎn)換斷層等活動(dòng)帶。板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球表面的運(yùn)動(dòng)主要由板塊之間的斷層活動(dòng)來(lái)完成,而板塊邊界之間的寬闊的塊體變形很小,在全球尺度上可以忽略不計(jì),也就是可以認(rèn)為板塊是剛性的。 板塊運(yùn)動(dòng)認(rèn)為剛性的巖石圈(包括大陸與大洋的地殼)的薄板在上地幔中粘性較小的軟流圈上移動(dòng)。它是從大陸漂移說(shuō)發(fā)展起來(lái),而卻不同于大陸漂移說(shuō)。它們的差別主要為: (1)魏格納等把大陸只包含大陸硅鋁層;而板塊學(xué)說(shuō)中巖石圈板塊包含地殼與軟流圈之上的巖石圈(巖石圈地幔)。 (2)魏格納等把大陸看成是主動(dòng)的單元,而板塊學(xué)說(shuō)中大陸是被動(dòng)的。大陸漂移說(shuō)認(rèn)為大陸是穿過(guò)殼下硅鎂 德國(guó)氣象學(xué)家魏格納層而漂移的;而板塊學(xué)說(shuō)引入了象在傳送帶上被攜帶的被動(dòng)大陸的概念。由于它們?cè)诮M成上密度較低,通常較有浮力并能逃脫被消減的命運(yùn),成為輸送帶上穩(wěn)定的被動(dòng)浮性塊。 (3)魏格納等把大陸硅鋁層看成是與地幔硅鎂層互相獨(dú)立的、完全不同的東西;而板塊學(xué)說(shuō)認(rèn)為陸地是地幔分異產(chǎn)生而上浮的化學(xué)產(chǎn)物,陸地與其下伏的部分地幔是聯(lián)系在一起的。板塊構(gòu)造為地幔對(duì)流說(shuō)提供了發(fā)展的空間。巖石圈包括地殼與軟流圈之上的巖石圈(巖石圈地幔)。從熱力學(xué)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,它相當(dāng)于巖石固相線(xiàn)之上的部分。從力學(xué)觀(guān)點(diǎn)看,它是能承受長(zhǎng)期應(yīng)力的地球表殼。板塊學(xué)說(shuō)逐漸在地學(xué)界取得了普遍的承認(rèn),它看似簡(jiǎn)單,其實(shí)有深刻的道理。板塊構(gòu)造,也可以說(shuō)是縫塊構(gòu)造,在地球表面各種尺度的構(gòu)造中都有表現(xiàn),甚至在變形最劇烈的臺(tái)灣碰撞帶上,陡立的褶皺也是由一系列相對(duì)完整的灰?guī)r塊體和它們之間的斷裂所組成。 從構(gòu)造物理觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,由于巖石流變性質(zhì)的非線(xiàn)性,地殼變形主要集中在一些狹長(zhǎng)的帶上,而這些活動(dòng)帶之間的廣闊區(qū)域則只承擔(dān)很小的變形。這些廣闊區(qū)域就是塊體,而狹長(zhǎng)的活動(dòng)帶則是塊體間的邊界。流變學(xué)本構(gòu)關(guān)系的非線(xiàn)性主要表現(xiàn)為應(yīng)變速率與應(yīng)力關(guān)系中應(yīng)力項(xiàng)的指數(shù)n上,n越大則非線(xiàn)性越強(qiáng)烈,活動(dòng)帶越窄。正是這種流變學(xué)基礎(chǔ)決定的板塊構(gòu)造的幾何學(xué)在各種不同尺度的構(gòu)造中都有所表現(xiàn)。 板塊移動(dòng) 隨著軟流層的運(yùn)動(dòng),各個(gè)板塊也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的水平運(yùn)動(dòng)。據(jù)地質(zhì)學(xué)家估計(jì),大板塊每年可以移動(dòng)1-6厘米距離。 這個(gè)速度雖然很小,但經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年后,地球的海陸面貌就會(huì)發(fā)生巨大的變化:當(dāng)兩個(gè)板塊逐漸分離時(shí),在分離處即可出現(xiàn)新的凹地和海洋;大西洋和東非大裂谷 就是在兩塊大板塊發(fā)生分離時(shí)形成的。當(dāng)兩個(gè)大板塊相互靠攏并發(fā)生碰撞時(shí),就會(huì)在碰撞合攏的地方擠壓出高大險(xiǎn)峻的山脈。位于我國(guó)西南邊疆的喜馬拉雅山,就是三千多萬(wàn)年前由南面的印度板塊和北面的亞歐板塊發(fā)生碰撞擠壓而形成的。有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)另一種情況:當(dāng)兩個(gè)堅(jiān)硬的板塊發(fā)生碰撞時(shí),接觸部分的巖層還沒(méi)來(lái)得及發(fā)生彎曲變形,其中有一個(gè)板塊已經(jīng)深深地插入另一個(gè)板塊的底部。由于碰撞的力量很大,插入部位很深,以至把原來(lái)板塊上的老巖層一直帶到高溫地幔中,最后被熔化了。而在板塊向地殼深處插入的部位,即形成了很深的海溝。西太平洋海底的一些大海溝就是這樣形成的。 根據(jù)板塊學(xué)說(shuō),大洋也有生有滅,它可以從無(wú)到有,從小到大;也可以從大到小,從小到無(wú)。Development of the oceans can be divided into the embryonic period (such as the Great Rift Valley), childhood (such as the Red Sea and Gulf of Aden), adulthood (Atlantic), a period of recession (Pacific) and ending on (such as the Mediterranean)。大洋的發(fā)展與大陸的分合是相輔相成的。在前寒武紀(jì)時(shí),地球上存在一塊泛大陸。以后經(jīng)過(guò)分合過(guò)程,到中生代早期,泛大陸再次分裂為南北兩大古陸,北為勞亞古陸,南為岡瓦那古陸。到三迭紀(jì)末,這兩個(gè)古陸進(jìn)一步分離、漂移,相距越來(lái)越遠(yuǎn),其間由最初一個(gè)狹窄的海峽,逐漸發(fā)展成現(xiàn)代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代,由于印度已北漂到亞歐大陸的南緣,兩者發(fā)生碰撞,青藏高原隆起,造成宏大的喜馬拉雅山系,古地中海東部完全消失;非洲繼續(xù)向北推進(jìn),古地中海西部逐漸縮小到的規(guī)模;歐洲南部被擠壓成阿爾卑斯山系,南、北美洲在向西漂移過(guò)程中,它們的前緣受到太平洋地殼的擠壓,隆起為科迪勒拉—安第斯山系,同時(shí)兩個(gè)美洲在巴拿馬地峽處復(fù)又相接;澳大利亞大陸脫離南極洲,向東北漂移到的位置。于是海陸的基本輪廓發(fā)展成的規(guī)模。 板塊邊界 地震幾乎全部分布在板塊的邊界上,火山也特別多在邊界附近,其它如張裂、巖漿上升、熱流增高、大規(guī)模的水平錯(cuò)動(dòng)等,也多發(fā)生在邊界線(xiàn)上,地殼俯沖更是碰撞邊界劃分的重要標(biāo)志之一;可見(jiàn)板塊邊界是地殼的極不穩(wěn)定地帶。 面臨問(wèn)題 板塊的驅(qū)動(dòng)機(jī)制 盡管已經(jīng)提出了各種可能的設(shè)想,如地幔對(duì)流,板塊自大洋中脊向外推動(dòng),海溝的牽引作用,地幔的拖曳力作用以及重力影響下從中脊向兩側(cè)的下滑作用等,但至今還沒(méi)有人能確切地核實(shí)是什么力量在驅(qū)使板塊運(yùn)動(dòng)。因而,驅(qū)動(dòng)機(jī)制問(wèn)題能否完善的得以解決,可能是板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)最終成敗的關(guān)鍵。[3] 垂直運(yùn)動(dòng) 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)認(rèn)為,巖石圈板塊的水平運(yùn)動(dòng)是地球的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng),并且只有在板塊收斂處,它們才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)樾毕虻暮痛怪边\(yùn)動(dòng)。因此,巖石圈內(nèi)的垂直運(yùn)動(dòng)和斜向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都未能為該學(xué)說(shuō)視作獨(dú)立的主要運(yùn)動(dòng),而只當(dāng)做是水平運(yùn)動(dòng)的分量。果真如此的話(huà),該學(xué)說(shuō)就全然不能解釋代表下伏地幔中物理化學(xué)作用的直接垂直反映的那些地殼運(yùn)動(dòng)——例如,整個(gè)大陸或其某一部分的造陸性質(zhì)的隆起和拗陷。有人認(rèn)為,巖石圈的垂直運(yùn)動(dòng),倘若不是更重要的話(huà),至少也會(huì)是與水平運(yùn)動(dòng)同等重要的。所以,為了弄清楚板塊的基本水平運(yùn)動(dòng)是如何在何處可能與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān),就要求板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)作出進(jìn)一步的闡明。 板塊學(xué)說(shuō)存在的錯(cuò)誤與問(wèn)題 問(wèn)題與錯(cuò)誤1: 原來(lái)的地殼哪里去了? 依據(jù)板塊學(xué)說(shuō)繪制的板塊生長(zhǎng)與消亡圖,大西洋和印度洋均向東西兩側(cè)擴(kuò)張。在大西洋的南部,大西洋由中脊向東擴(kuò)張3000多公里,因?yàn)榇笪餮髮挾?000公里以上。印度洋向西擴(kuò)張3000多公里。二者合計(jì)6000多公里,這原有的6000多公里寬地殼哪里去了? 印度洋和太平洋向南擴(kuò)張,使南極洲板塊移動(dòng)到現(xiàn)在的南極位置,那么原來(lái)的南極洲地殼那里去了? 問(wèn)題與錯(cuò)誤2: 海脊擴(kuò)張方向和板塊相撞方向矛盾,怎么解釋?zhuān)?/b> 印度洋海脊為“入”字型,北部海脊為南北向,而且還有兩條次級(jí)南北向海脊并行分布,大洋由海脊向兩側(cè)擴(kuò)張,即印度洋北部向東西向擴(kuò)張。 那么,印度洋板塊怎么會(huì)向北與歐亞板塊相撞?怎么會(huì)形成青藏高原隆起? 問(wèn)題與錯(cuò)誤3: 海底地形與海底擴(kuò)張不吻合,怎么解釋?zhuān)?/b> 板塊學(xué)說(shuō)的觀(guān)點(diǎn)是:大洋地殼是由大洋中脊向兩側(cè)擴(kuò)張而形成的。已經(jīng)形成的大洋海脊地形不會(huì)消失,隨著大洋海脊向兩側(cè)擴(kuò)張而張開(kāi)向兩側(cè)移動(dòng)。以此理論,大洋洋底地形應(yīng)全為海脊。 通過(guò)海底地圖,清楚標(biāo)明大洋中脊位于大洋中心,中脊兩側(cè)是大洋盆地。大洋盆地怎么形成的?大洋地形否定了板塊學(xué)說(shuō)。 問(wèn)題與錯(cuò)誤4: 兩條大洋中脊相交處是怎么擴(kuò)張的? 大西洋中脊與印度洋中脊呈 “⊥”型連接,兩條大洋中脊向外擴(kuò)張的方向是“對(duì)抗”的,怎么擴(kuò)張? 在印度洋的大洋中脊呈“入”字型連接,兩條大洋中脊向外擴(kuò)張的方向也是“對(duì)抗”的。 怎么向外擴(kuò)張? 問(wèn)題與錯(cuò)誤5: 在大西洋海底存在兩條海溝,怎么解釋?zhuān)?/b> 大西洋波多黎各海溝:最深9219米,位于大西洋北部,波多黎各島北9218公里,長(zhǎng)約1550公里,平均寬度120公里。 大西洋新赫布里底海溝:最深9174米,位于萬(wàn)那杜島(新赫布里底島)與新喀里多尼亞島之間的珊瑚海邊緣。長(zhǎng)約1200公里,平均寬度70公里。 板塊學(xué)說(shuō)的觀(guān)點(diǎn)是大洋板塊由大洋中脊誕生,然后向兩側(cè)擴(kuò)張?jiān)錾诤咸幐_到大陸板塊下消亡。 以大西洋中脊為界,將大西洋西部與北美洲、南美洲一同劃分為美洲板塊,那么對(duì)于大西洋的兩條海溝如何解釋?zhuān)?br> 問(wèn)題與錯(cuò)誤6: 在兩條大洋中脊交匯處,怎么對(duì)流? 板塊學(xué)說(shuō)的版塊移動(dòng)機(jī)制是熱對(duì)流,在一條大洋中脊可以畫(huà)出對(duì)流機(jī)制圖,那么在兩條大洋中脊交匯處如何對(duì)流? 板塊學(xué)說(shuō)解釋熱對(duì)流的熱能來(lái)源于放射性元素的蛻變熱,問(wèn)題是,這么多的放射性元素是哪里來(lái)的?現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的放射性元素礦床是含放射性元素高的巖石,該巖石是固體。另外,如果是放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱量形成巖漿產(chǎn)生對(duì)流,蛻變所產(chǎn)生的元素就應(yīng)該在巖漿里,從大洋中脊噴出的巖漿就應(yīng)該含有這些蛻變?cè)?。沒(méi)有見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。[4-5] 地球?yàn)楹畏至褳槠叽蟀鍓K?中科院取得新進(jìn)展 2017-10-23 快科技 地球表面原本是一個(gè)超大陸,后來(lái)裂解為七大構(gòu)造板塊和幾個(gè)小型構(gòu)造板塊組成,以每年從幾毫米到兩厘米不等的速度漂移。 美日科學(xué)家模擬研究稱(chēng),再過(guò)2.5億年,地球很可能將會(huì)再次引來(lái)一塊新的超大陸:阿美西亞大陸。 屆時(shí)亞洲將連接美洲,加勒比海和北冰洋將消失。 一直以來(lái),研究者們認(rèn)為深部地幔柱上涌是驅(qū)動(dòng)超大陸裂解的重要原因之一。 但在地幔柱活動(dòng)之前,超大陸經(jīng)歷了多期次的裂谷作用,并形成與之相關(guān)的雙峰式巖漿活動(dòng),巖漿巖的成因是認(rèn)識(shí)超大陸裂解驅(qū)動(dòng)力的關(guān)鍵。 近日,中科院在大陸板塊裂解方面取得新進(jìn)展:地幔過(guò)渡帶滯留物質(zhì)的垮塌和脫水可能是驅(qū)動(dòng)深部地幔物質(zhì)上涌,地幔柱形成,并最終驅(qū)動(dòng)羅迪尼亞(Rodinia)超大陸裂解的重要原因。 研究成果發(fā)表在Precambrian Research上。 據(jù)中國(guó)科學(xué)院報(bào)道,廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生呂璞良在研究員李武顯和澳大利亞科廷大學(xué)副教授王選策共同指導(dǎo)下,對(duì)揚(yáng)子塊體東南緣發(fā)育的兩套地幔柱活動(dòng)(~825Ma)之前的璜山和梅嶺雙峰式火山巖進(jìn)行了系統(tǒng)的鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)研究。 結(jié)果表明,~860Ma的璜山玄武巖,具有類(lèi)似島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征和較高的水含量(估算的噴發(fā)前巖漿水含量為~ 3.6%),為類(lèi)島?。ˋrc-like)特征的大陸板內(nèi)玄武巖;~840Ma的梅嶺玄武巖,為無(wú)水的,具典型OIB特征的大陸板內(nèi)玄武巖。 這說(shuō)明華南~825Ma廣泛的地幔柱巖漿活動(dòng)之前,地幔發(fā)生了流體的交代作用,降低了地幔巖石的固相線(xiàn),并造成了地幔部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿,以及伴生的地殼伸展和裂谷作用。 這些流體或來(lái)自地球深部地幔過(guò)渡帶滯留的俯沖板片的脫水。因此,地幔過(guò)渡帶滯留物質(zhì)的垮塌和脫水可能是驅(qū)動(dòng)深部地幔物質(zhì)上涌,地幔柱形成,并最終驅(qū)動(dòng)Rodinia超大陸裂解的重要原因。 |
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來(lái)自: 秋風(fēng)_1233 > 《地理》