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从大陆漂移假说到板块构造学说

 木石斋草民 2016-11-10

       大陆漂移学说最初由奥特柳斯在1596年提出,后来德国科学家魏格纳在1912年加以阐述,提出大陆漂移假说,这个大胆的学说一直被学界忽视,直至1960年代海洋扩张说出现,令大陆飘移说得以发展,后来更阐述为板块构造理论。

 “大陆漂移假说主要内容为远古时代的地球只有一块泛古陆或称盘古大陆的庞大陆地,被称为泛大洋的水域包围,大约于2亿年以前泛大陆开始破裂,到距今约二、三百万年以前,漂移的大陆形成现在的七大洲和五大洋的基本地貌。

 值得一提的是大陆漂移学说与板块构造学说有些不同,前者假设推动力是潮汐,后者假想推动力是由于地幔出现对流,拖动板块。

 奥特利乌斯在他的地理百科全书中提及美洲是“因地震与潮汐而从欧洲及非洲分裂开去”及“如果有人拿出世界地图,然后仔细观测三大洲的海岸线,就会发现(大陆)分裂的痕迹”。

 来自南非的地质学家杜托伊特和英国的霍尔姆斯都支持魏格纳的假说。可惜到了五十年代,大陆飘移学说仍然得不到普遍接受。在六十年代前,终于出现转机。迪茨、希曾,以及赫斯得出一份地质研究报告,这就是海底扩张学说,得出实在的地质证据,解释了三大洲为何分裂,令大陆漂移学说更具说服力。

 首先假设地球内部是玄武岩质,而地表则是花岗岩质,而大陆就像冰山浮在海面一样,浮在融熔状的玄武岩上。大陆因为潮汐的推动而移动分离。

 地质构造方面的证据阿巴拉契亚山脉(和非洲阿特拉斯山脉是同一条)是东北—西南走向,临至大西洋西岸就中断,而地质研究证明斯堪的纳维亚山脉与苏格兰、爱尔兰的山脉是与阿巴拉契亚山脉同源。另外,有证据证明南非的开普山和布宜诺斯艾利斯山是同出一彻。可见曾有段时间,美洲、非洲和欧洲是相连。大陆边缘的吻合,将大西洋两岸的非洲和南美洲拼在一起时,两岸的大陆边缘能十分吻合且完美的贴合。且经由两岸岩层的研究,发现在非洲某处海岸的岩层,恰与拼合后的南美洲海岸的岩层相同,再度印证两块大陆曾经是相连的。

 古生物化石方面的证据活在约2亿年前的中龙是一种住在陆上淡水沼泽的爬虫类,无法越过大洋。地质学家在大西洋两侧的南美洲与南非发现了中龙化石,即可证明南美洲与非洲过去是相连的。另外,二至三亿年前的舌羊齿植物,因种子很大无法藉风力飘洋过海,但此种化石却出现在非洲、澳洲、印度、南美洲及南极洲,由此可见,过去这些大陆是彼此连接在一起的。

 气候的证据在印度南部有冰川作用的痕迹,而印度南部远离喜马拉雅山,北部的冰川不可能在溶化前来到南部,何况印度南部是低纬度地区,年温度高,不可能出现冰川。证明印度曾经是中高纬度地区。另外,地理学家在南极洲发现丰富的煤矿,煤是由远古植物遗骸变化而成,若南极洲一直都在南极圈内,严寒的天气根本不容许南极洲有茂密的森林,休说丰富的煤矿。从而反证南极洲曾在低纬度地区。

 古磁场的证据把非洲、南美洲、澳洲、印度和南极洲各大陆连接在一起时,各大陆测得的古生代磁极边缘轨迹大致重合在一起,证明它们在古生代期间确实属于同一大陆地块。

   海底扩张学说和板块构造学说的创立:60年代在洋底发现的条带状海底磁异常、转换断层及DSDP/ODP的钻探成果,是海底扩张学说和板块构造学说的基础和主要内容。

 此学说在魏格纳因实地考察中丧生后沉寂一时,到了六十年代,海底扩张学说中的地质报告证明了大西洋正在扩张,而三大洲就渐渐分离,令学界重新研究大陆漂移学说,后来更有人提出板块构造学说,板块构造学说亦是现今地理学根基。

 海底扩张学说是在大陆漂移学说的基础上所发展出的进阶地球地质活动学说。在各大洋的中央有一带状分布的海岭,这些带状海岭是下方地幔软流层的出口。不断涌出的熔岩自海岭流出,冷却而成为刚性强的大洋地壳。大洋地壳不断的受到新由海岭涌出的溶岩所推挤而向两旁移动,使海面积扩大,同时大陆地壳受到推挤而分离。导致海底扩张的原因是海水不平衡的压力导致的板块漂移。

 地球上大约3/4的表面由海洋覆盖,海水的总量巨大,对海底以及周围陆地的压力也十分巨大。由于受到月球的引力作用和不同区域海水温度不同等因素的影响,海水对不同板块的压力是不平衡的,这就使得板块发生漂移,同时也就产生了海洋带状岭。

 随着地球温室效应的加剧,地球两极冰川的溶化,海水总量的增加,海水对板块漂移的作用将增大,即大陆漂移的速度将增大,由此导致的结果就是地震和火山喷发增多。

 板块构造论(又称板块构造假说、板块构造学说)是为了解释大陆漂移现象而发展出的一种地质学理论。该理论认为,地球的岩石圈是由板块拼合而成;全球分为六大板块(1968年法国勒皮雄划分),海洋和陆地的位置是不断变化的。根据这种理论,地球内部构造的最外层分为两部分:外层的岩石圈和内层的软流圈。这种理论基于两种独立的地质观测结果:海底扩张和大陆漂移。

 1909克罗地亚地震学家莫霍洛维奇发现地壳与地幔的交界,即莫霍界面。

 1913古登堡发现了地幔与地核的交界(即古登堡界面),地球具有分层的现象,且能具体说明分层的深度。

 1915大气学家魏格纳根据地质证据,提出大陆漂移学说,因缺乏飘移的动力来源而不被接受。

 1929年英国地质学家霍姆斯相信大陆地壳下的热对流是造成大陆分裂和飘移的原因,首次提出聚合与张裂的想法。

 1940年代,发现海洋地壳与大陆地壳的花岗岩岩质不同,其厚度仅七公里。

 1954日本地震学家和达清夫与美国地质学家班尼奥夫发现连接海沟与火山岛弧底下的震源分布,有一向内陆倾斜的带状区域(班尼奥夫带),为板块构造学说想法的先驱。

 1956澳大利亚国家学院的艾尔文等人测量陆地的古地磁发现,若回推磁极,大陆都历经长期漂移,且移动路径与魏格纳所描述十分接近。

 1959哥伦比亚大学的希森与地球物理学家萨普根据水深资料绘出第一张海底地形图,清楚显示了中洋脊与海沟。

 1962美国地质学家赫斯指出地幔的热对流导致海洋地壳从中洋脊向外伸张,隐没于海沟,迫使大陆水平移动。板块学说于焉成形,由原本的水平移动思维进化成地球内部的运动影响地表的想法。

 1960年代,得到陆地的古地磁逆转时间表,也认为中洋脊两侧交互出现的正反磁极,应为海洋地壳侧向生长造成。

 现在已经能够掌握全球各地海洋地壳年龄以及中洋脊扩张速率以及海沟隐没速率,可以标出板块的形状,分布以及移动速率及移动历史。

 1968法国的勒皮雄根据各方面的资料,首先将全球岩石圈分为六大板块,即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。

 随着研究工作的进展,有人在勒皮雄的基础上在大板块中又分出许多小板块,将全球分为七大板块——太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、印度-澳洲板块、北美洲板块、南美洲板块和南极洲板块——以及六个较小的板块——阿拉伯板块、菲律宾板块、胡安·德富卡板块、科科斯板块、纳斯卡板块、加勒比板块。

 而环太平洋板块边界的板块活动最为活跃,故此地震作用和火山作用也最为频密。

 板块实际上就是岩石圈,包含了地壳以及一小部分的上部地函(地幔)。因此板块没有大陆板块海洋板块的分法,只有依其成分组成命名为大陆性的板块海洋性的板块

 前寒武纪晚期超大陆和冰室世界(距今6亿5千万年前)。形成于11亿年前的罗迪尼亚超大陆这时开始分裂。前寒武纪晚期的世界与现在的气候十分相近,是一个冰室世界。罗迪尼亚大陆大约在7.5亿年前分裂成两半,形成了古大洋。

 具有硬壳的生物在寒武纪第一次大量出现。诸大陆为浅海所泛滥。超大陆冈瓦那开始在南极附近形成。巨神海在劳伦大陆(北美)、波罗地(北欧)和西伯利亚这几个古大陆之间扩张。

 奥陶纪时,古海洋分隔开劳伦大陆、波罗地、西伯利亚和冈瓦那大陆。奥陶纪末期是地球历史上最寒冷的时期之一。冈瓦那大陆的南方完全为冰所覆盖。巨神海隔开了波罗地和西伯利亚大陆,原特提斯洋分隔开冈瓦那大陆、波罗地和西伯利亚大陆,古大洋则覆盖了北半球的大部分。

 劳伦大陆与波罗地大陆的碰撞闭合了巨神海的北面,并形成了老红砂岩大陆(欧美大陆)。珊瑚礁扩张,陆生植物开始覆盖荒芜的大陆。

 大陆碰撞导致斯堪地那维亚半岛上的加里东山脉的形成,以及大不列颠北部、格陵兰和北美东海岸的阿帕拉契山脉的形成。

 泥盆纪时,古生代早期海洋闭合,形成前盘古大陆。淡水鱼类从南半球迁徙至北美和欧洲。森林首次在赤道附近的古加拿大生长。植物大量生长,形成了今天加拿大北部、格陵兰北部和斯堪的纳维亚的煤炭。

 石炭纪早期盘古大陆开始形成(距今3亿5,600万年前)。石炭纪早期,欧美大陆和冈瓦那大陆间的古生代海洋闭合,形成阿帕拉契山脉和维利斯堪山脉。南极开始形成冰帽,同时四足脊椎动物在赤道附近的煤炭沼泽开始发展。

 石炭纪晚期:巨大煤炭沼泽的时代(距今3亿600万年前)。石炭纪晚期,由北美及欧洲组成的大陆与南方的冈瓦那大陆碰撞,形成了盘古大陆的西半部分。南半球大部分被冰所覆盖,而巨大的煤炭沼泽则沿着赤道形成。以赤道为中心,盘古大陆从南极延伸至北极,并将古特提斯洋与古大洋分隔在东、西两侧。

 二叠纪末期:自古至今最大的灭绝(距今2亿5,500万年前)。二叠纪时,巨大的沙漠覆盖了西盘古大陆。同时爬行动物扩散到整个超大陆。99%的生物在灭绝事件中消失,标志着古生代的终结。

 三叠纪末期,盘古大陆形成(距今2亿3,700万年前)。形成于三叠纪的盘古超大陆使陆生动物可以从南极迁徙到北极。在二叠纪—三叠纪大灭绝之后,生命开始重新多样化。同时,暖水生物群落扩散到整个特提斯洋(古地中海)。

 侏罗纪早期:恐龙遍布盘古大陆(距今1亿9,500万年前)。侏罗纪早期,中南亚开始形成。宽广的古地中海将北方大陆与冈瓦那大陆分隔开。尽管盘古大陆依然完整,不过可以听到大陆开始分裂的隆隆声。

 盘古大陆开始分裂(距今1亿5,200万年前)。侏罗纪中期,盘古大陆开始分裂。侏罗纪晚期,中大西洋是将非洲与北美东部隔开的狭窄海洋。东冈瓦那大陆开始与西冈瓦那大陆分离。

 新的大洋张开(距今9,400万年前)。白垩纪时南大西洋张开。印度从马达加斯加分离,加速向北对着欧亚大陆撞去。值得注意的是,北美仍与欧洲相连,澳大利亚仍然是南极洲的一部分。白垩纪时全球的气候比现在要温暖。恐龙与棕榈树出现在现在的北极圈,南极洲以及澳洲南部。虽然白垩纪早期的极区可能会有一些冰帽存在,但是整个中生代都没有任何大规模的冰帽出现过。白垩纪是海盆迅速张裂的时期。中洋脊迅速扩张导致了海平面的上升。

      恐龙时代的终结(距今6,600万年前)。恐龙灭绝包括数个说法,但并未有一致认同的答案,其中之一为小行星撞击地球,造成希克苏鲁伯陨石坑,导致全球气候剧烈变化,恐龙和许多其他种类的生物因此而灭绝。白垩纪晚期,海洋继续拓宽,印度接近亚洲南缘。

 新生代早期:印度开始撞击亚洲(距今5,020万年前)。5千万至55百万年前,印度开始撞击亚洲,形成了青藏高原和喜马拉雅山脉。原本与南极洲相连的澳洲,此时也开始迅速向北移动。

 2千万年前,南极洲被冰雪所覆盖,同时北方各个大陆迅速冷却。世界看起来和现代相似,不过佛罗里达和亚洲的一部分仍然在海洋之下。

 过去3千万年来地球进入冰室气候(距今18,000年前)。当地球处于冰室气候时,两极皆被冰雪覆盖。极区冰盖因为地球轨道变化(米兰科维奇循环)而扩张。最后一次极区冰盖扩张发生在18,000年前。

 现今世界有定义明确的气候带。进入了大陆碰撞的新阶段,这最终会在未来形成新的盘古超大陆。全球气候在变暖(关于全球变暖存在争议),因为我们正在脱离冰川时代,同时也因为我们向大气层中排放温室气体。

 可能的未来世界。距今5千万年后如果今天的板块继续运动,大西洋将会拓宽,非洲会与欧洲碰撞,并使地中海闭合,澳洲将会与东南亚碰撞,加利福尼亚将向北滑移到阿拉斯加海岸之上。

 大西洋开始闭合(距今1亿5千万年后),沿着北美和南美东海岸将产生新的潜没带,这将消耗掉分开北美和非洲的海底。距今1亿年后大西洋中脊将潜没,各个大陆将逐渐靠拢。

 终极盘古大陆后形成(距今2亿5千万年后),北大西洋和南大西洋的海底将会潜没在北美和南美之下,结果产生第二个盘古大陆——终极盘古大陆。这个超大陆中央会陷下一个小洋盆。

 板块在软流圈之上运动,由地幔对流柱产生驱动力而运动。板块之间有三种相对运动方式:聚合、张裂与保守(错动)三种方式,所以板块之边界可分为张裂型板块边界、聚合型板块边界和错动型板块边界三种类型。聚合型板块边界是板块相互挤压的地区,在地貌上表现为海沟、火山岛弧、褶曲山脉等。张裂型板块边界是板块相互拉张的地区,在地貌上表现为裂谷、中洋脊等。错动型板块边界(保守性板块边界)是两个板块互相摩擦的地区,转形断层发育,其运动方式类似地表的走向滑移断层,因面积无改变而称之为保守性。

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