海底扩张,板快运动三大学说!

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大陆漂移学说
大陆漂移学说 dà lù piāo yí shuō
大陆漂移的设想早在19世纪初就出现了,最初的提出是为了解释大西洋两岸明显的对应性.直到1915年,德国气象学家阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）的《大陆和海洋的形成》问世,才作为一个科学假说受到广泛重视.在这本不朽的著作中,魏格纳根据拟合大陆的外形、古气候学、古生物学、地质学、古地极迁移等大量证据,提出中生代地球表面存在一个泛大陆（Pangea）,这个超极大陆后来分裂,经过二亿多年的漂移形成现在的海洋和陆地.
由于当时受对地球内部构造和动力学的知识局限,大陆漂移和动力学机制得不到物理学上的支持.魏格纳学说的不幸遭遇在于他倡导大陆漂移的同时却认为大洋底的稳定.直到他去世的20年后,抛弃洋底稳定不动的海底扩张学说提出,人们对大陆漂移的兴趣又复萌了.
魏格纳是德国气象学家、地球物理学家,1880年11月1日生于柏林,1930年11月在格陵兰考察冰原时遇难.
魏格纳以倡导大陆漂移学说闻名于世,他在《大陆和海洋的形成》这部不朽的著作中努力恢复地球物理、地理学、气象学及地质学之间的联系——这种联系因各学科的专门化发展被割断——用综合的方法来论证大陆漂移.魏格纳的研究表明科学是一项精美的人类活动,并不是机械地收集客观信息.在人们习惯用流行的理论解释事实时,只有少数杰出的人有勇气打破旧框架提出新理论.但由于当时科学发展水平的限制,大陆漂移由于缺乏合理的动力学机制遭到正统学者的非议.魏格纳的学说成了超越时代的理念.
魏格纳去世30年后,板块构造学说席卷全球,人们终于承认了大陆漂移学说的正确性.由此可见到：一种正确的理论在其初期阶段常常被当作错误抛弃或是被当作与宗教对立的观点被否定,后期阶段则被当作信条来接受.但无论如何,人们至今还纪念魏格纳的,不是他生前冷遇与死后热闹,而是他毕生寻求真理、正视事实、勇于探索和不惜献身的科学精神.
早期的世界地图已清楚地表明非洲和南美洲相对海岸线的“锯齿状拟合”.远在1801年,洪堡（A.Humboldt）及其同时代的著名科学家们已经提出,大西洋两岸的海岸线和岩石都很相似.魏格纳首先提出,应该用深海中的大陆坡边缘进行大陆拟合.凯里（S.W.Carey ）证明,两个大陆的外形在海面以下2000米等深线几乎完全可以拟合.布拉德（E.Bullard）等人借助计算机计算,发现无论用1000米或2000米等深线拟合的结果差别不大.复原拟合工作证明,各大陆可以通过复原形成一个超级大陆,即魏格纳所命名的“泛大陆”.泛大陆是由冈瓦纳大陆（南方各大陆加上印度）和劳亚大陆（北美和欧亚）组成的复合古大陆.
魏格纳首次提出大陆漂移观点时,许多证据来自他对古气候的研究.他注意到,各大陆上存在某一地质时期形成的岩石类型出现在现代条件下不该出现的地区：如在极地区分布有古珊瑚礁和热带植物化石；而在赤道地区发现有古代的冰层.运用将今论古的原则,魏格纳把冰川活动的中心放在当时的旋转极附近,而珊瑚礁和蒸发岩分布的地带放在赤道附近,用这种方法确定了各大陆当时的古纬度.对古纬度和现代纬度的比较,魏格纳得出了大陆漂移的结论.
魏格纳认为,大陆漂移对现代由海洋分隔的各大陆上动物群和植物群的显著相似性提供了最好的解释.使魏格纳和以后的调查者们获得深刻印象的一些例子有：南美和非洲都能见到的具有类似蝾螈的骨骼构造的淡水爬行动物中龙（Mesosaurus）,它不可能游过大洋；大西洋两岸的古生代海相无脊椎动物化石组合很相似；南极洲三叠系中有许多陆生爬行动物的化石在其它大陆上同样存在；二叠纪舌羊齿植物群（一个独特的植物组合）的种子蕨化石,见于南方的各个大陆和印度.古生物学的证据曾引起过人们众说纷纭的争论,迪茨（R.S.Dietz）在1967年就人们争论的证据发表了一篇评论,其中有霍尔登（J.C.Holden）所作的若干饶有趣味的图群.
如今,这些争论都已是历史的陈迹,从这里我们可以见到,以旧框架收集新事实只是徒劳,用旧理论去解释事实又往往导致荒谬.
【提出人】：魏格纳
【依 据】：大西洋两岸的大陆形状、地质、古生物等的相似性.
【内 容】：盘古大陆—→七大洲、四大洋
（2亿年前） （现今）
【驱动力】：地球自转离心力、天体引潮力.
海底扩张说（sea-floor spreading hypothesis）

1. 海底扩张说是海底地壳生长和运动扩张的一种学说,是对大陆漂移说的进一步发展.五十年代以来,随着海底科学的发展,人们利用放射性同位素测定海底岩石年龄,发现海底岩石的年龄很轻,一般不超过2亿年,相当于中生代侏罗纪（大陆最老岩石年龄在30亿年以上）,而且离海岭（又叫大洋中脊）愈近,岩石年龄愈轻；离海岭愈远,岩石年龄愈老,而且在海岭两侧呈对称分布.六十年代初,一些科学家提出了海底扩张学说,认为海岭是新的大洋地壳诞生处.地幔物质从海岭顶部的巨大开裂处涌出,凝固后形成新的大洋地壳.以后继续上升的岩浆又把原先形成的大洋地壳以每年几厘米的速度推向两边,使海底不断更新和扩张.当扩张着的大洋地壳遇到大陆地壳时,便俯冲到大陆地壳之下的地幔中,逐渐熔化而消亡.这一过程实际上是洋壳“新陈代谢”过程,其所历时间约需2亿年.它也是海底岩石年龄的下限.
2. 沿大洋中部穿透岩石圈的裂缝或裂谷向两侧扩展并导致新生洋壳的学说.它认为地幔物质在这种裂缝带下因软流圈内的物质上涌、侵入和喷出而形成新的洋壳,随着这个作用不断进行,新上涌侵入的地幔物质把原已形成的洋壳向裂谷两侧推移扩张,致使洋底不断新生和更新.由于洋壳不断向外推移,及至海沟岛弧一线,便受阻于大陆而俯冲下插于地幔,达到新生和消亡的消长平衡,从而使洋底地壳在2～3亿年间更新一次.
H.H.赫斯于1960年首先提出洋盆的形成模式.随后R.S.迪茨于1961年用海底扩张作用讨论了大陆和洋盆的演化.赫斯于1962年对洋盆形成作了系统的分析和解释,并阐述了洋盆形成、洋底运移更新与大陆消长关系.这一理论为板块构造学的兴起奠定了基础,并触发了地球科学的一场革命.海底扩张说从以下事实得到验证：①1963年F.J.瓦因和D.H.马修斯从地磁场极性的周期性倒转的分析发现洋中脊区的磁异常呈条带状、正负相间、平行于中脊两侧,对称延伸,其顺序与地磁反向年表一致.这一事实证明了洋底是从洋中脊向外扩展而成,洋底磁异常条带因顺序相同而具有全球的可对比性.②1965年威尔逊提出了转换断层的概念,证明岩石圈板块的水平位移成为可能,并因此阐明了洋中脊的新生洋壳和海沟带的洋壳消减之间的消长平衡关系,即扩张速率与消减速率相等.通常用扩张速率来表示海底扩张作用的强度,一般以一侧的速率来表示.太平洋的扩张速率为每年5～7厘米,大西洋的扩张速率为每年1～2厘米.
编辑本段2、地球的“新诗篇”——海底扩张说
这是一个非常有趣的故事.
第二次世界大战期间,一艘美国军舰“开普·约翰逊”号在东太平洋上巡航.这艘军舰的指挥官名叫哈利·赫斯.军舰从南驶向北,再由北驶向南,看似这艘军舰在巡逻,实际上军舰的指挥员正利用海上无战事的海上巡航,用声纳测深技术对洋底进行探测.
赫斯舰长1906年生于纽约,早年毕业于著名的耶鲁大学.战前,他曾是一位航海家,在普林斯顿大学工作.战争爆发了,他应征加入海军,成了“开普·约翰逊”号的舰长.虽说赫斯由一个教授、学者,变成了军人,但他热爱海洋科学,他的理想是不断揭示海洋奥秘.这不,他正在利用巡逻的机会,对海底进行探测.
赫斯舰长工作起来完全是个学者风度,他指挥军舰横越太平洋,把航线上的数据加以分析整理.在分析这些测深剖面时,一种奇特的海底构造,引起了赫斯的注意：在大洋底部,有从海底拔起像火山锥一样的山体,它与一般山体明显不同的是没有山尖,这种海山顶部像是被一把快刀削过似的,非常之平坦.连续发现这种无头山,让赫斯感到大惑不解.
战争结束之后,赫斯又回到他原先执教的大学工作.他把自己发现的无头海山命名为“盖约特”,以纪念自己尊敬的师长、瑞士地质学家A.盖约特.因为这种海山的顶部均为平坦的,后来人们又称之为“盖约特”,实际上就是人们统称的“海底平顶山”.
这些海底山体和过去发现的海丘山峰均不同,具有一种顶部平坦的特殊形状.山顶部直径为5～9千米,如果把周围山脚计算在内,形成数千米左右的高台；山腰最陡的地方倾斜达32°,再往下形成缓坡,并呈现阶梯状.这是所有平顶山的共同特征.还有一个特点是,平顶海山的山顶至少在海面下183米,也有的在海面下2500米处,一般多在海面下1000～2000米之间.这种海底平顶山,在世界大洋中均有发现.
后来的调查证实,海底平顶山曾是古代火山岛.与大洋火山有相同的形态、构造和物质成分.那么,既然是海底火山,为什么又没有头了呢?
赫斯教授的解释是,新的火山岛,最初露出海面时,受到风浪的冲击.如果岛屿上的火山活动停息了,变成一座死火山,在风浪的袭击下被侵蚀,失去再生的能力,天长日久,火山岛终于遭到“砍头”之祸,变成为略低于海面具有平坦顶面的平顶山了.
哈利·赫斯教授的研究并没有到此为止.他发现,同样特征的海底平顶山,离洋中脊近的较为年轻,山顶离海面较近；离洋中脊远的,地质年代较久远,山顶离海面较远(深).最初,人们对这种现象无法解释.到了1960年,赫斯教授大胆提出海底运动假说.他认为,洋底的一切运动过程,就像一块正在卷动的大地毯,从大裂谷的两边卷动(大裂谷是地毯上卷的地方,而深海底扩张说海沟则是下落到地球内部的地方).地毯从一条大裂谷卷到一条深海沟的时间可能是1.2亿～1.8亿年.形像地说,托起海水的洋底像一条在地幔中不断循环的传送带.因为在地球的地幔中广泛存在着大规模的对流运动,上升流涌向地表,形成洋中脊.下降流在大洋的边缘造成巨大的海沟.洋壳在洋中脊处生成之后,向其两侧产生对称漂离,然后在海沟处消亡.在这里,陆地作为一个特殊的角色,被动地由海底传送带拖运着,因其密度较小,而不会潜入地幔.所以,陆地将永远停留在地球表面,构成了“不沉的地球史存储器”.
1962年,赫斯教授发表了他的著名的论文--《大洋盆地的历史》.这篇论文被人们称为“地球的诗篇”.其中,赫斯教授以先人之见,首先提出了“海底扩张学说”.
“海底扩张”说,恰好可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论.我们知道,地球是由地核、地幔、地壳组成的.地幔的厚度达2900千米,是由硅镁物质组成,占地球质量68.1％.因为地幔温度很高,压力大,像沸腾的钢水,不断翻滚,产生对流,形成强大的动能.大陆则被动地在地幔对流体上移动.形象地说,当岩浆向上涌时,海底产生隆起是理所当然的,岩浆不停地向上涌升,自然会冲出海底,随后岩浆温度降低,压力减少,冷凝固结,铺在老的洋底上,变成新的洋壳.当然,这种地幔的涌升是不会就此停止的.在继之而来的地幔涌升力的驱动下,洋壳被撕裂,裂缝中又涌出新的岩浆来,冷凝、固结、再为涌升流动所推动.这样反复不停地运动,新洋壳不断产生,把老洋壳向两侧推移出去,这就是海底扩张.
在洋底扩张过程中,其边缘遇到大陆地壳时,扩张受阻碍,于是,洋壳向大陆地壳下面俯冲,重新钻入地幔之中,最终被地幔吸收.这样,大洋洋壳边缘出现很深的海沟,在强大的挤压力作用下,海沟向大陆一侧发生顶翘,形成岛弧,使岛弧和海沟形影相随.
海底扩张说的诞生,可以解释一些大陆漂移说无法解释的问题.当年魏格纳的“大陆漂移”学说,被赫斯教授的“海底扩张”学说所代替就是情理之中的事了.60年代后,被人们一度冷落的“大陆漂移”学说又重新受到人们的重视.
编辑本段3、什么是海底扩张说?
海底扩张说是20世纪60年代,由美国科学家H．H赫斯和R·S·迪茨分别提出的.海底扩张说认为,高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升,不断形成新洋壳；同时,以大洋脊为界,背道而驰的地幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张；地幔流在大洋边缘海沟下沉,带动洋壳潜入地幔,被消化吸收；大西洋与太平洋的扩张形式不同：大西洋在洋中脊处扩张,大洋两侧与相邻的陆地一起向外漂移,大西洋不断展宽；太平洋底在东部的洋中脊处扩张,在西部的海沟处潜没,潜没的速度比扩张的快,所以大洋在逐步缩小,但洋底却不断更新,古老的太平洋与大西洋的洋底一样年轻.深海钻探的结果证实,海底扩张说的上述观点是成立的.
洋中脊处新洋壳不断形成,两侧离洋中脊越远处洋壳越老,证明了大洋底在不断扩张和更新.海底扩张说较好地解释了一系列海底地质地球物理现象.它的确立,使大陆漂移说由衰而兴,主张地壳存在大规模水平运动的活动论取得胜利,为板块构造说的建立,奠定了基础.但扩张说在扩张机理方面还存在有待解决的难题.
编辑本段4、证据
海底扩张说验证主要的有以下两个方面：①1963年F.J.瓦因和D.H.马修斯用地磁场极性的周期性倒转的地磁反向周期特征,对印度洋卡尔斯伯格中脊和北大西洋中脊的洋底磁异常特征作了分析.洋中脊区的磁异常呈条带状,正负相间,平行于中脊的延伸方向,并以中脊为轴呈两侧对称,其顺序与地磁反向年表一致.这就证明了洋底是从洋中脊向外扩展而成,洋底磁异常条带因顺序相同而具全球可对比性.②1965年J.T.威尔逊提出了转换断层的概念,这就使岩石圈水平位移成为可能,也因此阐明了洋中脊的扩张新生洋壳和海沟带的洋壳俯冲消减的消长平衡关系,即扩张与消减速率相等.
海底扩张作用以洋中脊为轴向两侧扩张,通常用扩张速率来表示其强度.一般以一侧的速率来表示.测算结果表明,太平洋的扩张速率为每年5～7厘米,大西洋的扩张速率为每年1～2厘米.
海底扩张说在大陆漂移说的基础上,把洋中脊的扩张与海沟岛弧的俯冲联系起来,即认为大洋水体虽然是古老的,但洋底因不断更新而具新洋壳,而大陆则是由不同时代的陆块不断裂解、拼合和增生而成.
编辑本段5、简史
海底扩张说1949年H.贝尼奥夫在研究环太平洋深源地震分布时发现,震源深度分布构成一个自大洋向大陆方向的倾斜带（见贝尼奥夫带）,标志着大陆和大洋间有一重要构造运动面的关系.50年代中期,B.C.希曾提出大洋中部普遍存在中央海岭,沿洋中脊存在全球裂谷系的洋底地貌特征.S.K.朗科恩发现了由岩石剩磁判定的古地磁极随地质时代发生迁移,欧洲和美洲大陆可由古地磁极移曲线重合以及关闭现今大西洋而拼合一起,有力地支持了大陆水平漂移运动的存在（见大陆漂移说）.
H.H.赫斯于1960年首先提出海底扩张说（见图）.随后R.S.迪茨于1961年用海底扩张作用讨论了大陆和洋盆的演化.赫斯于1962年对洋盆形成作了系统的分析和解释.他明确强调地幔内存在热对流,洋中脊下的高温上升流使中脊保持隆起并有地幔物质不断侵入、遇水作用成蛇纹石化而形成新洋壳,先存洋壳因此不断向外推移,至海沟、岛弧一线受阻于大陆而俯冲下沉、融熔于地幔,达到新生和消亡的消长平衡,从而使洋底地壳在2～3亿年间更新一次.这一理论为板块构造学的兴起奠定了基础,触发了地球科学的一场革命.
编辑本段板块运动简介
坚硬的地壳并不是“铁板一块”,位于地表以下70-100公里厚的岩石层也不像蛋壳那样完整.无论是在大洋底下或大陆底下的岩层,原来都是由一块块大板块构成的.在这些大板块之间不是大洋中脊的裂口,就是几千米深的海沟或者是巨大的断层. 全球六大板块1968年,法国地质学家勒皮顺把地球的岩石层划分为六个大板块,即太平洋板块、亚欧板块、美洲板块、印度洋板块、非洲板块和南极洲板块.其中,除了太平洋板块全部侵没在海洋底部外,其他五个板块上,既有大陆也有海洋.随着研究的深入,有人在这些大板块中又分出一些较小的板块,例如,把美洲板块分为北美洲板块和南美洲板块；从太平洋板块中分出东太平洋板块；从亚欧板块中分出以中国大陆为主体的东亚板块等等.
所有这些板块,都漂浮在具有流动性的地幔软流层之上. 随着软流层的运动,各个板块也会发生相应的水平运动.据地质学家估计,大板块每年可以移动1-6厘米距离.这个速度虽然很小,但经过亿万年后,地球的海陆面貌就会发生巨大的变化：当两个板块逐渐分离时,在分离处即可出现新的凹地和海洋；大西洋和东非大裂谷 就是在两块大板块发生分离时形成的.喜马拉雅山,就是三千多万年前由南面的印度板块和北面的亚欧板块发生碰撞挤压而形成的.有时还会出现另一种情况：当两个坚硬的板块发生碰撞时,接触部分的岩层还没来得及发生弯曲变形,其中有一个板块已经深深地插入另一个板块的底部.由于碰撞的力量很大,插入部位很深,以至把原来板块上的老岩层一直带到高温地幔中,最后被熔化了.而在板块向地壳深处插入的部位,即形成了很深的海沟.西太平洋海底的一些大海沟就是这样形成的.
板块构造学说诞生后,已成功地解释了一些大地构造现象.同时,仍存在一些尚不能圆满解释的问题,有些推论也未得到最后的证实.但这些都不会影响这一学说的发展,相反会对它起推进作用.
编辑本段板块相对运动及其几何学
板块运动一般是指地球表面一个板块对于另一个板块的相对运动.举例来说,大西洋中脊两侧的欧亚板块和北美板块正在相互分离,但这并不能断定大西洋中脊相对于地理极是静止的,也无法确定两个板块之中哪一个是静止不动的,我们只能假定其中一个板块静止不动,然后去分析另一板块相对于它的运动.由此可知,欧亚板块相对于北美板块是向东运动,而北美板块相对于欧亚板块则是向西运动.欧亚板块相对于太平洋板块是向西运动,相对于印度洋板块则是向南运动.举例说来,大西洋四周各大陆间的距离,在过去2亿年的时间内,至少移动了数千千米,而利用现代空间技术所观测到的现代板块间的相对运动,则可以达到每年几个厘米的量级.
刚体板块沿地球表面的运动,应遵循球面运动原理,即必定是环绕通过球心（地心）轴的旋转运动.在球面上,任何一点的移动都不是沿着直线而是沿着弧线的运动.平行于赤道（离旋转极90°的大圆）的一系列同轴圆弧（欧拉纬线）标明了板块旋转运动的方向,同轴圆弧的垂线（大圆）相交于旋转极.正因为板块运动是一种旋转运动,所以,板块上不同位置的线速度随远离旋转极而增大,至旋转赤道线速度最大.板块的旋转运动由旋转极（欧拉极、扩张极）的地理坐标（γ、 ）和旋转角速度（ω）确定.
由于转换断层的走向平行于相邻板块之间的相对运动方向,也就是说,相邻板块在球面上的运动轨迹就是转换断层（图5．29）,故采用求转换断层为界的各对板块之间相对运动的旋转极（ρ）,例如,采用作图法对大西洋中脊不同转换断层分别作垂直于它们的球面大圆,结果都相交于球面上一个很小的范围内,理解为一个极点,即旋转极,实际位置在58°E及38°W附近.
有了扩张极（旋转极）,利用扩张速率便可求出旋转角速度,即：ω＝ν/R·cosθ·0.017 45式中ω为旋转角速度（度/a）；ν为扩张速率（cm/a）； R为地球半径（6.37×108cm）； θ为欧拉纬度； 0.017 45为角度的弧长系数.表5．2即为明斯特（J.B.Minster etal, 1974）和蔡斯（C.Chase 1978）等人求出的全球部分板块之间现代运动的扩张极和角速度,根据所求得的旋转极位置和角速度大小,板块边界上各点的线速度可以很方便地换算出来.

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