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大陸板塊構造說

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板塊構造理論,是從海底研究得出的,是了解地球形態的一把鑰匙。

1 大陸板塊構造說 -名稱

來自海洋的靈感--大陸板塊構造說
主題詞或關鍵詞: 海底擴張 海洋科學

2 大陸板塊構造說 -內容


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來自海洋的靈感--大陸板塊構造說
「海底擴張」學說的創立,使人們找到了正確解釋許多海洋中的地質和地球物理現象的新理論。在20世紀60年代,赫斯的學術思想,使得地學界和正在興起的海洋地質學充滿了活力。然而,人們也不得不承認這樣的事實,它不能深刻解釋大陸上的許多地質現象。例如,它的過程能不能解釋陸地上山脈的形成呢?既然海底擴張學說認為,不僅海底在擴張,大陸也在擴張,大西洋和印度洋就是由原始泛古陸的分離而形成的,那麼,海底擴張學說也應當能夠解釋大陸上的問題,否則,它對大自然的解釋就太片面,太具有局限性了。
事實上,在這個時期,另外一位地質學家圖佐·威爾遜提出一個新的概念--轉換斷層說。威爾遜是加拿大著名地質學家,從海底擴張學說一提出,他便開始注意這個學術動向。當他用新的視角和理論提出轉換斷層的新概念后,就受到學者們的歡迎和認同。絕大多數的地質學家們看到,轉換斷層的思路,不但為海底擴張學說提供了一個強有力的支持,而且還使人們看到地學革命的新曙光。然而,在過去的一段時間裡,威爾遜並不相信魏格納的「大陸漂移」學說,而是一名「地球冷縮說」的鼓吹者。但是,後來的研究實踐使他看到「冷縮說」沒有前途,又改為相信地球「熱脹說」,但還是走不通。最終,他終於看到大陸漂移、地幔對流、海底擴張學說的生命力,投身到這個新的學術研究理論,並且提出了「轉換斷層」的獨特見解,樹立起支持「海底擴張學說」的一根強有力的支柱。
按照老的地層平移斷層概念,斷裂帶兩側的洋殼,向相反方向發生平移錯動,使相鄰的兩段大洋中脊的距離越遠。但是,善於思辨的威爾遜認為,洋底的這些斷裂帶,並不是通常所說的平移斷裂帶,而是由洋底自洋中脊向兩側不斷擴張而引起的運動。這就是說,每一段洋脊兩側的洋底都會向外擴張出去,相鄰兩段洋中脊之間的洋殼的移動,自然是相反的,所以,中脊之間的距離並不一定會加大。這個地層運動過程,威爾遜叫它斷層,或叫它「轉換斷層」。轉換斷層巧妙地解釋了洋底擴展的方式,同時,也能闡明洋中脊地震頻繁發生的內在原因。威爾遜還認為,轉換斷層是洋底各種構造的聯繫紐帶。或者說,洋底各段脊就是通過轉換斷層來連接的;不僅中脊和中脊之間可以通過轉換斷層連接,洋中脊與海溝-島弧系,海溝-島弧系之間也通過轉換斷層連接起來。大洋中脊,轉換斷層,海溝-島孤系這3個構造活動帶,在不停運動,從一種活動帶,「轉換」成另一種活動帶。也就是說,從擴張的洋中脊上,完全可以轉換成水平剪切的斷層形成,而從斷層形式,又可轉換成受到強大擠壓力而形成的海溝-島弧。這樣,在威爾遜的眼中,整個地球表層是這種首尾相連的地殼活動帶,分割成若干巨大的板塊。這恐怕是現今絕大多數學者認同的「板塊構造說」的雛形。
還有一項支持海底擴張說和對後來形成板塊構造說有影響的實驗活動,這就是美國深海鑽探計劃。一艘名叫「格羅瑪·挑戰者」號的深海鑽探船啟航了。「格羅瑪·挑戰者」號肩負重大的海洋探索使命駛向大洋。這艘科學鑽探船披星戴月,乘風破浪,按照計劃在太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋以及南大洋等海域,進行鑽探取樣。由於它採用了當時最先進的動力和高精度的定位系統,從而取得了非常珍貴的洋底地質資料。通過嚴格的比較鑒定和資料分析,找出了令人信服的資料說明洋底在擴張的證據。這些資料說明,在各大洋中,無論是哪裡的岩石,也無論這些岩石來自多麼深的洋底地層,它們的年齡總超不過1.6億年。相比之下,和大陸上高達38億年或更古老的岩石相比,洋殼的年齡是那麼年輕。這不再次證明,洋底地殼像赫斯教授說的海底,像一張平移的地毯在不斷移動或更新嗎?後來,人們把所獲得這些資料與古地磁條帶所測出的地質年代進行比較,竟發現它們之間令人稱奇地一致。結合大洋中脊對稱比較分析,離中脊越遠,洋殼年齡越老;越近處,就越年輕;在洋中脊附近的地質年齡為零。深海鑽探的事實,進一步驗證了先前人們提出海底擴張學說的種種猜想。使得洋底水平移離的情景,更為具體生動地呈現在人們面前。
今天,絕大多數人認同的板塊學說和大陸漂移說一樣,都認為地球表層是漂移著的,但是,這兩者的運動機理卻是完全不同的。大陸漂移說認為,大陸硅鋁層是在洋底的硅鎂層上漂浮;而板塊構造說則認為,岩石圈的板塊是在地幔軟流圈上漂浮運動。這就把剛剛形成的海底擴張說,推向了板塊構造說的新階段。創立這個學說的有麥肯齊、摩根、勒皮雄等人。在他們之中,勒皮雄起到了至關重要的作用。進入20世紀70年代后,人們總喜歡把板塊構造學說的創立,和這位年輕的法國地質學家聯繫在一起。
法國人格扎維埃·勒皮雄,1937年出生在越南。他從小就喜歡大海,立志長大后當一名海洋學家。他在斯特拉斯堡大學學習期間,主要學習物理學和地球物理學。由於他聰慧過人,勤奮好學,他的成績總是名列前茅。1959年,他以優異的成績獲得法國政府提供的獎學金,赴美國留學。他來到了拉蒙特研究所學習,這個研究所是由國際著名的海洋地質學家M.尤因教授領導,研究水平是世界第一流的。這使勒皮雄如魚得水,獲益匪淺。由於他工作勤奮,思考問題的方法獨特,給M.尤因教授和周圍的同事留下深刻印象。儘管在這裡學習僅1年,按照法國兵役法他不得不中斷學業,去服兵役。但是,拉蒙特研究所仍為他保留著工作位置,以至他3年之後,服役期一滿,就又被邀請重新回到這個研究所,從事他所熱愛的海洋地球物理學的研究。
當時,在拉蒙特研究所里,許多人都在熱烈地討論赫斯教授的「海底擴張」學說。開始的時候,勒皮雄和他的同事一樣,並不太相信「洋底正在擴張」。但是,就在這個時候,英國劍橋大學的兩位學者,瓦因和馬修斯公布了一項他們研究的成果,讓世人震驚。他們發現,洋中脊兩側的磁異常現象是對稱分佈的,這從一個側面說明,洋底的確在擴張。可是,勒皮雄認為,瓦因-馬修斯的依據事實,有某種缺陷,缺乏準確性和可靠性。所以,他沒有輕易改變自己原先的立場。但是,當他親眼看到自己的一位同事,在南太平洋洋脊上測得一條長達1500千米的磁性剖面資料,所展現的現象和瓦因-馬修斯所揭示的規律完全一樣時,他心服了。尊重事實,這是科學研究者必需具有的品質。勒皮雄經過一番深思之後,他寫了一篇題為《大西洋中脊的地球物理研究》的論文。此後,他成為「海底擴張」學說的支持者。
拉蒙特研究所組織了一支到印度洋的考察隊,勒皮雄參加了這支考察隊。在整個印度洋考察中,勒皮雄格外注重洋底磁異常和磁異常地質年齡方面的數據分析。可是,所獲得的大量數據,誰也不挨著誰,很難找到像瓦因-馬修斯所證實的結論。回到所里之後,他又把所有的資料翻出來,進行分析比較,仍然感到頭緒雜亂而困惑。此時,正好舉辦美國地球物理聯合會1967年年會。為了尋找啟示和靈感,他放下手中的工作,走進會議室,聽聽大會發言。正巧,發言的是美國著名學者賈森·摩根。這位學者沒有拿手稿,只是把一段時間研究的想法,在會上說了說。與會者可能誰也沒有留心這位地質學家發言中的閃光點。而勒皮雄從一開始就被摩根的演講所吸引。特別是他對「轉換斷層」的描述和解釋,使得他茅塞頓開。回到研究所,他埋頭研究整理,用了整整半年的時間,終於把手頭的資料整理出來。他用了大量數據資料,闡明地球大陸板塊的存在以及分佈狀況。1968年5月,在《地球物理學研究》雜誌上,勒皮雄發表了闡述「板塊學說」的論文。他從幾個簡單的數據出發,第一次系統地提出了一個震驚國際地學界的「全球板塊運動模式」。他把地球分成了七大板塊:即印度洋板塊、太平洋板塊、美洲板塊、歐亞板塊、非洲板塊、澳洲板塊和南極洲板塊;另外,在南美洲和東太平洋洋脊之間,分佈著一塊較小的板塊,勒皮雄稱它為納斯卡板塊。勒皮雄描繪出每個板塊的界限,還指出了每個板塊的活動方向,並且計算了這七大板塊在2億年的時間裡,運動的方向和速度。
勒皮雄提出的板塊構造學說,和大陸漂移說一樣,都認為地球表層是漂移著的,但是,它們的運動機制是不相同的。大陸漂移說認為,大陸硅鋁層是在洋底的硅鎂層上漂浮移動,而板塊構造說則認為,岩石圈板塊是在地幔軟流圈上漂浮移動。
科學家研究證明,地球分為三層,地球堅硬的外殼,叫作「岩石圈」,岩石圈的下面是厚度為100~400千米的有可塑性的緩慢流動著的物質,叫做「軟流圈」;軟流圈下面的地幔物質又變得十分剛硬的物質,叫做「中圈」;在中圈以下,是地球中心部分,就是地核。板塊構造說認為,雖然岩石圈連續不斷地包圍著整個地球,具有很大的剛性,內部不易變形,但是,由於軟流圈的對流作用,驅動著岩石圈的運動,有些地方對流的結果是使岩石圈分離開來;有的地方,對流的結果使岩石圈相對而行;還有的地方,對流的結果使岩石圈發生平行滑動。這樣一來,整個岩石圈就被分裂成若干個剛性的部分,這就是「板塊」。板塊由於是剛硬的,內部很少發生形變。在各板塊之間,由於它們的運動狀態不同,自然形成了邊界地區。如我們看到的大洋中脊,就是板塊的邊界。洋中脊兩側板塊是背道而馳,分道揚鑣的。而海溝則不同了,這裡是兩個板塊的相匯處,一個板塊在巨大的擠壓力作用之下,衝到另一板塊之下。再如,如果兩個板塊發生平移錯動,其邊界部分就形成了「轉換斷層」。用板塊構造說解釋陸地上的自然現象,也比較有說服力。例如,在中國西藏雅魯藏布江一帶,是亞歐板塊與印度板塊匯聚的邊界,印度次大陸隨板塊向北漂移,與西藏陸塊發生猛烈撞擊,地殼因此產生褶皺,地層隆起,於是,喜馬拉雅山便橫空出世,高高聳立。同樣的,用板塊構造說來解釋地震、火山噴發等也是令人信服的。
應該這樣說,勒皮雄的板塊構造說,是在繼承和總結了威爾遜、摩根、麥肯齊等地質學家研究成果而形成的。板塊構造說徹底打破了海陸固定不變的傳統地質學理論,把大陸漂移的活動,生動而形象地勾劃出來,使地球科學理論發生了根本性的變化。因此,從大陸漂移說,到海底擴張說,進而發展到板塊構造說,它是地球科學上的革命。

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