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板塊是板塊構造學說所提出來的概念。板塊構造學說認為,岩石圈並非整體一塊,而是分裂成許多塊,這些大塊岩石稱為板塊。板塊是大地構造理論指由地質上的活動地帶劃分的岩石圈的構造單元。全球共分為六大板塊,即歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度洋板塊和南極洲板塊。大板塊又可劃分成小板塊。

板塊板塊示意圖

板塊是板塊構造學說所提出來的概念。板塊構造學說認為,岩石圈並非整體一塊,而是分裂成許多塊,這些大塊岩石稱為板塊。板塊之中還有次一級的小板塊。

1 板塊 -概述

板塊1912年德國學者A·L·魏格納提出了大陸漂移說

板塊構造學說是在大陸漂移學說和海底擴張學說的基礎上提出的。  1910年,德國氣象學家魏格納(Alfred Lothar Wegener,1880-1930)偶然發現大西洋兩岸的輪廓極為相似。此後經研究、推斷,他在1912年發表《大陸的生成》,1915年發表《海陸的起源》,提出了大陸漂移學說。該學說認為在古生代後期(約三億年前)地球上存在一個「泛大陸」,相應地也存在一個「泛大洋」。後來,在地球自轉離心力和天體引潮力作用下,泛大陸的花崗岩層分離並在分佈於整個地殼中的玄武岩層之上發生漂移,逐漸形成了現代的海陸分佈。  

該學說成功解釋了許多地理現象,如大西洋兩岸的輪廓問題;非洲與南美洲發現相同的古生物化石及現代生物的親緣問題;南極洲、非洲、澳大利亞發現相同的冰磧物;南極洲發現溫暖條件下形成的煤層等等。但它有一個致命弱點:動力。根據魏格納的說法,當時的物理學家立刻開始計算,利用大陸的體積、密度計算陸地的質量。再根據硅鋁質岩石(花崗岩層)與硅鎂質岩石(玄武岩層)摩擦力的狀況,算出要讓大陸運動,需要多麼大的力量。物理學家發現,日月引力和潮汐力實在是太小了,根本無法推動廣袤的大陸。因此,大陸漂移學說在興盛了十幾年後就逐漸銷聲匿跡了。  

上世紀五十年代,海洋探測的發展證實海底岩層薄而年輕(最多二、三億年,而陸地有數十億年的岩石);另1956年開始的海底磁化強度測量發現大洋中脊兩側的地磁異常是對稱的。據此,美國學者赫斯(H.H.Hess)提出海底擴張學說,認為地幔軟流層物質的對流上升使海嶺地區形成新岩石,並推動整個海底向兩側擴張,最後在海溝地區俯衝沉入大陸地殼下方。  

正是海底擴張學說的動力支持,加上新的證據(古地磁研究等)支持大陸確實很可能發生過漂移,從而使復活的大陸漂移學說(板塊構造學說也稱新大陸漂移學說)開始形成。

2 板塊 -構造學說

板塊板塊構造學說

板塊構造學說是1968年法國地質學家勒皮雄與麥肯齊、摩根等人提出的一種新的大陸漂移說,它是海底擴張說的具體引伸。  

板塊構造,又叫全球大地構造。所謂板塊指的是岩石圈板塊,包括整個地殼和莫霍面以下的上地幔頂部,也就是說地殼和軟流圈以上的地幔頂部。新全球構造理論認為,不論大陸殼或大洋殼都曾發生並還在繼續發生大規模水平運動。但這種水平運動並不象大陸漂移說所設想的,發生在硅鋁層和硅鎂層之間,而是岩石圈板塊整個地幔軟流層上像傳送帶那樣移動著,大陸只是傳送帶上的「乘客」。  

據physorg網站2007年11月21日報道,太陽系外發現的巨大類地行星被命名為「超級地球」。「超級地球」引發科學家們研究他們在哪些方面可能像地球的濃厚興趣。最近,哈佛大學科學家們指出,這些類地行星也適用於地球板塊構造學說。  

板塊構造學說是指構成地球固態外殼的巨大板塊的運動學說。板塊運動常導致地震、火山和其它大地質事件。從本質上來講,板塊決定了地球的地質歷史。地球是我們所知道的唯一一個適合板塊構造學說的行星。地球板塊運動被認為是生命進化的必要條件。  

然而,哈佛行星科學家黛安娜.巴倫西亞和她的同事在《天體物理學》雜誌上發表的一篇論文預測,「超級地球」(其質量是地球的一倍至十倍大)同樣也會通過板塊構造來提供維持生命的必要條件之一。  

該論文的作者巴倫西亞稱,「這些超級地球中的一些可能在他們的太陽系中也處於『可居住區域』,這就是說他們離他們的母恆星的距離恰好合適,有液態水存在,因此會有生命。儘管最終只有這些行星的熱和化學進化能夠決定是否他們適合居住,但是這些熱和化學特性卻極其依賴於板塊構造學說。」   

通過全面模擬這些具有大片陸地的超級地球的內部結構,巴倫西亞和他的研究小組發現「超級地球」的質量與其板塊與板塊應力值之間的存在的聯繫。這些應力值,部分是很慢的,慢慢地改變著地球的地幔。應力值是板塊變形和潛沒(一個板塊沉入另一個板塊的下面)的背後驅動力。因為這些「超級地球」質量比地球大,所以這股驅動力也要比地球大得多。  

研究小組發現隨著行星質量的增大,切變力就會增加,板塊厚度減小。這兩種因素削弱了板塊,使板塊減少,這是板塊構造學說中的關鍵部分。因此科學家們稱,「超級地球」很容易滿足板塊變形和潛沒所需要的條件。他們的研究結果顯示,板塊構造學說特別適用於更大質量的超級地球。  

巴倫西亞說,「我們的研究證明,『超級地球』存在板塊構造運動,即使這些行星上沒有水存在。」   

未來,我們可以使用美國宇航局的陸地行星探測者或歐洲航天局的達爾文項目來驗證這些結論。歐洲航天局達爾文項目將由三個天文望遠鏡組成,旨在於搜尋類地行星。

3 板塊 -六大板塊

板塊六大板塊

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)和南極板。其中除太平洋板塊幾乎全為海洋外,其餘五個板塊既包括大陸又包括海洋。細分全球有八個主要板塊:

歐亞板塊-北大西洋東半部、歐洲及亞洲 (印度除外);歐亞板塊-北大西洋東半部、歐洲及亞洲(印度除外);

非洲板塊-非洲、南大西洋東半部及印度洋西側;非洲板塊-非洲、南大西洋東半部及印度洋西側;

印澳板塊-印度、澳洲、紐西蘭及大部分的印度洋;印澳板塊-印度、澳洲、紐西蘭及大部分的印度洋;

太平洋板塊-大部分的太平洋 (包含美國南加州海岸地區);太平洋板塊-大部分的太平洋(包含美國南加州海岸地區);

納斯卡板塊-緊臨南美洲的太平洋東側;納斯卡板塊-緊臨南美洲的太平洋東側;

北美板塊-北美洲、北大西洋西半部及格陵蘭;北美板塊-北美洲、北大西洋西半部及格陵蘭;

南美板塊-南美洲與南大西洋西半部;南美板塊-南美洲與南大西洋西半部;

南極板塊-南極洲與南大洋。南極板塊-南極洲與南大洋。

此外還有至少二十個小板塊,如阿拉伯板塊、科克斯板塊及菲律賓海板塊等。此外還有至少二十個小板塊,如阿拉伯板塊、科克斯板塊及菲律賓海板塊等。 在板塊邊界的地震發生異常頻繁,將震央—點出即可明顯看出板塊的邊界何在。

板塊之間的邊界是大洋中脊或海嶺、深海溝、轉換斷層和地縫合線。這裡提到的海嶺,一般指大洋底的山嶺。在大西洋和印度洋中間有地震活動性海嶺,另名為中脊,由兩條平行脊峰和中間峽谷構成。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,沒有被中間峽谷分開的兩排脊峰,一般叫它為太平洋中隆。海嶺實際上是海底分裂產生新地殼的地帶。轉換斷層,是大洋中脊被許多橫斷層切成小段,它不是一種簡單的平移斷層,而是一面向兩側分裂,一面發生水平錯動,是屬於另一種性質的斷層,威爾遜稱之為轉換斷層。兩大板塊相撞,接觸地帶擠壓變形,構成褶皺山脈,使原來分離的兩塊大陸縫合起來,叫地縫合線。一般說來,在板塊內部,地殼相對比較穩定,而板塊與板塊交界處,則是地殼比較活動的地帶,這裡火山、地震活動以及斷裂、擠壓褶皺、岩漿上升、地殼俯衝等頻繁發生。

4 板塊 -板塊邊界

板塊板塊碰撞示意圖

兩個板塊之間的接觸帶。板塊邊界是構造活動帶,可分為3類。①離散型邊界,又稱生長邊界,兩個相互分離的板塊之間的邊界。見於洋中脊或洋隆,以淺源地震、火山活動、高熱流和引張作用為特徵。洋中脊軸部是海底擴張的中心,由於地幔對流,地幔物質在此上涌,兩側板塊分離拉開。上涌的物質冷凝形成新的洋底岩石圈,添加到兩側板塊的后緣上(見地幔對流說)。②匯聚型邊界,又稱消亡邊界,兩個相互匯聚、消亡的板塊之間的邊界。相當於海溝或地縫合線。可分為兩個亞類:大洋板塊在海溝處俯衝潛沒於另一板塊之下,稱為俯衝邊界,現代俯衝邊界主要分佈在太平洋周緣(見俯衝作用);大洋板塊俯衝殆盡,兩側大陸相遇匯合開始碰撞稱為碰撞邊界,歐亞板塊南緣的阿爾卑斯-喜馬拉雅帶是典型的板塊碰撞帶的實例(見大陸碰撞)。③守恆型邊界,兩個相互剪切滑動的板塊之間的邊界。相當於轉換斷層。地震、岩漿活動、變質作用、構造活動等主要發生在板塊邊界。板塊邊界的研究是板塊構造學的重要內容之一。

板塊邊界為不穩定地帶,地震幾乎全部分佈在板塊的邊界上,火山也特別多在邊界附近,其它如張裂、岩漿上升、熱流增高、大規模的水平錯動等,也多發生在邊界線上,地殼俯衝更是碰撞邊界劃分的重要標誌之一;可見板塊邊界是地殼的極不穩定地帶

5 板塊 -板塊運動

板塊板塊

全球所有板塊都在移動,板塊運動通常指一板塊相對於另一板塊的相對運動。即符合歐勒定律,就是岩石圈板塊作為統計均勻的剛體在球面(即地球地面)繞一個極點發生轉動(見轉動極),其運動軌跡為小圓。板塊構造學認為岩石圈與軟流圈在物性上有明顯的差別。軟流圈相當於上地幔中的低速層,該層圈中地震橫波波速降低、介質品質因素Q值亦明顯降低,但導電率卻顯著升高。這些都表明軟流圈物質可能較熱、較軟、較輕,具有一定的塑性,是上覆岩石圈板塊發生水平方向上的大規模運動的基本前提。

引起板塊運動的機制是未解決的難題。一般認為板塊運動的驅動力來自地球內部,可能是地幔中的物質對流。新生的洋殼不斷離開洋中脊向兩側擴張,在海溝處大部分洋殼變冷而緻密,沿板塊俯衝帶潛沒於地幔之中。


板塊的移動

隨著軟流層的運動,各個板塊也會發生相應的水平運動。據地質學家估計,大板塊每年可以移動1-6厘米距離。  

這個速度雖然很小,但經過億萬年後,地球的海陸面貌就會發生巨大的變化:當兩個板塊逐漸分離時,在分離處即可出現新的凹地和海洋;大西洋和東非大裂谷 就是在兩塊大板塊發生分離時形成的。當兩個大板塊相互靠攏併發生碰撞時,就會在碰撞合攏的地方擠壓出高大險峻的山脈。位於中國西南邊疆的喜馬拉雅山,就是三千多萬年前由南面的印度板塊和北面的亞歐板塊發生碰撞擠壓而形成的。有時還會出現另一種情況:當兩個堅硬的板塊發生碰撞時,接觸部分的岩層還沒來得及發生彎曲變形,其中有一個板塊已經深深地插入另一個板塊的底部。由於碰撞的力量很大,插入部位很深,以至把原來板塊上的老岩層一直帶到高溫地幔中,最後被熔化了。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。

板塊板塊運動

根據板塊學說,大洋也有生有滅,它可以從無到有,從小到大;也可以從大到小,從小到無。大洋的發展可分為胚胎期(如東非大裂谷)、幼年期(如紅海和亞丁灣)、成年期(如目前的大西洋)、衰退期(如太平洋)與終了期(如地中海)。大洋的發展與大陸的分合是相輔相成的。在前寒武紀時,地球上存在一塊泛大陸。以後經過分合過程,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。到三迭紀末,這兩個古陸進一步分離、漂移,相距越來越遠,其間由最初一個狹窄的海峽,逐漸發展成現代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代,由於印度已北漂到亞歐大陸的南緣,兩者發生碰撞,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;非洲繼續向北推進,古地中海西部逐漸縮小到現在的規模;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,同時兩個美洲在巴拿馬地峽處復又相接;澳大利亞大陸脫離南極洲,向東北漂移到現在的位置。於是海陸的基本輪廓發展成現在的規模。

什麼力量驅使板塊進行運動呢?  

按照赫斯的海底擴張說來解釋,認為大洋中脊是地幔對流上升的地方,地幔物質不斷從這裡湧出,冷卻固結成新的大洋地殼,以後湧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厘米的速度擴展,不斷為大洋殼增添新的條帶。因此,洋底岩石的年齡是離中脊愈遠而愈古老。當移動的大洋殼遇到大陸殼時,就俯衝鑽入地幔之中,在俯衝地帶,由於拖曳作用形成深海溝。大洋殼被擠壓彎曲超過一定限度就會發生一次斷裂,產生一次地震,最後大洋殼被擠到700公里以下,為處於高溫溶融狀態的地幔物質所吸收同化。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。現在太平洋周圍分佈的島嶼、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,海底岩石都很年輕,一般不超過二億年,平均厚約5~6公里,主要由玄武岩一類物質組成。而大陸殼已發現有37億年以前的岩石,平均厚約35公里,最厚可達70公里以上。除沉積岩外,主要由花崗岩類物質組成。地幔物質的對流上升也在大陸深處進行著,在上升流湧出的地方,大陸殼將發生破裂。如長達6,000多公里的東非大裂谷,就是地幔物質對流促使非洲大陸開始張裂的表現。

6 板塊 -假如運動停止

板塊大西洋地區板塊的運動

地球的大陸一直在以肉眼觀察不到的速度緩慢移動,運動的動力來源就是地球內部的地幔對流。地幔在地下的緩慢移動,帶動了地表處的岩石也一起運動,每年移動的速度只有幾厘米,但是經過幾百萬年、幾千萬年的運動,就會使大陸漂移到數千千米的遠方。這就是板塊運動學說所描述的板塊運動過程。

板塊運動對地球的影響是深刻的,它改變了整個地球的地形,讓一些地方高聳入雲,讓另一些地方深不見底。板塊運動還導致了地球物質的循環。例如,植物消耗大氣中的二氧化碳,利用光合作用產生氧氣,動物以植物為食。二氧化碳還加強了地球大氣的溫室效應,把地球變成了一個溫暖的行星。其實,大氣中所含的二氧化碳或者溶解在海水中,或者以碳酸鈣的形式固定在地球的岩石中。岩石受到雨水的沖刷后,一部分物質進入海洋,沉積在海底。這部分沉積岩會隨著板塊運動,在海溝位置插入地球內部,最終再通過火山噴發,變成氣體返回到大氣中。除了二氧化碳外,地球上還有一些物質以這種方式在地球的表面和內部之間循環。

但是,假如板塊運動停止了,地球會變成什麼樣呢?沒有了板塊運動,地球上的火山活動、地震以及造山運動幾乎不會發生。這樣,地球原本凹凸不平的地形會因為上億年的風吹雨打,將變成沒有任何起伏的大平原。地球表面環境的雷同使生物界發生根本性的變化,不會有高山物種存在,也不會有深海生物繁衍,只有平原上的生物,以及一些適應淺水環境的生物生活在地球上。不論在地球的什麼地方,物種都是千篇一律的組合。多樣性的喪失令生物界變得很乏味。

板塊板塊

地球上的氣候也將發生根本性地改變。沒有氣體二氧化碳通過火山口噴出,大氣中的二氧化碳依然會以碳酸鈣的形式固化,導致溫室效應減弱,地球變得越來越寒冷。

還有更危險的事情發生。根據現在地球磁場產生的理論,如果沒有了地幔對流,地球磁場也將不再存在。這樣,原本被地球磁場屏蔽的宇宙射線將穿透大氣層,到達地球表面,引起生物界的災難,導致生物大滅絕。當然,也許會有生物在宇宙射線的照射下頑強地活了下來,成為更具生命力的物種,但是這樣的物種肯定不是現在生物界的生物。

板塊運動是否可能會停止呢?地球內部的熱量主要來自兩個方面,一個是地球形成時的殘餘熱量,另一個是地球內部放射性元素衰變的熱量。地核的熱量緩慢地向外傳導,穿過地幔和地殼,令地球維持目前的溫度。顯然,地核正在慢慢冷卻,只是這個過程比較漫長。地球內部的放射性元素來自它形成時積聚的塵埃元素,因此元素的量也是有限的。當放射性元素消耗殆盡的時候,這個地下熱源就沒有了。

因此,隨著地核的逐漸冷卻,以及放射性元素全部衰變掉后,地球的內部將逐漸冷卻,驅動地幔產生對流的熱源將不再存在,那麼地幔對流也就停止了。沒有了地幔對流,地表的板塊缺少動力來源,也就停止了運動。如果數據顯示,在地球壽終正寢之前板塊運動就將停止,也許人類要考慮提前搬家到其他星球了。

7 板塊 -參考資料

[1] 大科普網 http://www.ikepu.com/geography/geological/branch/plate_tectoics_total.htm
[2] 大唐資料庫網 http://info.datang.net/B/B0471.htm 
[3] 中國網 http://www.china.com.cn/info/zhuanti/dzzs/2008-05/22/content_15415911.htm 
[4] 新浪網 http://tech.sina.com.cn/d/2006-07-25/16551054679.shtml 
[5] 地理課件 http://www.xwjinxiu.cn/zxdl/dlkj/gyskj/200503/91.html 

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