地球科學(xué)概論——板塊構(gòu)造學(xué)說_第1頁
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文檔簡介

1、板塊構(gòu)造學(xué)說淺析地球科學(xué)概論學(xué)院:環(huán)境與測繪學(xué)院班級:環(huán)境工程08-4班姓名:耿彪學(xué)號:07083265背景材料:1910年,德國氣象學(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。該學(xué)說認(rèn)為在古生代后期(約三億年 前)地球上存在一個“泛大陸”,相應(yīng)地也存在一個“泛大洋”。后來,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。該學(xué)說成功解釋了許多地理現(xiàn)象,

2、如大西洋兩岸的輪廓問題;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。但它有一個致命弱點(diǎn):動力。根據(jù)魏格納的說法,當(dāng)時的物 理學(xué)家立刻開始計(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,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,根本無法推動廣袤的大陸。因此,大陸漂移 學(xué)說在興盛了十幾年后就逐漸銷聲匿跡了。上世紀(jì)五十年代,海洋探測的發(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195

3、6年開始的海底磁化強(qiáng)度測量發(fā)現(xiàn)大洋中脊兩側(cè)的地磁異常是對 稱的。據(jù)此,美國學(xué)者赫斯(H.H.Hess)提出海底擴(kuò)張學(xué)說,認(rèn)為地幔軟流層物質(zhì)的對流 上升使海嶺地區(qū)形成新巖石,并推動整個海底向兩側(cè)擴(kuò)張,最后在海溝地區(qū)俯沖沉入大陸地 殼下方。板塊構(gòu)造學(xué)說是1968年法國地質(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,它是海底擴(kuò)張說的具體引伸。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(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。但這種水平運(yùn)動并不象大陸漂移說所 設(shè)想的,

4、發(fā)生在硅鋁層和硅鎂層之間,而是巖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(jù)physorg網(wǎng)站2007年11月21日報(bào)道,太陽系外發(fā)現(xiàn)的巨大類地行星被命名為超 級地球”?!俺壍厍颉币l(fā)科學(xué)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(xué)科學(xué)家們指出,這些類地行星也適用于地球板塊構(gòu)造學(xué)說。板塊構(gòu)造學(xué)說是指構(gòu)成地球固態(tài)外殼的巨大板塊的運(yùn)動學(xué)說。板塊運(yùn)動常導(dǎo)致地震、火 山和其它大地質(zhì)事件。從本質(zhì)上來講,板塊決定了地球的地質(zhì)歷史。地球是我們所知道的唯 一一個適合板塊構(gòu)造學(xué)說的行星。地球板塊運(yùn)動被認(rèn)為是生命進(jìn)化的必要條件。然而,哈佛行星科學(xué)家黛安娜.巴倫西亞

5、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,“超級地球”(其質(zhì)量是地球的一倍至十倍大)同樣也會通過板塊構(gòu)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告訴本網(wǎng)站稱,“這些超級地球中的一些可能在他們的太陽系中 也處于可居住區(qū)域,這就是說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)特性卻極其依賴于板塊構(gòu)造學(xué)說?!蓖ㄟ^全面模擬這些具有大片陸地的超級地球的內(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

6、的地幔。應(yīng)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 背后驅(qū)動力。因?yàn)檫@些“超級地球”質(zhì)量比地球大,所以這股驅(qū)動力也要比地球大得多。研究小組發(fā)現(xiàn)隨著行星質(zhì)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(gòu)造學(xué)說中的關(guān)鍵部分。因此科學(xué)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(jié)果顯示,板塊構(gòu)造學(xué)說特別適用于更大 質(zhì)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(gòu)造運(yùn)動,即使這些行星上沒有水 存在?!蔽磥?,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(dá)爾文項(xiàng)目來驗(yàn)證這 些結(jié)論。歐洲航天局達(dá)爾文項(xiàng)目將由

7、三個天文望遠(yuǎn)鏡組成,旨在于搜尋類地行星。六個大板塊勒皮雄在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,其余五個 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的小板塊,如把美洲大 板塊分為南、北美洲兩個板塊,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。這里提到的海嶺,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(gòu)成。太平洋也有地震性的海嶺,但不在大洋中間,而偏在

8、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(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,它不是一種簡單的平移斷層,而是 一面向兩側(cè)分裂,一面發(fā)生水平錯動,是屬于另一種性質(zhì)的斷層,威爾遜稱之為轉(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,使原來分離的兩塊大陸縫合起來,叫地 縫合線。一般說來,在板塊內(nèi)部,地殼相對比較穩(wěn)定,而板塊與板塊交界處,則是地殼比較 活動的地帶,這里火山、地震活動以及斷裂、擠壓褶皺、巖漿上升、地殼俯沖等頻繁發(fā)生。 什么力量驅(qū)使板塊進(jìn)行運(yùn)動呢?按照赫斯的海底擴(kuò)張說來解釋,認(rèn)為大洋中脊是地幔對流上升的地

9、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0.55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)移動的大洋殼遇到大陸殼時,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一定限度就會發(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?,F(xiàn)在太平洋 周圍分布的島嶼、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

10、脊處誕生,到海溝島弧帶消失,這樣不斷更新,大約23億年就全部更新一次。因 此,海底巖石都很年輕,一般不超過二億年,平均厚約56公里,主要由玄武巖一類物質(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,主要由花崗巖類物質(zhì)組成。地幔物質(zhì)的對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。如長達(dá)6, 000多公里的東非大裂谷,就是地幔物質(zhì)對 流促使非洲大陸開始張裂的表現(xiàn)。板塊的移動隨著軟流層的運(yùn)動,各個板塊也會發(fā)生相應(yīng)的水平運(yùn)動。據(jù)地質(zhì)學(xué)家估計(jì),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(jīng)過億萬年后,地球的海陸面貌就會

11、發(fā)生巨大的變化:當(dāng)兩個板 塊逐漸分離時,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)生分離時形成的。當(dāng)兩個大板塊相互靠攏并發(fā)生碰撞時,就會在碰撞合攏的地方擠壓出 高大險(xiǎn)峻的山脈。位于我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(fā)生碰撞擠壓而形成的。有時還會出現(xiàn)另一種情況:當(dāng)兩個堅(jiān)硬的板塊發(fā)生 碰撞時,接觸部分的巖層還沒來得及發(fā)生彎曲變形,其中有一個板塊已經(jīng)深深地插入另一個 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,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(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 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(fā)展與大陸的分合是 相輔相成的。在前寒武紀(jì)時,地球上存在一塊泛大陸。以后經(jīng)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(jì)末,這兩個古 陸進(jìn)一步分離、漂移,相距越來越遠(yuǎn),其間由最初一個狹窄的海峽,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

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