地球科學(xué)概論——板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)

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

2、如大西洋兩岸的輪廓問(wèn)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(wèn)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(gè)致命弱點(diǎn)：動(dòng)力。根據(jù)魏格納的說(shuō)法，當(dāng)時(shí)的物 理學(xué)家立刻開(kāi)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(dòng)，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(wú)法推動(dòng)廣袤的大陸。因此，大陸漂移 學(xué)說(shuō)在興盛了十幾年后就逐漸銷(xiāo)聲匿跡了。上世紀(jì)五十年代，海洋探測(cè)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(kāi)始的海底磁化強(qiáng)度測(cè)量發(fā)現(xiàn)大洋中脊兩側(cè)的地磁異常是對(duì) 稱的。據(jù)此，美國(guó)學(xué)者赫斯（H.H.Hess）提出海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)，認(rèn)為地幔軟流層物質(zhì)的對(duì)流 上升使海嶺地區(qū)形成新巖石，并推動(dòng)整個(gè)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(shuō)是1968年法國(guó)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(shuō)，它是海底擴(kuò)張說(shuō)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(gè)地殼和莫霍面以 下的上地幔頂部，也就是說(shuō)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(dòng)。但這種水平運(yùn)動(dòng)并不象大陸漂移說(shuō)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(gè)地幔軟流層上像傳送帶那樣移動(dòng) 著，大陸只是傳送帶上的“乘客”。據(jù)physorg網(wǎng)站2007年11月21日?qǐng)?bào)道，太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)的巨大類(lèi)地行星被命名為超 級(jí)地球”?！俺?jí)地球”引發(fā)科學(xué)家們研究他們?cè)谀男┓矫婵赡芟竦厍虻臐夂衽d趣。最近，哈佛 大學(xué)科學(xué)家們指出，這些類(lèi)地行星也適用于地球板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)。板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是指構(gòu)成地球固態(tài)外殼的巨大板塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)。板塊運(yùn)動(dòng)常導(dǎo)致地震、火 山和其它大地質(zhì)事件。從本質(zhì)上來(lái)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(gè)適合板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的行星。地球板塊運(yùn)動(dòng)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(cè)，“超級(jí)地球”（其質(zhì)量是地球的一倍至十倍大）同樣也會(huì)通過(guò)板塊構(gòu)造來(lái)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(jí)地球中的一些可能在他們的太陽(yáng)系中 也處于可居住區(qū)域，這就是說(shuō)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(huì)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(shuō)?！蓖ㄟ^(guò)全面模擬這些具有大片陸地的超級(jí)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(jí)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(méi)（一個(gè)板塊沉入另一個(gè)板塊的下面）的 背后驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)檫@些“超級(jí)地球”質(zhì)量比地球大，所以這股驅(qū)動(dòng)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(huì)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(shuō)中的關(guān)鍵部分。因此科學(xué)家們稱，“超級(jí)地球”很容 易滿足板塊變形和潛沒(méi)所需要的條件。他們的研究結(jié)果顯示，板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)特別適用于更大 質(zhì)量的超級(jí)地球。巴倫西亞說(shuō)，“我們的研究證明，超級(jí)地球存在板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即使這些行星上沒(méi)有水 存在?！蔽磥?lái)，我們可以使用美國(guó)宇航局的陸地行星探測(cè)者或歐洲航天局的達(dá)爾文項(xiàng)目來(lái)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(gè)天文望遠(yuǎn)鏡組成，旨在于搜尋類(lèi)地行星。六個(gè)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(gè) 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(jí)的小板塊，如把美洲大 板塊分為南、北美洲兩個(gè)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(dòng)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(méi) 有被中間峽谷分開(kāi)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(jiǎn)單的平移斷層，而是 一面向兩側(cè)分裂，一面發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng)，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(lái)分離的兩塊大陸縫合起來(lái)，叫地 縫合線。一般說(shuō)來(lái)，在板塊內(nèi)部，地殼相對(duì)比較穩(wěn)定，而板塊與板塊交界處，則是地殼比較 活動(dòng)的地帶，這里火山、地震活動(dòng)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(dòng)呢？按照赫斯的海底擴(kuò)張說(shuō)來(lái)解釋?zhuān)J(rèn)為大洋中脊是地幔對(duì)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(dòng)的大洋殼遇到大陸殼時(shí)，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(guò)一定限度就會(huì)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。現(xiàn)在太平洋 周?chē)植嫉膷u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(guò)二億年，平均厚約56公里，主要由玄武巖一類(lèi)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(lèi)物質(zhì)組成。地幔物質(zhì)的對(duì)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(zhǎng)達(dá)6, 000多公里的東非大裂谷，就是地幔物質(zhì)對(duì) 流促使非洲大陸開(kāi)始張裂的表現(xiàn)。板塊的移動(dòng)隨著軟流層的運(yùn)動(dòng)，各個(gè)板塊也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的水平運(yùn)動(dòng)。據(jù)地質(zhì)學(xué)家估計(jì)，大板塊每 年可以移動(dòng)1-6厘米距離。這個(gè)速度雖然很小，但經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年后，地球的海陸面貌就會(huì)

11、發(fā)生巨大的變化：當(dāng)兩個(gè)板 塊逐漸分離時(shí)，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(shí)形成的。當(dāng)兩個(gè)大板塊相互靠攏并發(fā)生碰撞時(shí)，就會(huì)在碰撞合攏的地方擠壓出 高大險(xiǎn)峻的山脈。位于我國(guó)西南邊疆的喜馬拉雅山，就是三千多萬(wàn)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(shí)還會(huì)出現(xiàn)另一種情況：當(dāng)兩個(gè)堅(jiān)硬的板塊發(fā)生 碰撞時(shí)，接觸部分的巖層還沒(méi)來(lái)得及發(fā)生彎曲變形，其中有一個(gè)板塊已經(jīng)深深地插入另一個(gè) 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(lái)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(shuō)，大洋也有生有滅，它可以從無(wú)到有，從小到大；也可以從大到小，從小 到無(wú)。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(shí)，地球上存在一塊泛大陸。以后經(jīng)過(guò)分合過(guò)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(gè)古 陸進(jìn)一步分離、漂移，相距越來(lái)越遠(yuǎn)，其間由最初一個(gè)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