地球科学概论——板块构造学说

板

块

构

造

学

说

浅

析

————地球科学概论

学院：环境与测绘学院

班级：环境工程08-4班

姓名：耿彪

学号：07083265

背景材料：1910年，德国气象学家魏格纳（Alfred Lothar Wegener,1880-1930）偶然发现大西洋两岸的轮廓极为相似。此后经研究、推断，他在1912年发表《大陆的生成》，1915年发表《海陆的起源》，提出了大陆漂移学说。该学说认为在古生代后期（约三亿年前）地球上存在一个“泛大陆”，相应地也存在一个“泛大洋”。后来，在地球自转离心力和天体引潮力作用下，泛大陆的花岗岩层分离并在分布于整个地壳中的玄武岩层之上发生漂移，逐渐形成了现代的海陆分布。

该学说成功解释了许多地理现象，如大西洋两岸的轮廓问题；非洲与南美洲发现相同的古生物化石及现代生物的亲缘问题；南极洲、非洲、澳大利亚发现相同的冰碛物；南极洲发现温暖条件下形成的煤层等等。但它有一个致命弱点：动力。根据魏格纳的说法，当时的物理学家立刻开始计算，利用大陆的体积、密度计算陆地的质量。再根据硅铝质岩石（花岗岩层）与硅镁质岩石（玄武岩层）摩擦力的状况，算出要让大陆运动，需要多么大的力量。物理学家发现，日月引力和潮汐力实在是太小了，根本无法推动广袤的大陆。因此，大陆漂移学说在兴盛了十几年后就逐渐销声匿迹了。

上世纪五十年代，海洋探测的发展证实海底岩层薄而年轻（最多二、三亿年，而陆地有数十亿年的岩石）；另1956年开始的海底磁化强度测量发现大洋中脊两侧的地磁异常是对称的。据此，美国学者赫斯（H.H.Hess）提出海底扩张学说，认为地幔软流层物质的对流上升使海岭地区形成新岩石，并推动整个海底向两侧扩张，最后在海沟地区俯冲沉入大陆地壳下方。

板块构造学说是1968年法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出的一种新的大陆漂移说，它是海底扩张说的具体引伸。

板块构造，又叫全球大地构造。所谓板块指的是岩石圈板块，包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部，也就是说地壳和软流圈以上的地幔顶部。新全球构造理论认为，不论大陆壳或大洋壳都曾发生并还在继续发生大规模水平运动。但这种水平运动并不象大陆漂移说所设想的，发生在硅铝层和硅镁层之间，而是岩石圈板块整个地幔软流层上像传送带那样移动着，大陆只是传送带上的“乘客”。

据physorg网站2007年11月21日报道，太阳系外发现的巨大类地行星被命名为“超级地球”。“超级地球”引发科学家们研究他们在哪些方面可能像地球的浓厚兴趣。最近，哈佛大学科学家们指出，这些类地行星也适用于地球板块构造学说。

板块构造学说是指构成地球固态外壳的巨大板块的运动学说。板块运动常导致地震、火山和其它大地质事件。从本质上来讲，板块决定了地球的地质历史。地球是我们所知道的唯一一个适合板块构造学说的行星。地球板块运动被认为是生命进化的必要条件。

然而，哈佛行星科学家黛安娜.巴伦西亚和她的同事在《天体物理学》杂志上发表的一篇论文预测，“超级地球”（其质量是地球的一倍至十倍大）同样也会通过板块构造来提供维持生命的必要条件之一。

该论文的作者巴伦西亚告诉本网站称，“这些超级地球中的一些可能在他们的太阳系中也处于…可居住区域?，这就是说他们离他们的母恒星的距离恰好合适，有液态水存在，因此会有生命。尽管最终只有这些行星的热和化学进化能够决定是否他们适合居住，但是这些热和化学特性却极其依赖于板块构造学说。”

通过全面模拟这些具有大片陆地的超级地球的内部结构，巴伦西亚和他的研究小组发现“超级地球”的质量与其板块与板块应力值之间的存在的联系。这些应力值，部分是很慢的，

慢慢地改变着地球的地幔。应力值是板块变形和潜没（一个板块沉入另一个板块的下面）的背后驱动力。因为这些“超级地球”质量比地球大，所以这股驱动力也要比地球大得多。

研究小组发现随着行星质量的增大，切变力就会增加，板块厚度减小。这两种因素削弱了板块，使板块减少，这是板块构造学说中的关键部分。因此科学家们称，“超级地球”很容易满足板块变形和潜没所需要的条件。他们的研究结果显示，板块构造学说特别适用于更大质量的超级地球。

巴伦西亚说，“我们的研究证明，…超级地球?存在板块构造运动，即使这些行星上没有水存在。”

未来，我们可以使用美国宇航局的陆地行星探测者或欧洲航天局的达尔文项目来验证这些结论。欧洲航天局达尔文项目将由三个天文望远镜组成，旨在于搜寻类地行星。

六个大板块

勒皮雄在1968年将全球地壳划分为六大板块：太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块（包括澳洲）和南极板。其中除太平洋板块几乎全为海洋外，其余五个板块既包括大陆又包括海洋。此外，在板块中还可以分出若干次一级的小板块，如把美洲大板块分为南、北美洲两个板块，菲律宾、阿拉伯半岛、土耳其等也可作为独立的小板块。板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。这里提到的海岭，一般指大洋底的山岭。在大西洋和印度洋中间有地震活动性海岭，另名为中脊，由两条平行脊峰和中间峡谷构成。太平洋也有地震性的海岭，但不在大洋中间，而偏在东边，它不甚崎岖，没有被中间峡谷分开的两排脊峰，一般叫它为太平洋中隆。海岭实际上是海底分裂产生新地壳的地带。转换断层，是大洋中脊被许多横断层切成小段，它不是一种简单的平移断层，而是一面向两侧分裂，一面发生水平错动，是属于另一种性质的断层，威尔逊称之为转换断层。两大板块相撞，接触地带挤压变形，构成褶皱山脉，使原来分离的两块大陆缝合起来，叫地缝合线。一般说来，在板块内部，地壳相对比较稳定，而板块与板块交界处，则是地壳比较活动的地带，这里火山、地震活动以及断裂、挤压褶皱、岩浆上升、地壳俯冲等频繁发生。什么力量驱使板块进行运动呢？

按照赫斯的海底扩张说来解释，认为大洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳，以后涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移，自中脊向两旁每年以0.5～5厘米的速度扩展，不断为大洋壳增添新的条带。因此，洋底岩石的年龄是离中脊愈远而愈古老。当移动的大洋壳遇到大陆壳时，就俯冲钻入地幔之中，在俯冲地带，由于拖曳作用形成深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生一次断裂，产生一次地震，最后大洋壳被挤到700公里以下，为处于高温溶融状态的地幔物质所吸收同化。向上仰冲的大陆壳边缘，被挤压隆起成岛弧或山脉，它们一般与海沟伴生。现在太平洋周围分布的岛屿、海沟、大陆边缘山脉和火山、地震就是这样形成的。所以，海洋地壳是由大洋中脊处诞生，到海沟岛弧带消失，这样不断更新，大约2～3亿年就全部更新一次。因此，海底岩石都很年轻，一般不超过二亿年，平均厚约5～6公里，主要由玄武岩一类物质组成。而大陆壳已发现有37亿年以前的岩石，平均厚约35公里，最厚可达70公里以上。除沉积岩外，主要由花岗岩类物质组成。地幔物质的对流上升也在大陆深处进行着，在上升流涌出的地方，大陆壳将发生破裂。如长达6，000多公里的东非大裂谷，就是地幔物质对流促使非洲大陆开始张裂的表现。

板块的移动

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。当两个大板块相互靠拢并发生碰撞时，就会在碰撞合拢的地方挤压出高大险峻的山脉。位于我国西南边疆的喜马拉雅山，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。

根据板块学说，大洋也有生有灭，它可以从无到有，从小到大；也可以从大到小，从小到无。大洋的发展可分为胚胎期（如东非大裂谷）、幼年期（如红海和亚丁湾）、成年期（如目前的大西洋）、衰退期（如太平洋）与终了期（如地中海）。大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的。在前寒武纪时，地球上存在一块泛大陆。以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆，南为冈瓦那古陆。到三迭纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代，由于印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，造成宏大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到现在的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地阿壳的挤压，隆起为科迪勒拉—安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到现在的位置。于是海陆的基本轮廓发展成现在的规模。