第07章 板块构造学说

第八章板块构造学说

第一节地球内部的划分

一．地球内部的成分分层

根据地球内部的成分，可将其分为不同的同心圈层。其分层主要是依据地震波在地球内部传播速度的变化。波速或速度梯度有明显变化的深度称为不连续面或分界面。

两个一级成分不连续面：莫霍面和古登堡面将地球分为三大部分，即地壳、地幔和地核。它们各占地球体积的0.5%，83.3%和16.2%；质量的0.3%，68.4%和31.3%。

地球内部分层：

地壳：

大陆地壳：花岗岩质，20～70km；

海洋地壳：玄武岩质，7～10km

莫霍面

地幔：橄榄岩质，～2900km深

古登堡面

地核：铁镍质，2900～6370km

地球内部分层－物理性质：岩石圈－厚约100km；软流圈（低速带）－100~350km；过渡带－400～700km深；下部地幔－700～2900km深；外核（液态）：2900～5150km深；内核（固态）：5150～6370km深

第二节大陆漂移说

固定论：大陆和大洋基本轮廓一成不变

早年关于地球演化的学说

在17世纪初

冷却收缩山脉、地震

发热膨胀地壳裂开形成海洋

1855年Sir George Airy

地壳均衡学说

组成地表的物质密度不一

较高的山有较深的山根在地球内部

一．大陆漂移说的发展历程

早年关于地球演化的学说

1885年法国的施奈德

●发表了一张两个大陆拼接的箭图，引发了南美与非洲曾是同一个大陆，而后来分开

的大胆设想。

●1908年美国泰勒提出大陆漂移的概念

●大陆块的相对移动，是使岩石挤压成现代山脉和岛链的原因。

●魏格纳于1912年全面系统地提出大陆漂移学说

●1915年正式发表了《海陆的起源》

●发现大西洋两岸大陆的轮廓非常吻合，似乎大陆沿大西洋发生过裂开和漂移。

●地质上作了进一步的研究后发现，相邻大陆在地质上有许多相似性与可拼合性。

●从古生物、古气候、古冰川活动等多方面加以证实。

二．大陆漂移说的证实

1．地质学证据

●非洲南部二叠系岩层组成的开普山脉向西延伸，这种岩层也出现在南美洲的布宜诺

斯艾利斯。

●非洲高原出露的前寒武纪片麻岩在巴西也有出现。

●在北半球，一条从挪威向西南延伸到苏格兰的加里东褶皱带消失于大西洋之后，在

北美东海岸的加拿大和美国境内又有再现。

2．古生物证据

许多动物，尤其是陆生动物，它们只能在同一大陆内迁移而不能远渡重洋，但是在大西洋两岸许多浅海或陆地上，生活的动物种属相同。

明显的例子是二叠纪生活在内陆的爬行类中龙，分别发现于非洲和南美洲(现也发现于南极洲) 。

3．古冰川及气候证据

古冰川活动遗迹的分布，对南半球各大陆曾发生分裂漂移提供了有力的证据。石炭二叠纪的冰川活动遗迹发现于印度、澳大利亚、非洲、南美洲与南极洲。南极洲位于极地位置，而远隔重洋的其它大陆分别位于热带或赤道的不同地带，现今的气候条件无法形成冰川。如果没有发生过统一的大陆的分裂和漂移，上述现象无法解释。

各大陆冰川遗迹指示的冰川运动方向也为统一大陆的漂移方向提供了依据。魏格纳在参考地球物理与大地测量方面的资料的基础上，提出了大陆漂移假说。

联合古陆或泛大陆

大约在距今150Ma前，地球表面有个统一的大陆，他称其为联合古陆。在泛大陆的周围是一片是一片广阔的海洋，名为泛大洋。从侏罗纪开始，联合古陆逐步分裂成几块，并各自漂移，最终便形成各大陆及其间的大西洋与印度洋。

三．大陆漂移说的主要论点

大陆是由比重较小的花岗岩层组成的，它在比重较大的玄武岩层之上漂浮和移动。一旦大陆发生分裂而漂移，玄武岩层便出现在大陆间的大洋底部。

地球自转产生两种力：离心力与离极力

离心力：地球自转过程中使表层物质产生偏离地心的力。结果使破碎大陆由东向西漂移。

离极力：地球自转产生由极地向赤道方向运动的力。离心力在赤道最大，两极最小，结果使破碎陆块由极地向赤道方向漂移。

四．大陆漂移说的疑点

大陆漂移说的主导思想是正确的，但是限于当时地质科学的发展水平，魏格纳未能正确说明大陆漂移的机制。

刚性的花岗岩层不可能在刚性的玄武岩层上漂移；

潮汐摩擦阻力与离极力太小，不足以引起大陆漂移；

大陆如何拼合的一些具体问题没有妥善解释；

魏格纳不是地质界出身的学者，备受地质界的排挤。

五．大陆漂移说的沉寂

由于大陆漂移说存在的诸多疑点，在当时未能被大部分伟大的地质和地球物理学家所认同，1930年魏格纳丧生于格陵兰，使得一直到二次世界大战以前，魏格纳的著作常被堆置于图书馆满是灰尘的角落，被归类为过时之书。

1930年代对于海底的研究所知有限，大概只有沉船才能到达海底；仅有陆地的证据，难以让人接受如此先进的学说。大陆漂移说一度沉寂下来

由于大陆漂移说存在的诸多疑点，在当时未能被大部分伟大的地质和地球物理学家所认同，1930年魏格纳丧生于格陵兰，使得一直到二次世界大战以前，魏格纳的著作常被堆置于图书馆满是灰尘的角落，被归类为过时之书。

最著名的是英国爱丁堡大学的福尔摩斯（A.Holmes）霍尔姆斯以开创用元素的放射性测定地质体年龄的工作著称于世。

地幔对流说：认为大陆漂移可用地幔热对流来解释。由于岩石导热性不良，放射性热能在地球内部发生不均匀聚积，结果，地幔下层的物质受热膨胀变形而上升，地幔上层温度相对低而密度大的物质则下降，两者构成封闭式的循环流动。

在对流的早期阶段，上升的地幔流到达原始大陆中心部分，然后分成两股，并朝相反方向流动，从而将大陆撕破，并使分裂开来的块体随地幔流漂移。其间便形成海洋。上升的地幔流因压力逐渐减低而熔化成岩浆，这些岩浆组成了洋底和岛屿。地幔流的前缘碰到从对面来的另一地幔流时，就转向下流，从而将大陆块体的底部向下牵引，使大陆边缘受到挤压而成褶皱。当对流停止时，褶皱体因均衡力而上升形成山脉。与褶皱形成的同时，地幔流把洋底的玄武岩也往下拖曳，从而形成海渊，即海沟(trench)。

地幔对流说认为不是大陆块在玄武岩层上主动进行“耕犁”，而是地幔对流驱动大陆运动。地幔对流说统一地解释了海沟的产生，大陆边缘山链的形成，大洋和岛屿的出现，以及大陆漂移的机制；丰富了大陆漂移说的理论基础。

福尔摩斯在他编著并三次再版的“物理地质学原理”一书中始终宣传这一观点，使大陆漂移说并未因有人反对而不为后人所知晓。

第三节海底扩张学说

第二次世界大战带动了科学技术的空前发展和革命

由于军事上的需要，对于海底的探测技术陆续发展出来。例如，水深测量、声纳技术、磁力测量、无线电技术……。随后广泛开展的海洋地质研究，取得了大量成果。

一．海底探测技术

1．水深测量

现代水深测量采用回声测深仪(echo depth sounder)和侧向扫描声纳(side scan sonar)等仪器。这些仪器能够在航行过程中准确、快速而又连续地测出水深。其原理是从仪器中发出某种频率的声波，传播到海底后反射回来又为仪器所接受，根据声波在水中的传播速度计算出水深。能量大的低频率声波穿透能力很强，它能够透过海底的松散沉积物达到基岩后反射回来。这样，就不仅能查明海底的起伏，而且还能了解海底基岩的起伏。

2．深潜水

利用潜水装置深入洋底直接观察、取样和摄影。1960年深潜器潜入全球地表凹陷最深的西太平洋马里亚纳海沟10919m，这是世界上最深的潜水记录。1961年和1966年核潜艇穿过北极进行考察，探明了世界大洋的洋脊系统在北冰洋底的延伸情况。1971-1974年美法联合进行北大西洋洋脊裂谷的深潜考察、取样和摄影，获得了十分宝贵的资料。

3．海洋地球物理研究