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。根據(jù)這一新學說,地球表面覆蓋著不變形且堅固的板塊(巖石圈),這些板塊確實在以每年1厘米到10厘米的速度在移動。
由于地球表面積是有限的,地球板塊分類為三種狀態(tài):其一為彼此接近的匯聚型板塊邊界;其二為彼此遠離的分離型板塊邊界;其三為彼此交錯的轉換型板塊邊界。板塊本身是不會變形的,地球表面活動便都在這三種狀態(tài)下集中發(fā)生。
中文名 板塊構造學說;
外文名 Plate tectonics;
提出者 法國地質學家勒皮雄與麥肯齊、摩根等人;提出時間1968年;
應用學科 地理,地球運動學;書籍 大陸與大洋的起源;
學說內容 由于“極移動曲線”和海底擴大等提供的證據(jù),大陸漂移的確是正在發(fā)生的事實。1965年,科學家運用計算機使地球各個大陸以現(xiàn)有的形狀恰好拼合在一起。再者,海底地形、地震位置、火山活動等活躍部位都連接成為帶狀,于是"板塊構造學說"這一革命性的見解應運而生。[1]
1915年魏格納在《大陸與大洋的起源》一書中提出了大陸漂移的概念,然而他所提出的證據(jù)未能使地學界相信大陸漂移的真實性。60年代初H.Hess提出了海底擴張的概念,并得到古地磁學、地球年代學以及海洋地質學和地球物理等方面一系列新證據(jù)的支持。三種不同的現(xiàn)象:熔巖序列中磁極性轉向的年代;深海巖心中剩余磁化轉向的深度,以及平行于海洋中脊的線狀磁異常的寬度,都以同樣的比率變化著,都是由于擴張海底的地殼從洋中脊遷移而造成的。地學界普遍接受了活動論的觀點,并逐漸形成了板塊運動學說。
由于與被稱為“環(huán)太平洋帶”的太平洋板塊周圍的狀態(tài)相關,這個地區(qū)內的大地震、深源地震和火山活動等都十分活躍。由于印度洋板塊與亞歐板塊間的碰撞,形成了喜馬拉雅山脈和西藏高原。在大陸板塊彼此碰撞的匯聚型板塊邊界下,形成了大陸與大陸間的沖突帶,也造成了大褶皺山脈。
由于板塊構造學說的進展,迄今被視為不解之謎的地球活動大多得到了解釋。70年代以來,以證實板塊構造學說為目的的世界規(guī)模的地球觀測蓬勃開展。通過這些觀測,海底的年代分布被詳盡確定,弄清了以往地質時期板塊運動的過程,更由于空間觀測技術的發(fā)展,就連每年一厘米的板塊運動,也能夠連續(xù)數(shù)年進行觀測。
1912年德國氣象學家兼地質學家魏格納( A. Wegner )最先提出大陸漂移說。他認為在前寒武紀時,地球上存在一塊統(tǒng)一的大陸:泛大陸。以后經(jīng)過分合過程,到中生代早期,聯(lián)合古陸再次分裂為南北兩大古陸,北為勞亞古陸(Laurasia),南為岡瓦那古陸(Gondwanaland)。到了三迭紀末,這2個古陸進一步分離及漂移,相距越來越遠了,其間由最初一個狹窄海峽,逐漸發(fā)展成印度洋、大西洋等巨大的海洋。到了新生代,因為印度已北漂到亞歐大陸的南緣,兩者發(fā)生了碰撞,青藏高原隆起,造成了宏大的喜馬拉雅山系,古地中海東部完全消失了;非洲繼續(xù)向北推進,古地中海西部逐漸縮小到現(xiàn)規(guī)模;歐洲南部被擠壓成了阿爾卑斯山系,南、北美洲在向西漂移過程里,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,向東北漂移到新生代的位置。于是海陸的基本輪廓發(fā)展成新生代的規(guī)模。
由于受當時科技水平和認識水平的限制,大陸漂移說也未能正確說明大陸漂移的動力機制,未能提供大陸拼合的最佳方案。大陸漂移學說在當時學術界引起很大爭議,大陸漂移理論提出后不久,便被視為是一種荒唐的臆想。隨著魏格納本人在科學探險中獻身于格陵蘭雪原,大陸漂移說一度陷于沉寂。
20世紀60年代,海底擴張和板塊構造的提出給早期的大陸漂移說注入了新的生命力。2015年及以前獲得的大量證據(jù)表明,魏格納大陸漂移的基本設想是正確的。
六十年代初,美國地震地質學家迪茨(R.Dietz,1961)提出了"海底擴張" 的概念。接著,郝斯(Hess,1962)加以深入闡述。
迪茨提出:由于地幔中放射性元素衰變生成的熱使地幔物質以每年數(shù)厘米的速度進行大規(guī)模的熱循環(huán),形成對流圈,它作用于巖石圈,成為推動地殼運動的主要力量。洋殼的形成與地幔對流有關。洋底就是對流圈的頂,它在洋底的離散帶形成,并緩慢地向斂合帶擴張??偟目磥恚蟮讟嬙焓堑蒯α鞯闹苯臃从?,洋脊是地幔物質上涌的部位,海溝是地幔物質的下降部位。
郝斯認為大洋中脊是地幔對流上升的地方,地幔物質不斷從這里涌出,太平洋周圍分布島嶼與海溝、大陸邊緣山脈以及火山、地震就是這樣形成。
1968年,劍橋大學的麥肯齊(D.P.Mckenzin)和派克(R.L.Parker),普林斯頓大學的摩根(W.J.Morgan)和拉蒙特觀測所的勒皮雄(X.Lepichon)等人聯(lián)合提出的一種新的大陸漂移說--板塊構造學說,它是海底擴張學說的具體引伸。
板塊構造,又叫全球大地構造。板塊指巖石圈板塊,包括整個地殼和莫霍面以下的上地幔頂部,即地殼和軟流圈以上的地幔頂部。大陸只是傳送帶上的"乘客"。
板塊構造學說認為巖石圈的構造單元是板塊,板塊的邊界是洋中脊、轉換斷層、俯沖帶和地縫合線。由于地幔的對流,板塊在洋中脊分離、擴大,在俯沖帶和地縫合線處下沖、消失。
全球被劃分為亞歐板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度洋板塊和南極板塊等6大板塊;其間還有一些小板塊,如可可板塊、智利板塊等。板塊構造理論強調板塊的大規(guī)模水平運動,板塊可以產(chǎn)生、生長、消亡,而且這種變化可以定量預測。
學說歷史 板塊構造學說 1910年,德國氣象學家魏格納(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》,提出了大陸漂移學說。該學說認為在古生代后期(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”。后來,在地球自轉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。
板塊構造學說(亦稱全球大地構造學說):該學說是法國科學家勒比遜于1968年提出的學說。板塊構造學說是在大陸漂移學說和海底擴張學說的理論基礎上,又根據(jù)大量的海洋地質、地球物理、海底地貌等資料,經(jīng)過綜合分析而提出的學說,因此有人把大陸漂移說、海底擴張說和板塊構造說稱為全球大地構造理論發(fā)展的三部曲。 板塊構造學說是近代最盛行的全球構造理論。這個學說認為地球的巖石圈不是整體一塊,而是被地殼的生長邊界海嶺和轉換斷層,以及地殼的消亡邊界海溝和造山帶、地縫合線等一些構造帶,分割成許多構造單元,這些構造單元叫做板塊。全球的巖石圈分為亞歐板塊(又譯“歐亞板塊”)[2] 、非洲板塊、美洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊和南極洲板塊,共六大板塊。其中太平洋板塊幾乎完全是在海洋,其余五大板塊都包括有大塊陸地和大面積海洋。大板塊還可劃分成若干次一級的小板塊。這些板塊漂浮在“軟流層”之上,處于不斷運動之中。一般說來,板塊內部的地殼比較穩(wěn)定,板塊與板塊之間的交界處,是地殼比較活動的地帶,地殼不穩(wěn)定。地球表面的基本面貌,是由板塊相對移動而發(fā)生的彼此碰撞和張裂而形成的。在板塊張裂的地區(qū),常形成裂谷和海洋,如東非大裂谷、大西洋就是這樣形成的。在板塊相撞擠壓的地區(qū),常形成山脈。當大洋板塊和大陸板塊相撞時,大洋板塊因密度大、位置較低,便俯沖到大陸板塊之下,這里往往形成海溝,成為海洋最深的地方;大陸板塊受擠上拱,隆起成島弧和海岸山脈。太平洋西部的深海溝和島弧鏈,就是太平洋板塊與亞歐板塊相撞形成的。在兩個大陸板塊相碰撞處,常形成巨大的山脈。 喜馬拉雅山就是印度板塊在向亞歐板塊碰撞過程中產(chǎn)生的。 板塊構造理論已被用來解釋火山、地震的形成和分布,以及礦產(chǎn)的生成和分布等。但是,是什么力量驅動著板塊作大幅度、持續(xù)運動的驅動力問題,意見還不一致。
該學說成功解釋了許多地理現(xiàn)象,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:動力。根據(jù)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(jù)硅鋁質巖石(花崗巖層)與硅鎂質巖石(玄武巖層)摩擦力的狀況,算出要讓大陸運動,需要多么大的力量。物理學家發(fā)現(xiàn),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后就逐漸銷聲匿跡了。
上世紀五十年代,海洋探測的發(fā)展證實海底巖層薄而年輕(最多二、三億年,而陸地有數(shù)十億年的巖石);另1956年開始的海底磁化強度測量發(fā)現(xiàn)大洋中脊兩側的地磁異常是對稱的。據(jù)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(qū)形成新巖石,并推動整個海底向兩側擴張,最后在海溝地區(qū)俯沖沉入大陸地殼下方。
正是海底擴張學說的動力支持,加上新的證據(jù)(古地磁研究等)支持大陸確實很可能發(fā)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.
基本內容 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 板塊構造,又叫全球大地構造。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,
板塊構造學說模型圖 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(fā)生并還在繼續(xù)發(fā)生大規(guī)模水平運動。但這種水平運動并不象大陸漂移說所設想的,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”。
地球是唯一一個適合板塊構造學說的行星
板塊構造學說模型圖
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)科學家們研究他們在哪些方面可能像地球的濃厚興趣。2014年,哈佛大學科學家們指出,這些類地行星也適用于地球板塊構造學說。板塊構造學說是指構成地球固態(tài)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。地球是人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。
“超級地球”也適合適合板塊構造學說的行星 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》雜志上發(fā)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。
板塊構造學說示意圖 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于板塊構造學說?!蓖ㄟ^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(fā)現(xiàn)“超級地球”的質量與其板塊與板塊應力值之間的存在的聯(lián)系。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)的背后驅動力。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。
研究成果 研究小組發(fā)現(xiàn)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于更大質量的超級地球。巴倫西亞說,“人們的研究證明,'超級地球’存在板塊構造運動,即使這些行星上沒有水存在?!蔽磥恚藗兛梢允褂妹绹詈骄值年懙匦行翘綔y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,旨在于搜尋類地行星。
構造劃分 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)和南極洲板塊。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立的小板塊。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。這里提到的海嶺,一般指大洋底的山嶺。
海底地形 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(chǎn)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(fā)生水平錯動,是屬于另一種性質的斷層,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(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。
運動原因 板塊構造學說結構分析
什么力量驅使板塊進行運動,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,地幔物質不斷從這里涌出,冷卻固結成新的大洋地殼,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0.5~5厘米的速度擴展,不斷為大洋殼增添新的條帶。因此,洋底巖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。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,海底巖石都很年輕,一般不超過二億年,平均厚約5~6公里,主要由玄武巖一類物質組成。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70公里以上。除沉積巖外,主要由花崗巖類物質組成。地幔物質的對流上升也在大陸深處進行著,在上升流涌出的地方,大陸殼將發(fā)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(xiàn)。
根據(jù)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(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(如大西洋)、衰退期(如太平洋)與終了期(如地中海)。
運動區(qū)別板塊構造學說原理圖
板塊構造學說將地球表面劃分為若干剛性的巖石圈板塊,板塊之間為俯沖、碰撞帶,中洋脊,以及轉換斷層等活動帶。板塊構造學說認為地球表面的運動主要由板塊之間的斷層活動來完成,而板塊邊界之間的寬闊的塊體變形很小,在全球尺度上可以忽略不計,也就是可以認為板塊是剛性的。 板塊運動認為剛性的巖石圈(包括大陸與大洋的地殼)的薄板在上地幔中粘性較小的軟流圈上移動。它是從大陸漂移說發(fā)展起來,而卻不同于大陸漂移說。
它們的差別主要為:
(1)魏格納等把大陸只包含大陸硅鋁層;而板塊學說中巖石圈板塊包含地殼與軟流圈之上的巖石圈(巖石圈地幔)。
(2)魏格納等把大陸看成是主動的單元,而板塊學說中大陸是被動的。大陸漂移說認為大陸是穿過殼下硅鎂
德國氣象學家魏格納層而漂移的;而板塊學說引入了象在傳送帶上被攜帶的被動大陸的概念。由于它們在組成上密度較低,通常較有浮力并能逃脫被消減的命運,成為輸送帶上穩(wěn)定的被動浮性塊。
(3)魏格納等把大陸硅鋁層看成是與地幔硅鎂層互相獨立的、完全不同的東西;而板塊學說認為陸地是地幔分異產(chǎn)生而上浮的化學產(chǎn)物,陸地與其下伏的部分地幔是聯(lián)系在一起的。板塊構造為地幔對流說提供了發(fā)展的空間。巖石圈包括地殼與軟流圈之上的巖石圈(巖石圈地幔)。從熱力學觀點來看,它相當于巖石固相線之上的部分。從力學觀點看,它是能承受長期應力的地球表殼。板塊學說逐漸在地學界取得了普遍的承認,它看似簡單,其實有深刻的道理。板塊構造,也可以說是縫塊構造,在地球表面各種尺度的構造中都有表現(xiàn),甚至在變形最劇烈的臺灣碰撞帶上,陡立的褶皺也是由一系列相對完整的灰?guī)r塊體和它們之間的斷裂所組成。
從構造物理觀點來看,由于巖石流變性質的非線性,地殼變形主要集中在一些狹長的帶上,而這些活動帶之間的廣闊區(qū)域則只承擔很小的變形。這些廣闊區(qū)域就是塊體,而狹長的活動帶則是塊體間的邊界。流變學本構關系的非線性主要表現(xiàn)為應變速率與應力關系中應力項的指數(shù)n上,n越大則非線性越強烈,活動帶越窄。正是這種流變學基礎決定的板塊構造的幾何學在各種不同尺度的構造中都有所表現(xiàn)。
板塊移動 隨著軟流層的運動,各個板塊也會發(fā)生相應的水平運動。據(jù)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(jīng)過億萬年后,地球的海陸面貌就會發(fā)生巨大的變化:當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:當兩個堅硬的板塊發(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。Development of the oceans can be divided into the embryonic period (such as the Great Rift Valley), childhood (such as the Red Sea and Gulf of Aden), adulthood (Atlantic), a period of recession (Pacific) and ending on (such as the Mediterranean)。大洋的發(fā)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(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,兩者發(fā)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(xù)向北推進,古地中海西部逐漸縮小到的規(guī)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,向東北漂移到的位置。于是海陸的基本輪廓發(fā)展成的規(guī)模。
板塊邊界 地震幾乎全部分布在板塊的邊界上,火山也特別多在邊界附近,其它如張裂、巖漿上升、熱流增高、大規(guī)模的水平錯動等,也多發(fā)生在邊界線上,地殼俯沖更是碰撞邊界劃分的重要標志之一;可見板塊邊界是地殼的極不穩(wěn)定地帶。
面臨問題 板塊的驅動機制 盡管已經(jīng)提出了各種可能的設想,如地幔對流,板塊自大洋中脊向外推動,海溝的牽引作用,地幔的拖曳力作用以及重力影響下從中脊向兩側的下滑作用等,但至今還沒有人能確切地核實是什么力量在驅使板塊運動。因而,驅動機制問題能否完善的得以解決,可能是板塊構造學說最終成敗的關鍵。[3]
垂直運動 板塊構造學說認為,巖石圈板塊的水平運動是地球的主要構造運動,并且只有在板塊收斂處,它們才有可能轉變?yōu)樾毕虻暮痛怪边\動。因此,巖石圈內的垂直運動和斜向構造運動都未能為該學說視作獨立的主要運動,而只當做是水平運動的分量。果真如此的話,該學說就全然不能解釋代表下伏地幔中物理化學作用的直接垂直反映的那些地殼運動——例如,整個大陸或其某一部分的造陸性質的隆起和拗陷。有人認為,巖石圈的垂直運動,倘若不是更重要的話,至少也會是與水平運動同等重要的。所以,為了弄清楚板塊的基本水平運動是如何在何處可能與垂直運動有關,就要求板塊構造學說作出進一步的闡明。
板塊學說存在的錯誤與問題 問題與錯誤1:
原來的地殼哪里去了? 依據(jù)板塊學說繪制的板塊生長與消亡圖,大西洋和印度洋均向東西兩側擴張。在大西洋的南部,大西洋由中脊向東擴張3000多公里,因為大西洋寬度6000公里以上。印度洋向西擴張3000多公里。二者合計6000多公里,這原有的6000多公里寬地殼哪里去了?
印度洋和太平洋向南擴張,使南極洲板塊移動到現(xiàn)在的南極位置,那么原來的南極洲地殼那里去了?
問題與錯誤2:
海脊擴張方向和板塊相撞方向矛盾,怎么解釋? 印度洋海脊為“入”字型,北部海脊為南北向,而且還有兩條次級南北向海脊并行分布,大洋由海脊向兩側擴張,即印度洋北部向東西向擴張。
那么,印度洋板塊怎么會向北與歐亞板塊相撞?怎么會形成青藏高原隆起?
問題與錯誤3:
海底地形與海底擴張不吻合,怎么解釋? 板塊學說的觀點是:大洋地殼是由大洋中脊向兩側擴張而形成的。已經(jīng)形成的大洋海脊地形不會消失,隨著大洋海脊向兩側擴張而張開向兩側移動。以此理論,大洋洋底地形應全為海脊。
通過海底地圖,清楚標明大洋中脊位于大洋中心,中脊兩側是大洋盆地。大洋盆地怎么形成的?大洋地形否定了板塊學說。
問題與錯誤4:
兩條大洋中脊相交處是怎么擴張的? 大西洋中脊與印度洋中脊呈 “⊥”型連接,兩條大洋中脊向外擴張的方向是“對抗”的,怎么擴張?
在印度洋的大洋中脊呈“入”字型連接,兩條大洋中脊向外擴張的方向也是“對抗”的。
怎么向外擴張?
問題與錯誤5:
在大西洋海底存在兩條海溝,怎么解釋?大西洋波多黎各海溝:最深9219米,位于大西洋北部,波多黎各島北9218公里,長約1550公里,平均寬度120公里。
大西洋新赫布里底海溝:最深9174米,位于萬那杜島(新赫布里底島)與新喀里多尼亞島之間的珊瑚海邊緣。長約1200公里,平均寬度70公里。
板塊學說的觀點是大洋板塊由大洋中脊誕生,然后向兩側擴張增生,在海溝處俯沖到大陸板塊下消亡。
以大西洋中脊為界,將大西洋西部與北美洲、南美洲一同劃分為美洲板塊,那么對于大西洋的兩條海溝如何解釋?
問題與錯誤6:
在兩條大洋中脊交匯處,怎么對流? 板塊學說的版塊移動機制是熱對流,在一條大洋中脊可以畫出對流機制圖,那么在兩條大洋中脊交匯處如何對流?
板塊學說解釋熱對流的熱能來源于放射性元素的蛻變熱,問題是,這么多的放射性元素是哪里來的?現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的放射性元素礦床是含放射性元素高的巖石,該巖石是固體。另外,如果是放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱量形成巖漿產(chǎn)生對流,蛻變所產(chǎn)生的元素就應該在巖漿里,從大洋中脊噴出的巖漿就應該含有這些蛻變元素。沒有見到相關報道。[4-5]
地球為何分裂為七大板塊?中科院取得新進展
2017-10-23
快科技
地球表面原本是一個超大陸,后來裂解為七大構造板塊和幾個小型構造板塊組成,以每年從幾毫米到兩厘米不等的速度漂移。
美日科學家模擬研究稱,再過2.5億年,地球很可能將會再次引來一塊新的超大陸:阿美西亞大陸。 屆時亞洲將連接美洲,加勒比海和北冰洋將消失。
一直以來,研究者們認為深部地幔柱上涌是驅動超大陸裂解的重要原因之一。 但在地幔柱活動之前,超大陸經(jīng)歷了多期次的裂谷作用,并形成與之相關的雙峰式巖漿活動,巖漿巖的成因是認識超大陸裂解驅動力的關鍵。
近日,中科院在大陸板塊裂解方面取得新進展:地幔過渡帶滯留物質的垮塌和脫水可能是驅動深部地幔物質上涌,地幔柱形成,并最終驅動羅迪尼亞(Rodinia)超大陸裂解的重要原因。 研究成果發(fā)表在Precambrian Research上。
據(jù)中國科學院報道,廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室博士生呂璞良在研究員李武顯和澳大利亞科廷大學副教授王選策共同指導下,對揚子塊體東南緣發(fā)育的兩套地幔柱活動(~825Ma)之前的璜山和梅嶺雙峰式火山巖進行了系統(tǒng)的鋯石U-Pb年代學、巖石學和巖石地球化學研究。
結果表明,~860Ma的璜山玄武巖,具有類似島弧巖漿巖的地球化學特征和較高的水含量(估算的噴發(fā)前巖漿水含量為~ 3.6%),為類島?。ˋrc-like)特征的大陸板內玄武巖;~840Ma的梅嶺玄武巖,為無水的,具典型OIB特征的大陸板內玄武巖。
這說明華南~825Ma廣泛的地幔柱巖漿活動之前,地幔發(fā)生了流體的交代作用,降低了地幔巖石的固相線,并造成了地幔部分熔融形成玄武質巖漿,以及伴生的地殼伸展和裂谷作用。
這些流體或來自地球深部地幔過渡帶滯留的俯沖板片的脫水。因此,地幔過渡帶滯留物質的垮塌和脫水可能是驅動深部地幔物質上涌,地幔柱形成,并最終驅動Rodinia超大陸裂解的重要原因。