提起板塊構造學,大家一定並不陌生,板塊構造學說是當代最有影響的全球構造理論,如此重要的學說是從何而來,又是如何發展至今的呢?
板塊構造學說是 20 世紀 60 年代末期在大陸漂移說和海底擴張說基礎上發展起來的,與後兩者一起被稱為全球大地構造理論發展的「三部曲」。
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大陸漂移假說
大陸漂移假說,最早是由德國古氣象學家魏格納正式提出的。1911年,魏格納在研究世界地圖的時候發現:地球上大西洋兩岸的大陸(主要是指南北美洲與歐洲、非洲之間)的海岸線存在著相似性,具有互相吻合的現象。之後,他不斷收集證據,並在1912年提出大陸漂移學說。
1915 年,魏格納的《海陸的起源》一書出版,書中不僅闡述了大西洋兩側的古代大陸原來是聯合在一起,後因大陸漂移而分開,分開的大陸之間出現了海洋的觀點,而且還列舉了古生物、巖石、構造、冰川等證據,證明了古大陸沿大西洋發生過開裂和漂移。
大陸漂移學說的主導思想是正確的,但是限於當時的科學水平,魏格納的大陸漂移機制存在明顯缺陷。
20世紀20年代期間,國際地科聯的地球科學家們對大陸漂移假說進行了熱烈的討論和表決,絕大多數學者都投了反對票。但是,魏格納提出的大陸可能發生大規模水平運移的設想,為後來板塊學說的創立奠定了重要的基礎。
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海底擴張學說
20世紀40年代第二次世界大戰結束後,美英等國廣泛開展海底地質研究,獲得了大量海洋科學的資料。例如,發現或進一步弄清了大洋中脊形態、海底地熱流分布異常、海底地磁條帶異常、海底地震帶及震源分布、島弧及與其伴生的深海溝、海底年齡及其對稱分布、地幔上部的軟流圈等等。
海底擴張示意圖
海底地磁條帶異常
到20世紀60年代初期,全球海洋地球物理調查與地震臺網(主要是為了監測各國的地下核試驗)的研究共獲得了4項重要的學術新成果,發現了:
(1)大洋脊擴張帶;
(2)貝尼奧夫帶;
(3)大洋中脊附近存在的轉換斷層;
(4)普遍存在相當新的洋底沉積物等。
大西洋洋中脊和轉換斷層
以大量實測資料為基礎,赫斯和迪茨最早提出了海底擴張的設想,為板塊構造學說奠定了基礎。海底擴張學說提出後,又通過以下事實得到了進一步的驗證。
1963年,瓦因和馬修斯根據地磁場極性的周期性倒轉的分析發現,洋中脊兩側的磁異常呈條帶狀、正負相間、平行於中脊兩側,對稱延伸,其順序與地磁反向年表一致。
1965年,威爾遜提出了轉換斷層的概念,證明巖石圈板塊的水平位移成為可能,並闡明了洋中脊的新生洋殼和海溝帶的洋殼消減之間的消長平衡關係,即擴張速率與消減速率相等。
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板塊構造學說
隨著海底地質資料的不斷更新、海底擴張證據的不斷積累,1967 年,美國普林斯頓大學的摩根、英國劍橋大學的麥肯齊和派克、法國拉蒙特觀測所的勒皮雄等人,在大陸漂移學說和海底擴張學說的理論基礎上,根據大量的海洋地質、地球物理、海底地貌等資料,聯合提出了板塊構造學說。
全球板塊分布圖
勒皮雄把現代地球的巖石圈劃分為6個大板塊,即太平洋板塊、亞歐板塊、美洲板塊、印度洋板塊、非洲板塊和南極洲板塊。其中,除了太平洋板塊全部浸沒在洋底之外,其他5個板塊則都既有大陸,也有海洋。隨著研究的深入,有的學者在這些大板塊中更進一步劃分出一些較小的板塊,所有這些板塊,都處在具有流變性質的上地幔軟流圈之上運移。
板塊運動及板塊邊界示意圖
1968年,美國B·L·艾薩 克斯、J·奧利弗和L·R·賽克斯進一步闡述了地震與板塊活動之間的聯繫,並將這一新興理論稱作為「新全球構造」。1969年麥肯齊和摩根正式將上述新學說命名為「板塊構造」,從此,板塊構造學說就廣為流傳。
板塊構造學說雖然已經得到了廣大學者的認可,但是依然存在不少問題,不過目前來說,板塊構造學說是最能為人們所接受、最為合理的用於解釋地殼運動和演化的地球科學基本理論。可以預見,隨著地球科學的不斷發展,板塊構造學說也將不斷地得到修正和發展。
參考資料與圖片:《論大地構造學的發展》萬天豐;《板塊構造學的「前世今生」》中國礦業報;微信訂閱號中科院地質地球所
來源:濟震微訊