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板塊構造學說的“前世今生”

2019-9-18 8:51:59 來源:中國礦業報

皇家社会主场 www.vgfpej.com.cn 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,與后兩者一起被稱為全球大地構造理論發展的“三部曲”。

1910年,德國氣象學家魏格納無意間在一幅世界地圖上發現,大西洋兩岸非洲大陸和南美洲大陸輪廓非常穩合,由此猜想兩塊大陸曾經是貼合在一起的。之后,他不斷收集證據,并在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,后因大陸漂移而分開,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。

大陸漂移說

大陸漂移學說的主導思想是正確的,但是限于當時的科學水平,魏格納的大陸漂移機制存在明顯缺陷。因此,大陸漂移學說雖以轟動效應問世,卻在提出不久后就受到歐美地質學界的批評,不為世人所重視。1930年,魏格納在格陵蘭島野外考察時意外身亡,此后這一理論便銷聲匿跡。

直至20世紀40年代第二次世界大戰結束后,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。

海底擴張說

1960~1962年,赫斯和迪茨正式提出了海底擴張學說。海底擴張學說的要點可歸納為以下四點:①洋底不斷在洋脊裂谷帶形成、分離,分裂成的兩半分別向兩側運移,洋底不斷擴張。同時,老的洋底隨對流圈在海溝處潛沒削減。這種過程持續不斷,因此洋底不斷更新。②洋底擴張速度平均每年數厘米,3億~4億年洋底便更新一次。③洋底擴張表現為剛性的巖石圈塊體駝在軟流圈之上運動,其驅動力是地幔物質的熱對流。④洋脊軸部是對流圈的上升處,海溝是對流圈的下降處。如果上升流發生在大陸下面,就會導致大陸的分裂和新生大洋的開啟。

海底擴張學說提出后,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、平行于中脊兩側,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,并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系,即擴張速率與消減速率相等。

板塊構造學說

海底擴張學說較好地解釋了一系列海底地質地球物理現象,它的確立使大陸漂移說衰而復興,主張地球表層存在大規模水平運動活動論取得穩固的地位。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。1968年,勒皮雄根據地形、地質、構造、地震和其他地球物理資料,首先將全球巖石圈分為六大板塊,即太平洋板塊、亞歐板塊、印度洋板塊、非洲板塊、美洲板塊和南極洲板塊。

板塊構造學說是近代最盛行的全球構造理論,是傳統地質學領域中一場根本性的革命。該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洋中脊和轉換斷層,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。板塊在不停地運動,并在板塊邊緣產生各種機理的巖漿活動、成礦作用、地震等等。正因為板塊運動與上述地質現象的對應性,板塊構造學說可用以解釋世界火山帶和地震帶的形成、礦產的分布和各種地貌的成因等。

但是,又是什么力量在驅動著板塊做大幅度、持續運動呢?目前,對這一問題的研究還不成熟。地幔對流說原本是解釋大陸漂移動力來源的,板塊構造學說繼承了這一觀點:新洋殼馱在軟流圈上,隨著地幔對流被動移動,從洋中脊起像傳送帶一樣運載到海溝,俯沖入地幔并局部熔融,最終消失于軟流圈中,構成一個封閉的循環系統。從洋中脊到海溝,板塊有數百到數千千米的水平運動。

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,比如:板塊驅動機制問題、關于海溝沉積物變形問題、大洋中存在大陸地殼的問題、海底磁異常條帶問題,以及轉換斷層的起因、洋底高原的成因、大陸板塊內部強烈變形的解釋,還有以中新生代地質事實為主要依據的板塊構造學說能否適用于整個地球演化過程等等。這些都是板塊構造學說難以解決或解釋的問題。

但是,目前來說,板塊構造學說是最能為人們所接受、最為合理的用于解釋地殼運動和演化的地球科學基本理論。20世紀90年代興起的大陸動力學理論正試圖努力解決板塊構造在大陸地質研究中的合理應用和發展。近30年間,大陸動力學領域出現了很多為廣大地學界所接受的重要成果:滑線場、大陸俯沖、變質核雜巖、全球超大陸、板塊拆離、陸內變形等新理論的建立和新認識的確認。這些成果合理解釋了大陸內部諸多復雜的地質現象,彌補了板塊構造學說的不足??梢栽ぜ?,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?!?/p>

(本文由中國地質調查局油氣資源調查中心能源資源調查數據集成與應用項目組供稿)

網站編輯:宮莉