從大陸漂移說到板塊構(gòu)造學(xué)說

1、1910年有人第一次提出了這種疑問：位于大西洋兩岸的南美大陸和非洲大陸的海岸線， 為何如此相似？這個人就是德國地球物理學(xué)家、氣象學(xué)家阿爾弗萊德魏格納，這個念頭成 為他提出“大陸漂移說”的契機.海洋阻隔的兩岸具有相似海岸線的現(xiàn)象，很早以前就有人注意到了，魏格納對這一事實 從地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)、氣候?qū)W等角度進行了科學(xué)的推敲.他提出，根據(jù)造山帶等的地質(zhì)構(gòu)造， 以及不能越過大洋的羊齒類植物、蝸牛等小動物，在3億年前的冰川時期曾廣泛分布于南美 大陸和非洲大陸，他得出結(jié)論：大約3億年前，我們今天所知的南北美洲大陸、非洲大陸、 歐亞大陸、南極大陸等統(tǒng)統(tǒng)屬于一塊“超級大陸”，后來這塊“超級大陸”分裂為若干塊大

2、陸，經(jīng)過漫長歲月的移動，終于形成了今天的大陸位置關(guān)系.魏格納提出的“大陸漂移說”，后來發(fā)展成“板塊構(gòu)造學(xué)說”，并成為20世紀地球科學(xué) 的主流.“大陸漂移說”之所以具有如此的生命力是因為，它是一種能夠解答迄今為止包括 古生物、古氣候、地質(zhì)構(gòu)造、地形等廣闊領(lǐng)域里，為數(shù)眾多疑問的理論.然而，1915年出 版的魏格納的著作大陸和海洋的起源卻沒有輕而易舉地被人接受，它雖然得到地質(zhì)學(xué)家 和古生物學(xué)家的首肯，但受到了大多數(shù)地球物理學(xué)家的不屑，有人提出了份量不輕的反駁. 持反對論者的最主要的論據(jù)是：沒有發(fā)現(xiàn)能讓大陸在水平方向移動幾千公里的原動力.地質(zhì) 學(xué)家阿爾薩霍姆茲雖然考慮到地幔對流有可能是大陸漂移的原動力

3、，但曲高和寡，隨著 1930年魏格納在格陵蘭探險中失蹤，“大陸漂移說”遂漸趨冷落，以致到本世紀40年代時， 人們把“大陸漂移說”忘諸腦后.進入50年代，“大陸漂移說”居然在完全不相干的領(lǐng)域里東山再起.這個完全不相干的 領(lǐng)域就是研究古代地球磁場的學(xué)科一一古地磁學(xué).今天，地球的兩個磁極一一南磁極和北磁 極幾乎是固定不動的，但是隨著時間的推移，在漫長的地質(zhì)歷史上其位置是移動的并發(fā)生過 逆轉(zhuǎn).根據(jù)古地磁學(xué)，科學(xué)家復(fù)原了以往各個地質(zhì)時期生成的巖石當(dāng)初的磁場，由此推定了 南北磁極的位置.磁極隨時間推移而形成的移動軌跡，被稱為“極移動曲線” 1950年，英 國的基斯蘭卡恩和帕特里克布蘭科特等，根據(jù)對歐洲大陸

4、和北美洲大陸各地質(zhì)時期巖石 中殘存磁場的精確測定，成功地得到了 “極移動曲線”.地球只存在南磁極和北磁極兩個磁 極，從各個大陸研究得來的南磁極或北磁極的“極移動曲線”理應(yīng)是一致的.然而，蘭卡恩 等人求得的兩條“極移動曲線”形狀相似卻沿經(jīng)線偏離.要是把大西洋兩邊的北美大陸和歐 洲大陸合在一起，那么對應(yīng)的“極移動曲線”恰好能夠吻合.這個事實正好說明了大陸漂移 具有可能性.由于導(dǎo)致大陸漂移的動力問題沒能解決，所有的地球科學(xué)家對“大陸漂移說” 始終不予理會，不過“大陸漂移說”卻因古地磁學(xué)的發(fā)現(xiàn)而崢嶸再現(xiàn).“海洋擴大說”嶄露頭角50年代伊始，在第二次世界大戰(zhàn)中開發(fā)的新技術(shù)被廣泛用于海洋觀測，比如采用聲納

5、 裝置觀測海底地形，利用海洋磁場儀探測海底磁場異常情況等.通過這些探測，科學(xué)家終于 搞清全球海底被稱為“海嶺”的巨大海底山脈是彼此相連的.在海底山脈中位于大西洋中部的大西洋中央海嶺，魏格納在世時人們就不陌生.但是，類似 的海嶺存在于太平洋、印度洋、北冰洋等地球所有的海洋，像網(wǎng)絡(luò)一樣分布在海底.在大西 洋中部南北走向綿延1萬公里以上的中央海嶺的中段，還存在一個“大規(guī)模的谷地”，科學(xué) 家還發(fā)現(xiàn)，這個“中央谷地”與中央海嶺并排相連.于是有科學(xué)家提出，大西洋正是地球的 裂縫，海底也許就是在這里擴張的.隨后科學(xué)家又測定出從地球內(nèi)部涌流出的地殼熱流量， 也了解到從海嶺之下的深處似乎正在噴涌出熱物質(zhì).根據(jù)以

6、上探測結(jié)果，科學(xué)家得出結(jié)論：中央海嶺下的地幔對流升騰形成海洋地殼，海底由此擴大，這種結(jié)論支持了“海洋擴大說”，而“海洋擴大說”也解釋了大陸的分裂和移動.構(gòu) 成大陸地殼的物質(zhì)密度小，地幔就會上浮.根據(jù)“海洋擴大說”，大陸下的地幔對流升騰造 成大陸分裂，進而地幔向水平方向的運動將大陸推開.此后，美國加利福尼亞大學(xué)斯克里普斯海洋研究所的科學(xué)家，觀測了能夠解釋美國西海 岸附近太平洋海底地殼形成原因的地磁異常情況，弄清了在20公里到30公里的寬度上存在 百分之一的磁場異常，在南北幾百公里范圍內(nèi)呈條紋狀分布.此外，隨著同時期巖石年代測 定技術(shù)的進步，科學(xué)家弄清了以往數(shù)百萬年間曾經(jīng)多次反復(fù)的地磁場逆轉(zhuǎn)歷史.

7、1963年，弗萊德瓦因和德拉蒙多馬修茲提出了一個大膽的假說：加利福尼亞的地 磁異常帶是地球磁場逆轉(zhuǎn)的反映.在中央海嶺，由于高溫巖漿的冷卻生成了海底地殼，也就 形成了具有當(dāng)時地球磁場方向的磁場的巖石.瓦因等人認為，地球磁極曾多次逆轉(zhuǎn)，具有各 個地質(zhì)時期磁場方向特征的海底地殼，在海底并列呈條紋狀，這個事實為觀測所確定.由于 海底向海嶺兩側(cè)擴張，如果瓦因等人的見解符合實際，那么觀測得到的反映磁場異常的條紋， 相對海嶺兩側(cè)應(yīng)當(dāng)是對稱的.這種對稱性也被實際觀測所確認.匯集來的有關(guān)觀測數(shù)據(jù)都在 支持“海洋擴大說”，而且根據(jù)海底磁場異常的數(shù)據(jù)，使迄今科學(xué)家掌握的只有幾百萬年的 地球磁場的逆轉(zhuǎn)史，一下子擴大至

8、2億年.板塊構(gòu)造學(xué)說由于“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(xué)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，海地地形、地 震位置、火山等活躍部位都連接成為帶狀，于是“板塊構(gòu)造學(xué)說”這一革命性的見解應(yīng)運而 生.1970年后，板塊構(gòu)造學(xué)說確立，根據(jù)這一新學(xué)說，地球表面覆蓋著不變形且堅固的板 塊（地殼），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(zhuǎn)換型板塊邊界.板塊本身是不會變形的，地球表面活動便 都

9、在這三種狀態(tài)下集中發(fā)生，比如海嶺就是在分離型板塊邊界下形成的，海溝則是在海洋板 塊彼此碰撞，一個板塊俯沖至另一板塊的下方的匯聚型板塊邊界下形成的.沿北美大陸西海 岸分布的圣安德烈斯斷層，則是在太平洋板塊和北美大陸板塊間形成的很具代表性的轉(zhuǎn)換型 板塊邊界下形成的由于與被稱為“環(huán)太平洋帶”的太平洋板塊周圍的狀態(tài)相關(guān)，這個地區(qū)內(nèi)的大地震、深 源地震和火山活動等都十分活躍.由于印度次大陸與歐亞大陸間的碰撞，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(gòu)造學(xué)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

10、以來，以證實板塊構(gòu)造學(xué)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(zhì)時期板塊運動的過程，更由于空間觀測技術(shù)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.板塊構(gòu)造學(xué)說證實了魏格納當(dāng)年提出的“大陸漂移說”，由于“大陸漂移說”憑借板塊 運動，于是很長時間里被視為待揭之謎的“大陸漂移說”的原動力問題迎刃而解.然而板塊 構(gòu)造學(xué)說并沒有搞清所有的地球活動，板塊構(gòu)造學(xué)說證實的只是歷經(jīng)46億年的地球歷史中 最近2億年的事實，此前的地球活動仍然作為重要的研究課題留至今天，而且導(dǎo)致板塊運動 的地幔深處的活動，還需要進一步的觀測和研究.對于地球的下部地幔和地核的活動，80年代以來，科學(xué)家采用被稱為“地震學(xué)X射線 斷層攝影法”的技術(shù)，利用地震波研究了地球內(nèi)部的不均勻構(gòu)造，這種科學(xué)手段使研究得到 進展.研究結(jié)果表明，曾被認為是板塊運動原動力的地幔對流的實際狀態(tài)似乎可以觸摸了.對 于地球板塊構(gòu)造是從地球演化史的哪一時刻開始形成的，科學(xué)家將對部分比2億年前更古老 的海底地殼進一步研究.20世紀初期德國科學(xué)家魏格納提出的“大陸漂移說”就是在上述曲折的過程中探索并 發(fā)展的，直到70年代被科學(xué)界首肯的板塊構(gòu)造學(xué)說問世.最新的地球觀測獲得的成果