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．海洋地球物理研究包括洋底的地磁(geomagnetism)、重力(gravity)、地震以及地热等方面的测量。

这些资料为查明洋底的地质构造、物质成分和洋壳结构等提供了极其重要的依据。

4．海底钻探取样及钻孔样品研究：早期的海底钻深仅能在数十米以内水深的浅海区进行。

从1965年以来开始了深海底钻探，钻孔穿透洋底松散沉积物而达到基岩。

通过岩芯取样探明了海底沉积物及基岩的性质、年龄、构造，并对样品进行了物理、化学方面的综合性测试工作。

二．海底扩张的证据1950年代，布莱克在全球测量陆上沉积岩中的残磁偏角及磁倾角时发现北美洲与欧洲的磁北极移动路径是两条路径，若将两大陆连接在一起，则可以使磁北极移动路径合而为一。

1．洋脊的发现及特征洋盆底有许多大型的地貌起伏。

洋脊是绵延全球各大洋底的巨大山脉。

全球洋中脊延伸的总长度为6400km。

洋脊的宽度达1000-4000km，高出洋底2000-4000m，横截面呈平缓的等腰三角形。

沿着洋脊的延伸方向发育许多纵向断裂，使洋脊从其脊部向两坡呈阶梯状下降。

洋脊轴部发育纵向的深谷，称为裂谷，它是由一系列高角度正断层组成的地堑。

洋中脊顶峰区的热流值：发现沿着东太平洋洋中脊的热流值特别高，但两翼的热流值则锐减。

震中在洋中脊附近的分布：震中几乎都是沿着热流值的顶峰区分布。

洋脊地震带的特征洋脊是重要的地震带。

这里地震频繁，但震级低，震源浅(最深只有20km)。

说明岩石圈沿裂谷带处在不断拉张之中，持续的引张力作用导致了低震级而高频率的地震。

引张力作用只发生在地表以下不深的部位，故为浅源地震。

洋脊上沉积物分布的特征沿着洋脊的延伸方向发育许多纵向断裂，使洋脊从其脊部向两坡呈阶梯状下降。

洋脊轴部发育纵向的深谷，称为裂谷，它是由一系列高角度正断层组成的地堑。

洋脊上有大量火山活动，它应视为岩石圈在洋脊处张开，导致由地幔分熔的物质沿洋脊裂谷涌出的证据。

沉积物在裂谷带中极薄，有的部位甚至缺失，向两坡方向对称式逐渐增厚；洋底沉积物最厚只有500-600m；洋底沉积物的年龄不超过侏罗纪。

2．洋底岩石年龄分布洋底岩石是地幔分熔的物质在裂谷带涌出后冷凝而成；洋底岩石形成后就分裂成两半并向两侧移动，其间的空隙又为相继涌出的地幔物充填。

这种作用持续进行，就导致充填在裂谷带中的岩石愈来愈新，而相对较老的洋底依次向两侧移开。

3．大陆边缘大陆边缘是大陆与洋底的过渡地带，大陆边缘有两类，一类为稳定大陆边缘；另一类为活动大陆边缘。

（1）稳定大陆边缘大陆架大陆岸外的浅水水底。

它是与大陆相接的向外海倾斜非常平缓的平台。

坡度平均约0.1o。

一般说来，大陆架的宽度每增加lkm，其水深增加约2m，一般水深由数十米到100—200m。

各地大陆架的宽度极不相同，最宽可达1千多公里。

大陆坡大陆架向外海延续部分。

其表面倾斜度3 o-6 o ，平均为4 o 。

它是海底地形的显著转折带。

大陆坡的宽度20-90km不等。

大陆坡基部水深为1400-3200m。

大陆隆位于大陆坡的基部且是沉积物堆积特别厚的地区，向一侧过渡为洋底。

陆隆的坡度较大陆坡为缓，一般<1／400。

它的宽度不等，最大宽度可达1000km。

大陆架、大陆坡与陆隆依次环绕着大陆，组成了广阔的稳定大陆边缘，这里既无火山活动，又缺乏地震，是构造上极其稳定的地区。

（2）活动大陆边缘在地貌上具有海沟以及与海沟共生的岛弧(island arc)或山弧(mauntain garland)，不宽的陆架与陆坡，缺失陆隆，其典型代表见于太平洋的周边。