第四章 大陆漂移、海底扩张与板块构造-1

第一章绪论第二章地球与海洋第三章地壳第四章大陆漂移、海底扩张与板块构造第五章海洋地质作用第六章海岸带的现代过程第七章河口与三角洲第八章大陆边缘及其地质构造第九章深海沉积第十章古海洋学第十一章海洋矿产资源海洋地质学第四章大陆漂移、海底扩张与板块构造繁衍着人类的地球是个活动的行星，自形成以来，它始终不停地运转着。而在其内部和外部之间呈现出的生机勃勃的相互作用，更使得地球表层处于水平的和垂直的运动状态之中。地球科学家只是到20世纪60年代，板块构造学说诞生之后才真正认识到这一点。板块构造学说的兴起，是当代地球科学发展史中的划时代事件。然而，被誉为“新地球观”的板块构造学说，从其孕育到其诞生，却经历了60年(1910—1970)曲折漫长而又坎坷的历程。•板块构造学说它发端于l912年魏格纳(A．I．Wegener)创立的大陆漂移说；•奠基于赫斯(H．H．Hess，1960，1962)、迪茨(R．S．Dietz，1961)提出，后经瓦因和马修斯(F．J．VineandD．H．Matthews，1963)、威尔逊(J．T．Wilson，1965)、海茨勒等(J．R．Heirtzleretal．，l968)等进一步论证的海底扩张说；•l967—1968年由摩根(W．J．Morgan，1968)、勒皮雄(X．LePichon，1968)、麦肯齐和帕克(D．P．MckenzieandR．L．Parker，1967)以及伊萨克斯等(B．Isacksetal．，l968)正式提出。板块构造学说既是大陆漂移、海底扩张说的引伸和发展，又是国际上许多国家、地球科学各个分支学科的无数学者广泛运用现代化科学技术联合研究的成果，属于世界科学界的共同财富。最早把该学说介绍给中国地学界的是我国地质学家傅承义(1972)和尹赞勋(1973)两位教授；随后，李春昱、朱夏、郭令智等教授分别针对中国的地质情况进行了板块构造研究。第一节大陆漂移一、历史的回顾二、魏格纳及其大陆漂移说三、大陆漂移的证据四、大陆漂移说的命运一、历史的回顾早在几百年前就有了大陆漂移思想的萌芽。1620年，英国哲学家弗朗西斯·培根(FrancisBacon)从大西洋两岸的相似性得到启示，并探讨了两个相对陆块漂移的可能性。大约200年后，即19世纪其他一些学者也发表了同样的见解，其中包括法国学者安东尼奥·斯奈德(AntonioSuider)。他从美洲和欧洲的石炭纪植物化石之间的相似性得到启发并于l858年发表了《地球形成及其奥秘》一书，指出所有大陆过去都曾经是单一陆地的一部分。19世纪末，著名的奥地利地质学家修斯(EduardSuess)注意到南半球各大陆上的地质岩层如此接近一致，首次将它们拟合成一个单一的巨大陆块，称之为冈瓦纳古陆(Gondwanaland，这个名称来源于印度中东部的一个标准地质区冈瓦纳Gondwana)。1910年美国学者泰勒(F．B．Taylor)根据山脉的分布，独自论证过大陆漂移，并提出解释地壳大规模侧向(横向)移动的机制，认为导致各大陆的分离运动来自巨大的潮汐力。但是，最完善的大陆漂移说是著名的法国气象学家艾尔弗雷德·魏格纳(AlfredWegener)于1912年提出的，所以，一般公认他为大陆漂移说的创始人。漂移的大陆二、魏格纳及其大陆漂移说魏格纳1880年诞生于柏林。他先后在德国最著名的海德尔堡大学、因斯布鲁克大学和柏林大学学习，并取得天文学博士学位。l906年，魏格纳以气象员的身份参加了丹麦人组织的第一支格陵兰岛考察队，在对格陵兰东北部进行探险性考察过程中，他开始对地质学产生了极大的兴趣。1912年，魏格纳首次公布了自己有关大陆漂移的研究成果。l月6日，他在法兰克福城的地质协会上作了题为《从地球物理学基础上论地壳轮廓(大陆与海洋)的生成》的讲演。1915年，魏格纳又从地理学、地球物理学、地质学、古生物学、古气候学和大地测量学等方面对大陆漂移进行了系统论证，著成《海陆的起源》一书。1919年，魏格纳接替了他的老师、岳父、著名气象学家柯本(WladimirPeterKoppen，1846—1940)的职务，担任汉堡海洋观象台气候研究部主任。1930年，魏格纳第三次到格陵兰探险、考察。10月30日，当他在莽莽冰原高处一个孤独的观测站工作时，心脏病猝发，不幸殉职，时年仅50岁。魏格纳的最重要贡献，乃是他1915年首次出版的《海陆的起源》。这本专著不但确立了其大陆漂移说创始人的地位，而且系统地论证了大约在200Ma前，即中生代早期，地球上所有的大陆曾经是连接在一起的统一的超级大陆，称之为联合古陆(Pangaea，或译作泛大陆)，围绕联合古陆的广阔海洋称之为泛大洋(Panthalassa)。到了侏罗纪，联合古陆开始解体，分裂成几块大陆并各自逐渐漂移到目前所处的位置上。现今的各大陆和各大洋都是经过大陆漂移后形成的。二、大陆漂移学说1.主要观点解释地壳运动和海陆分布﹑演变的学说。大陆彼此之间以及大陆相对于大洋盆地间的大规模水平运动﹐称为大陆漂移。大陆漂移说认为﹐地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块﹐称之为泛大陆或联合古陆﹐中生代开始﹐泛大陆分裂并漂移﹐逐渐达到现在的位置。大陆漂移的动力机制与地球自转的两种分力有关﹕向西漂移的潮汐力和指向赤道的离极力。较轻硅铝质的大陆块漂浮在较重的黏性的硅镁层之上﹐由于潮汐力和离极力的作用使泛大陆破裂并与硅镁层分离﹐而向西﹑向赤道作大规模水平漂移。•在距今2亿年前，地球上现有的大陆是彼此连成一片的，从而组成了一块原始大陆，或称为泛古大陆。泛古大陆的周围是一片汪洋大海，叫做泛大洋。•在距今1亿8千万年前，泛古大陆开始分裂，漂移成南北两大块，南块叫岗瓦纳古陆，包括南美洲、非洲、印巴次大陆、南极洲和澳洲；北块叫劳亚古陆，包括欧亚大陆和北美洲。•以后，又经过上亿年的沧桑之变，到了距今约6500万年前，泛古大陆又进一步分裂和漂移，从而形成了亚洲、非洲、欧洲、大洋洲、南美洲、北美洲和南极洲；而泛大洋则完全解体，形成了太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。魏格纳指出，硅铝层(花岗岩层)组分比重小，并且由于冷缩而呈刚性的大陆，能够在下伏的比重较大的硅镁层(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。而大陆漂移则沿两个方向进行：一个是大陆向西漂移，这是地球受到日、月的吸引而产生的潮汐摩擦阻力，使地球的自转速度减缓，从而发生向西的拖拽作用；另一个是大陆由极地向赤道方向运动，这是由地球旋转产生的表层离心力所致。离心力在赤道最大，两极最小，结果使两极地区的物质都有向赤道集中的趋势。由极地向赤道方向运动的力，称为离心力。美洲大陆由于受到较强的向西的拖拽力，使之落后于欧洲与非洲的运动，因而在美洲大陆与欧、非大陆之间裂开后发生分离，形成了大西洋。当美洲大陆向西漂移时，其前缘因受到太平洋底的阻滞，而发生挤压、褶皱，形成纵贯南北美洲的科迪勒拉山系。在大陆向西漂移的过程中，其后缘(东缘)脱落下一些陆地碎块，构成一系列岛屿，如亚洲、澳大利亚东面的群岛。印度原位于南极大陆附近，因离极作用而不断向北漂移，终与欧亚大陆相接而碰撞、挤压，导致了巍峨的喜马拉雅山脉的形成。三、大陆漂移的证据固定论对于地球表面海陆的形成及其变化和发展，长期以来有着两种截然不同的观点。传统地质学认为自从地球上的大陆和大洋形成以来，无论在外形轮廓上还是地理位置上都是固定不变的，即使有变迁，也不过是原地的升降。这种观点是l9世纪美国地质学家德纳(J．D．Dana，1813—1895)首先提出的，称为“固定论(Fixism)。另一种观点则主张海陆的分布并非固定不变，地壳不但有垂直升降运动，而且曾发生过大规模的水平运动，这就是以魏格纳为代表的首次以大陆漂移说的形式公布于世的活动论(Mobilism)。在传统的固定论占统治地位的年代，魏格纳之所以敢于以活动论的观点向其提出挑战，是因为他掌握了大量大陆漂移的以下证据：1．大陆边缘的相似性魏格纳最初从世界地图上发现大西洋两岸大陆边缘轮廓有着惊人的相似性，并由此得到启示，提出非洲、南美洲原来应为一个大陆，以后裂开并发生漂移才有了大西洋。把南美洲的东海岸和非洲的西海岸拼接起来，效果良好，非常吻合。南美洲和非洲的轮廓南美非洲2．地层与地质构造证据大西洋两岸大陆的地层和地质构造进行细致的对比和研究后，果真获得了令人信服的重要发现：首先，横断非洲南端由二迭纪岩层组成的东西走向的开普山脉和南美洲布宜诺斯艾利斯附近的古老褶皱山系不仅地层岩性、地质构造极其相近，而且当把两块大陆海岸线粗略拼合在一起时，这些地层和地质构造竟能彼此衔接起来，浑如一体!其次，在非洲西部存在着一片长期未经褶皱的前寒武纪片麻岩为主体的高原，而在南美洲相对应位置的巴西高原也恰恰广泛地分布着几乎一样特征的片麻岩；同时，这两个远隔重洋的高原上的火成岩、沉积物的成分及地质构造方向等都具有惊人的一致性。另外，魏格纳在对北大西洋两岸大陆地质的考证中也取得了重要成果。如欧洲大陆古老的加里东褶皱带，它在北欧横贯挪威，向西沿伸到苏格兰，而于北大西洋消失后，重又出现在北美洲的加拿大境内。岩石和地质构造的证据大陆边界的形态(拼合)3．古生物证据大约是在1910年的圣诞节期间，他突然被大西洋两边海岸极度的相似和吻合所震惊，而这一点启发他思考大陆横向运动的可能性。魏格纳当时并没有认真地看待这一思想，反而认为“这是不可能的”而放弃了。但在第二年秋天开始建立他的大陆运动假说。他当时“相当偶然地”读到了“一篇描述非洲和巴西古生代地层动物相似性的文献摘要”。在这篇摘要中，大西洋两岸远古动物化石的相同或相似被用来证明当时非常流行的、非洲和巴西之间存在陆桥的说法。例如，蛇很显然不能渡过浩瀚的大西洋。因此，在南大西洋两岸发现同样的或十分相似的蛇化石，就证明很久以前的南美洲和非洲之间存在一条陆路通道的可能性是相当大的。如果换一种相反的解释，即假设在这两个地区的大部分土地上存在极其相似但又是相对独立的生物进化过程，而这是完全不可能的。魏格纳除了在地质方面对大陆漂移说进行论证外，还成功地利用了陆桥说所积累的古生物资料引以为据。古生物学界很早就有人发现，远隔重洋的非洲、南美洲、澳大利亚和印度等地二叠纪早期具有相同的古生物属种。最明显的例子就是二叠纪生活在内陆的爬行类—中龙，它分别发现于非洲、南美洲；另外一个典型的例子就是在南半球被称为冈瓦纳岩系的水平岩层中，广泛地存在着相同属种的植物化石，如舌羊齿属和圆舌羊齿属。类似的例子还有蜗牛、蚯蚓、昆虫等，它们都是在特定时代出现于地球某处，然后迅速蔓延到所有大陆的。这些例子说明，各大陆之间确曾有过连接，否则动植物群的迁徙便不可能。•古生物的证据•中龙化石古生物南美非洲陆桥说20世纪30年代美国的舒可特(C．Schuchert)和维里斯(B．Willis)极力宣扬这一大陆固定、大洋永存的观点。为了解释南美与非洲、马达加斯加和印度在陆生生物分布方面极为密切的关系而提出陆桥说，认为各大陆之间曾有细长的陆地相连，好似一座“桥’’横贯在大陆之间的大洋里，成为陆生生物跨洋过海迁移万里的通道。后来陆桥下沉到海底，才使各大陆的联系断绝，而物种却相近。这种强调地壳垂直升降运动的观点得到前苏联著名学者别洛乌索夫等人的支持。因此,一直到20世纪50年代，固定论仍在地学界占统治地位。•地峡连接两个大陆之间的狭窄地带，或是连接大陆与某一岛屿或半岛的狭窄地带。地峡的形成可以是由构造断裂或凹陷而形成，也可以是潮流作用等冲蚀而形成。魏格纳的生物学证据犬颌兽舌羊齿水龙兽迷齿两栖类4．古气候的证据在本世纪20年代，古气候学家发现，距今约三亿年前后的晚古生代，位于南半球的非洲中南部、南美洲、澳大利亚、印度和南极洲均有过广泛的冰川作用，有的地方甚至可以从冰川擦痕判断出古冰川流动的方向。上述地区除南极洲外，其他大陆均处于热带或温带地区。很多学者都倾向于认为，这些冰川是由于靠近古南极才形成的。可是，这些学者绞尽脑汁也没有找到一个恰当的古南极点，能使这些大陆上的古冰川遗迹都位于南纬70°线以内。这就是当时著名的古冰川之迷。