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板块构造学说的“前世今生”

2019-9-18 8:51:59 来源:中国矿业报

板块构造学说是20世纪60年代末期在大陆漂移说和海底扩张说基础上发展起来的,与后两者一起被称为全球大地构造理论发展的“三部曲”。

1910年,德国气象学家魏格纳无意间在一幅世界地图上发现,大西洋两岸非洲大陆和南美洲大陆轮廓非常稳合,由此猜想两块大陆曾经是贴合在一起的。之后,他不断收集证据,并在1912年提出大陆漂移学说。1915年,魏格纳的《海陆的起源》一书出版,书中不仅阐述了大西洋两侧的古代大陆原来是联合在一起,后因大陆漂移而分开,分开的大陆之间出现了海洋的观点,而?#19968;?#21015;举了古生物、岩石、构造、冰川等证据,证明了古大陆沿大西洋发生过开裂和漂移。

大陆漂移说

大陆漂移学说的主导思想是正确的,但是限于当时的科学水平,魏格纳的大陆漂移机制存在明显缺陷。因此,大陆漂移学说虽以轰动效应问世,却在提出不久后就受到?#35775;?#22320;质学界的批评,不为世人所重视。1930年,魏格纳在格陵兰岛野外考察时意外身亡,此后这一理论便销声匿迹。

直至20世纪40年代第二次世界大战结束后,美英等国广泛开展海底地质研究,获得了大量海洋科学的资料。例如,发现或进一步弄清了大洋中脊形态、海底地热流分?#23478;?#24120;、海底地磁条带异常、海底地震带及震源分布、岛弧及与其伴生的深海沟、海底年龄及其对称分布、地幔上部的软流圈等等。

海底扩张说

1960~1962年,赫斯和迪茨正式提出了海底扩张学说。海底扩张学说的要点可归纳为以下四点:①洋底不断在洋脊裂?#21364;?#24418;成、分离,分裂成的两半分别向两侧运移,洋底不断扩张。同时,老的洋底随对流圈在海沟处潜没削减。这种过程?#20013;?#19981;断,因?#25628;?#24213;不断更新。②洋底扩张速度平均每年数厘米,3亿~4亿年洋底便更新一次。③洋底扩张表现为刚性的岩石圈块体驼在软流圈之上运动,其驱动力是地幔物质的热对流。④洋脊轴部是对流圈的上升处,海沟是对流圈的?#38470;?#22788;。如果上升流发生在大陆下面,就会导致大陆的分裂和新生大洋的开启。

海底扩张学说提出后,又通过以下事实得到了进一步的验证。1963年,瓦因和马修斯根据地磁场极性的周期性倒转的分析发现,洋中脊两侧的磁异常呈条带?#30784;?#27491;?#21512;?#38388;、平行于中脊两侧,对称?#30001;歟?#20854;顺序与地?#27431;?#21521;年表一致。1965年,威尔逊提出了转换断层的概念,证明岩石圈板块的水平位移成为可能,并阐明?#25628;?#20013;脊的新生洋壳和海沟带的洋壳消减之间的消长平衡关系,即扩张速率与消减速率相等。

板块构造学说

海底扩张学说较好地解?#22303;?#19968;系列海底地质地球物理现象,它的确立使大陆漂移说衰而复兴,主张地球表层存在大规模水平运动活动论取得稳固的地位。随着海底地质资料的不断更新、海底扩张证据的不断积累,1967年,美国普林斯顿大学的摩根、英国剑桥大学的麦肯齐和派克、法国拉蒙特观测所的勒皮雄等人,在大陆漂移学说和海底扩张学说的理论基础上,根据大量的海洋地质、地球物理、海底地貌等资料,联合提出了板块构造学说。1968年,勒皮雄根据地形、地质、构造、地震和其他地球物理资料,首先将全球岩石圈分为六大板块,即太平洋板块、亚欧板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。

板块构造学说是近代最盛行的全球构造理论,是传统地质学领域中一场根本性的革命。该学说认为地球的岩石圈不是整体一块,而是被地壳的生长边界洋中脊和转换断层,以及地壳的消亡边界海沟和造山带、地缝合线等一些构造带,分割成许多构造单元,这些构造单元叫做板块。板块在不停地运动,并在板块边缘产生各种机理的岩浆活动、成矿作用、地震等等。正因为板块运动与上述地质现象的对应性,板块构造学说可用以解释世界火山带和地震带的形成、矿产的分布和各种地貌的成因等。

但是,又是什么力量在驱动着板块做大幅度、?#20013;?#36816;动呢?目前,对这一问题的研究还不成熟。地幔对流说原本是解释大陆漂移动力来源的,板块构造学说继承了这一观点:新洋壳驮在软流圈上,随着地幔对流被动移动,从洋中脊起像传送带一样运载到海沟,俯冲入地幔并局部熔融,最终消失于软流圈中,构成一个封闭的循环系?#22330;?#20174;洋中脊到海沟,板块有数百到数千千米的水平运动。

板块构造学说虽然已经得到了广大学者的认可,但是依然存在不少问题,比如:板块驱动机制问题、关于海沟沉积物变形问题、大洋中存在大陆地壳的问题、海底磁异常条带问题,以及转换断层的起因、洋底高原的成因、大陆板块内部强烈变形的解释,还有以中新生代地质事实为主要依据的板块构造学说能否?#35270;?#20110;整个地球演化过程等等。这些都是板块构造学说?#23721;?#35299;决或解释的问题。

但是,目前来说,板块构造学说是最能为人们所?#37038;堋?#26368;为合理的用于解释地壳运动和演化的地球科学基本理论。20世纪90年代兴起的大陆动力学理论正试图努力解决板块构造在大陆地质研究中的合理应用和发展。近30年间,大陆动力学领域出现了很多为广大地学界所?#37038;?#30340;重要成果:滑线场、大陆俯冲、变质核杂岩、全球超大陆、板块拆离、陆内变形等新理论的建立和新认识的确认。这些成果合理解?#22303;?#22823;陆内部诸多复杂的地质现象,弥补了板块构造学说的不足。可以预见,随着地球科学的不断发展,板块构造学说?#27493;?#19981;断地得到修正和发展。□

(本文由中国地质调查局油气资源调查中心能源资源调查数据集成与应用项目组供稿)

网站编辑:宫莉

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