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地质构造运动 板块构造学说


                地质构造运动

地质构造运动是指地壳结构改变和地壳物质变位的运动,又称地壳运动或大地构造运动。

对于古代的地壳运动,主要依据沉积场所的特征、构造变形和地层接触关系等地质遗迹来进行推断。构造运动的起源主要有地球收缩说、膨胀说、脉动说等。一般认为是由地幔对流引起的岩石圈板块运动所导致的。

地球内部的能量引起地壳或岩石圈物质的机械运动,表现为岩石层褶皱和断裂,导致岩石发生变位方式的水平运动和升降运动,即所谓的造山运动和造陆运动。构造运动既有缓慢进行的,也有剧烈进行的;既有水平运动,也有升降运动。

研究地壳运动的成因,往往依不同参照物来提出相关理论。比如

.以银道面为参照物研究地壳运动,认为地壳运动是由银心捕获太阳绕其旋转而造成的,地壳的位置变化主要是全球性海陆变迁。

地球形成以后,除陨石降落外,地球的固态物质基本保持不变。地球上有地方隆起,就得有地方凹陷,全球性海陆变迁不是固态地壳的大面积高低变化,而是全球性的海水变化。

地球的北半球向外稍尖而凸出,而南半球向内凹。北极高出球面19米,南极低于球面26米,南北极相差45米。从赤道方向看,地球近似一个“梨”的形状。

高出球面的北极是海水覆盖的北冰洋,而低于球面的南极却是陆地。南极洲的最高峰是文森峰,海拔4897米。这表明北极海平面高于南极近5000米。

在地史中发生过几次全球性海进海退事件,海进时形成海进的沉积建造,产生灰岩,有海生动物化石;海退时形成海退的沉积建造,有煤形成,有陆生动植物化石。

这种海进海退的地壳运动现象是由于地球绕银河中心转动而出现的。由于地球自转并受太阳、月球引力作用而形成潮汐,地球表面的水在引力方向呈高凸出。地球北极的水比南极凸出的高,说明在地球北极方向存在引力要大。不过,地球既在地月系又在太阳系中自转和公转,应该出现北极的水凸变化,但实际上是依旧不变的,视乎说明地球北极方向的引力与地月系和太阳系无关。

由于地轴倾斜于黄道面(夹角66°34′),地球赤道面与黄道面的夹角为23°26′。地球绕太阳公转,在夏至时,北半球距太阳近,受到太阳的引力大;在冬至时,南半球受到的太阳引力大。

.以黄道面为参照物研究地壳运动及成因。这一理论认为地壳运动及其岩石组成的位置变化是由太阳系的起源和演化所致。

地壳运动引起的位置变化有三类:一是地球自转发生的地壳相对黄道面的位置变化;二是地球公转发生的地壳相对黄道面的位置变化;三是地轴倾角变化引起地壳相对黄道面的位置变化。

此外,还可以以地轴为参照物、以地理坐标为参照物描述地壳运动及成因。


              板块构造学说

1965年,科学家运用计算机使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起,加之海底地形、地震位置、火山活动等活跃部位能够连接成带状,于是,"板块构造学说"这一革命性的见解应运而生.

板块构造学说是在“漂移说”的基础上提出来的。

1910年.德国气象学家兼地质学家魏格纳( A.Wegner ) 偶然发现大西洋两岸的轮廓极为相似,于1912年最先提出大陆漂移说。他认为在古生代后期(约三亿年前)的前寒武纪,地球上存在一个泛大陆,相应地也存在一个泛大洋。到中生代早期,联合古陆分裂为南北两大古陆。到了三迭纪末,两个古陆再分离,漂移,相距越来越远,其间由最初一个狭窄海峡,逐渐发展成印度洋、大西洋等巨大的海洋。到了新生代,因为印度板块北漂到亚欧大陆的南缘,二者发生了碰撞,造成青藏高原隆起,形成了喜马拉雅山系,古地中海东部也因之完全消失了;非洲继续向北推进,古地中海西部逐渐缩小到现规模;欧洲南部被挤压成了阿尔卑斯山系;南、北美洲在向西漂移,它们的前缘受到太平洋地壳的挤压,隆起为科迪勒拉-安第斯山系,并在巴拿马地峡处相接;澳大利亚大陆脱离南极洲,向东北漂移到新生代的位置。

魏格纳认为板块漂移形成了地球新生代的基本轮廓。但是,由于他未能正确阐明大陆漂移的动力机制,不能提供大陆拼合的最佳方案,在学术界引起了很大争议。1960年代,海底扩张和板块构造说为大陆漂移说注入了新的生命力,截止2015年,所获得的大量证据表明,魏格纳大陆漂移的基本设想是正确的

1960年代初,美国地震地质学家迪茨(R.Dietz,1961提出了"海底扩张"概念,郝斯(Hess)对此作了深入的研究阐述。他们分析研究了熔岩序列中磁极性转向的年代、深海岩心中剩余磁化转向的深度、以及平行于海洋中脊的线状磁异常区宽度,发现它们都以同样的比率变化规律,认为这是由于扩张海底的地壳从洋中脊迁移而造成的。这一观点得到了古地磁学、地球年代学,以及海洋地质学和地球物理等方面一系列新证据的支持,地学界普遍接受了这个活动论。总的来说,洋底构造是地幔对流的直接反映,洋脊是地幔物质上涌的部位,海沟是地幔物质的下降部位。郝斯认为大洋中脊是地幔对流上升的地方,地幔物质从这里涌出,太平洋周围分布的岛屿、海沟、边缘山脉以及火山、地震就是这样形成的。

1968年,剑桥大学的麦肯齐(D.P.Mckenzin)和派克(R.L.Parker),普林斯顿大学的摩根W.J.Morgan)和拉蒙特观测所的勒皮雄(X.Lepichon)等人联合提出了新的大陆漂移说:板块构造学说,它是海底扩张学说的具体引伸。

按照板块学说,被称为环太平洋带的太平洋板块周围,大地震、深源地震和火山活动十分活跃;印度洋板块与亚欧板块间的碰撞,形成了喜马拉雅山脉和西藏高原。在大陆板块彼此碰撞汇聚板块边界,形成了大陆与大陆间的冲突带,也造成了大褶皱山脉。

   

板块构造理论强调板块的大规模水平运动,其产生、生长、消亡可以定量预测。全球被划分为亚欧板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块和南极板块等6大板块,其间还有一些小板块,如可可板块、智利板块等。

板块边界是地壳极不稳定的地带,地震几乎全部分布在板块的边界上,火山也特别多在边界附近,其它如张裂、岩浆上升、热流增高、大规模的水平错动等,也多发生在边界线上。地壳俯冲是碰撞边界划分的重要标志之一。

板块即岩石圈板块,板块构造又叫全球大地构造。板块构造学说认为岩石圈的构造单元是板块,构造发生在整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部(软流圈以上),大陆只是传送带上的"乘客"。板块的边界是洋中脊、转换断层、俯冲带和地缝合线。由于地幔的对流,板块在洋中脊分离、扩大,在俯冲带和地缝合线处下冲、消失。

但是,板块的驱动机制仍然是一个困惑。尽管已经提出了各种可能的设想,如地幔对流,板块自大洋中脊向外推动,海沟的牵引作用,地幔的拖曳力作用以及重力影响下从中脊向两侧的下滑作用等,至今还不能确定到底是什么力量在驱使板块运动?它关系到板块构造学说最终的成败。板块构造学说认为岩石圈板块的水平运动是地壳的主要构造机制,如果真是如此,就全然不能解释整个大陆或其某一部分的隆起和拗陷等地质地理状况。

现在,很多学者认为板块构造学说应该同时考虑水平运动与垂直运动,板块学说提出了不少质疑:

①.原来的地壳哪里去了?依据板块学说绘制的板块生长与消亡图,大西洋和印度洋向东西两侧扩张,大西洋的南部由中脊向东扩张3000多千米,印度洋向西扩张3000多千米,二者原来共有的6000多千米宽的地壳到哪里去了?

②.印度洋和太平洋向南扩张,使南极洲板块移动到现在的南极位置,那么原来的南极洲地壳那里去了?另外,印度洋海脊为字型,北部海脊为南北向,并且还有两条次级南北向海脊并行分布,如果由海脊向两侧扩张,印度洋北部应该向东西向扩张,怎么会向北与欧亚板块相撞?哪来的青藏高原隆起?

③.海底地形与海底扩张不吻合。板块学说的观点是:大洋地壳是由大洋中脊向两侧扩张而形成的,已经形成的大洋海脊地形不会消失,随着大洋海脊向两侧扩张而向两侧移动。但是,海底地图显示大洋中脊两侧是大洋盆地,板块说不能提供形成机制。

④.大西洋中脊与印度洋中脊呈型连接,这两条大洋中脊向外扩张的方向是对抗的,怎么扩张?印度洋的大洋中脊呈字型连接,向外扩张的方向也存在对抗怎么向外扩张?

⑤.大西洋海底存在两条海沟,其中波多黎角海沟长约1550千米,均宽120公里,最深处达9219米;新赫布里底海沟长约1200千米,均宽70千米,最深9174。按照板块学说大洋板块由大洋中脊诞生,然后向两侧扩张增生,在海沟处俯冲到大陆板块下消亡。那么,对于大西洋的这两条海沟如何解释?

⑥.板块学说的动因机制是热对流,那么在两条大洋中脊交汇处如何对流?如果对流的热能来源于放射性元素蜕变,问题是这么多的放射性元素是哪里来的?放射性元素矿床一般含放射性元素高的岩石,蜕变产生的热量形成岩浆才能出现对流,但是从大洋中脊喷出的岩浆中发现蜕变元素的情况尚无报道,哪来的放射性元素蜕变热源说?

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