板块构造理论及其发展：解密地球的谜团

2023-08-11 理论教育版权反馈

【摘要】：板块构造说提出后，又被许多科学家不断予以完善。现代地球科学以板块构造学说的建立为标志，进入了新的理论发展时期。由于板块构造学说的发展，一些被视为不解之谜的许多地球活动现象得到了解释。板块构造学说证实了魏格纳提出的“大陆漂移说”的正确性，很长时间里不能解决的“大陆漂移”原动力问题，凭借板块运动理论迎刃而解。

板块构造理论的形成，是在大陆漂移学说、海底扩张学说的基础上发展起来的，也是科学技术不断进步的结果。

（一）大陆漂移学说

1915年魏格纳出版了《大陆和海洋的起源》一书，书中提出了系统的大陆漂移学说。魏格纳观察到非洲西海岸的轮廓与南美洲东海岸的轮廓非常相似，他以古气候、古冰川、古生物以及地质构造和大洋两侧的岩石相吻合等依据，提出今天所知的南北美洲大陆、非洲大陆、欧亚大陆、南极大陆等是由大约23亿年前的一块“超级大陆”分裂，经过漫长岁月的移动最终形成的。也就是说，今天的大陆是在地质历史中大规模的水平移动造成的。这一学说与传统的大陆固定论针锋相对，轰动一时。但由于魏格纳未能提出一个真正使人信服的漂移机理，以及该假说中存在的一些矛盾和缺陷，使这一假说一度遭到冷落。

（二）海底扩张学说

20世纪50年代以后，由于现代科学技术特别是海洋探测技术的飞速发展，地球科学家们从陆地转向海洋，开始了对海洋盆地以及洋底岩石学的研究。科学家逐渐揭示出洋底的基本面貌，如发现了全球性的洋脊系统和洋底离大洋中脊越远的火山岛年龄就越老的现象。1960—1962年间，美国地质学家赫斯（H.Hess）和迪茨（R.S.Dietz）提出了“海底扩张说”，这个学说以地幔对流说为基础，认为地球内部的地幔物质在大洋中部上涌，向两边溢流，并推开旧有的洋底物质逐渐向两侧对称地扩张，形成新的洋底，旧的洋壳则在大洋两侧海沟处俯冲入地幔深处消失。这就解释了大陆漂移的机制，是大陆漂移学说的重要发展。同时，古地磁的研究成果也提供了重要的证据，科学家发现大洋中部两侧存在着相间排列的磁异常条带，有证据说明大陆或海底的位置是经历过相对移动的。

（三）板块构造学说

1968年，法国地质学家勒·皮雄（X.L.Pichon，1937年—）等结合当时已经发现的诸多新的地质现象，把大陆漂移和海底扩张的概念发展成为著名的“板块构造说”。板块构造说提出后，又被许多科学家不断予以完善。现代地球科学以板块构造学说的建立为标志，进入了新的理论发展时期。

板块构造学说的基本观点是：

1.岩石圈板块是在软流圈上滑动的

地球内部圈层的最上部沿垂直方向可划分为两层：上层是坚硬的岩石圈（包括地壳和上地幔一部分），其下部为部分熔融的软流圈。岩石圈分为若干个刚性板块，每一个板块都“浮”在软流圈之上，这样岩石圈板块就可以在软流圈上滑动，大陆漂移实际上就是板块滑动的结果。这些板块以每年1～10 cm的速度在移动。

2.地球的岩石圈划分为六大板块

岩石圈分为若干个板块，各个板块可以不断移动相互挤压，而各个板块内部则相对比较稳定。全球岩石圈可以划分为六大板块（图5-2-4）：亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块、南极洲板块和太平洋板块。岩石圈板块的厚度一般是70～100 km，在洋中脊其厚度不足10 km。

3.地球板块之间在相互运动

相对于比较稳定的板块内部，板块与板块之间在不断活动。板块相对移动而发生的张裂或彼此碰撞，形成了地球表面的基本面貌。今天地球表面所看到的深谷或隆起的高山，都与板块运动密切相关。

板块与板块在相互运动中可以分为三种状态（见图5-2-5）：

（1）彼此远离的分离型板块

这是由于板块张裂、彼此远离形成的，造成了裂谷或海洋，如东非大裂谷和大西洋就是这样形成的，大洋底部的海岭就是分离型板块的边界。

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图5-2-4　地球板块构造

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图5-2-5　地球板块之间的运动

1.汇聚型2.分离型3.转换型

（2）彼此接近的汇聚型板块

这是由于板块相撞、挤压造成的。如果是大洋板块和大陆板块相撞，大洋板块较薄，便俯冲到大陆板块之下，两者之间形成海沟，这是海洋中最深的地方；而大陆板块则上拱隆起，成为岛弧和海岸山脉。例如太平洋西部边缘的深海沟——岛弧链是太平洋板块与亚欧板块相撞形成的。如果是两个大陆板块彼此碰撞，汇聚型板块边界就成为大陆与大陆间的冲突带，有可能形成巨大的山脉，例如喜马拉雅山脉就是亚欧板块和印度洋板块碰撞产生的。

（3）彼此交错的转换型板块

边界两侧的板块相互移动交错，最具代表性的是沿北美大陆西海岸分布的圣安德烈斯断层，这是在太平洋板块和北美大陆板块间形成的。

4.板块作用的驱动力是地幔对流作用

地幔对流体存在于岩石圈之下，对流体上升的地区正对应着大洋的海岭，在对流体的作用下，海底岩石受力破裂，地幔物质上升到达顶部冷却凝结而形成海岭，以后继续上升的地幔物质从海岭顶部的巨大开裂处涌出，形成新的大洋地壳，又把早先形成的大洋地壳以每年几厘米的速度推向两边，使海底不断更新和扩张。地幔对流体汇聚处往往对应着扩张的大洋地壳遇到大陆地壳处，大洋地壳便俯冲到大陆地壳之下的地幔中，逐渐熔化消亡。海沟和岛弧就对应着大洋板块下沉消融的地方。

根据海底扩张和板块构造理论，今天的大洋盆地是由海底扩张作用而诞生的，海洋中由于洋壳分裂，地幔物质涌出，会形成新的大洋壳，因此，洋壳是不断更新的，不会有比2亿年更古老的大面积海底。而地球上的大陆则形成久远，最古老的陆地年龄在37亿年以上。大陆表面可以破裂变形，可以移动聚合，但不会消亡。

由于板块构造学说的发展，一些被视为不解之谜的许多地球活动现象得到了解释。板块构造学说证实了魏格纳提出的“大陆漂移说”的正确性，很长时间里不能解决的“大陆漂移”原动力问题，凭借板块运动理论迎刃而解。同时位于“环太平洋带”上的大地震和火山活动等十分活跃的现象，也可以用太平洋板块与周围板块的相互作用得到解释。

然而，板块构造学说并没有搞清所有的地球活动，它证实的只是历经46亿年的地球历史中最近2亿年的事实，此前的地球活动人类仍然不清楚，而且导致板块运动的地幔深处的活动，还需要进一步的观测与研究。

板块构造理论及其发展：解密地球的谜团

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