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从大陆漂移到板块构造：人类对地球认知的不断进步
上传时间：2024-08-13 15:23 来源：河北省地矿局
作者：河北省地矿局
简介:
1.被人遗忘的大陆漂移 在德国地质学家阿尔弗雷德·魏格纳发表《大陆的生成》和《海陆的起源》，提出大陆漂移学说的1910年代，几乎没有人相信地球坚硬的表面会发生大规模的水平运动，以垂直运动为主要主张的固定论占据地学的主流。
1.被人遗忘的大陆漂移
在德国地质学家阿尔弗雷德·魏格纳发表《大陆的生成》和《海陆的起源》，提出大陆漂移学说的1910年代，几乎没有人相信地球坚硬的表面会发生大规模的水平运动，以垂直运动为主要主张的固定论占据地学的主流。
魏格纳的理论有大量的地层、构造、化石以及古地貌遗迹等间接证据支持，但相信他的人仍然寥寥无几，究其原因主要有二：
第一，“大陆漂移”缺乏具有说服力的直接证据。魏格纳一生都在试图用测量手段证明大陆漂移，但在精确的大地测量还属于科幻的20世纪初期，要说服人们相信大陆每年都在漂移无异于痴人说梦。现在我们知道，板块之间的移动每年以厘米计算，而魏格纳给出的估算数值实在是太大了——他认为格陵兰岛每年漂移的速度在1米左右，这让人们很难相信他的观点。
第二，“大陆漂移”缺乏力学机制的支持。魏格纳认为，较轻的硅铝层漂浮在深部较重的熔融状硅镁层上运动。同样的，这个理论也无法被证明真实。退一步说，即使这种运动真的发生，那么导致它发生的原因是什么，这也是一个无法回答的问题。
硅铝层与硅镁层
魏格纳穷尽毕生的精力也没能说服人们相信他的观点，最后在50岁时不幸在格陵兰科学考察时遇难。在他去世后，直至二战结束前，大陆漂移理论再也没有引起学术界的喧嚣，完全沉寂了下来。
魏格纳和他的爱斯基摩向导罗姆斯·威廉，两人在1930年11月试图穿越格陵兰时失踪，八个月后人们才找到魏格纳的遗体
2.焕发青春的海底扩张
如果魏格纳能够看到1960年代后的世界，他一定会感到惊异和欣慰。人们不仅不再用嘲讽的态度看待移动论，而且彻底相信地质体的水平运动是固体地球表层宏观运动的基础。从二十世纪初被冷落甚至奚落的“大陆漂移”，到二十世纪中后期成为主流的“板块构造”，这几十年来发生的翻天覆地的变化，被人们称为“地学革命”。
究竟发生了什么，让我们看待地球运动的方式和过去如此不同？
二战期间，由于反潜的需要，海洋探测技术突飞猛进。二战后，这些技术被用作科研，给地球科学带来了革命性的变化。
执行深海钻探计划的格罗玛·挑战者号钻探船
有几个关于洋底的有趣发现——
第一个是海底岩石的磁异常平行于洋中脊，呈条带状，像斑马线一样分布。1963年，E.J.瓦因和D.马修斯提出，由于在岩浆冷凝至居里温度时能够俘获当时地球磁场的磁性，因此在洋底的磁异常条带实际上是对地磁倒转现象的记录过程，只有在大洋地壳发生扩张时，这种现象才能够出现。
洋底的磁异常条带，如同斑马线一样分布，反应了地质历史上地球磁场的倒转现象
第二个海底的岩浆岩具有越靠近洋中脊越新，越靠近大陆架越老的规律，并且最老不超过两亿年（与之相对应，大陆地壳年龄最老可达三十亿年以上）。1968年开始的美国深海钻探计划数据与此吻合，显示洋底沉积物也具有越靠近洋中脊越新的特征。
洋底岩浆岩年龄，靠近大陆老，靠近洋中脊新
第三，1965年，J.T.威尔逊根据横切洋中脊的断裂带，具有调节两侧洋中脊轴部向两侧扩张的特点，提出转换断层的概念，解释了大洋中脊的扩张与伴随其扩张出现的垂向差异运动。
大西洋中脊及两侧的转换断层
这几个发现彻底改变了人们对地壳的认知，由此得出了海底正在不断扩张的结论。
3一统天下的板块构造
海底扩张解释了大陆漂移，使魏格纳的学说再次引起了人们的重视。由于玄武质的大洋地壳较沉，在遇到花岗质的大陆地壳后，会产生碰撞与俯冲，这就为全球性的地壳运动提出了解释。
这种解释，最终演变成为了我们今天所谓的“板块构造学说”。
经典的板块构造演示图
经典的板块构造现在已经成为地球科学教科书中必须要给予重点介绍的理论了。在入门级的书籍里，它甚至可能是关于大地构造学说的唯一观点。
它的理论框架概括说来有以下几点：
一、固体地球的圈层垂向上分为弹黏性的岩石圈和黏性的软流圈，岩石圈在软流圈上做相对运动。由于有相应的地球物理（主要是地震波）证据存在，这种理论显然比魏格纳的硅铝层在硅镁层上部运动更能说服人。
二、岩石圈分为几个刚性的板块，板块之间相互作用，这种作用决定了地球固体表层的基本构造格局。
最初划分出来的六大板块，目前认为有上百个小板块存在
三、板块边界分成离散型（增生）、汇聚型（俯冲、碰撞）和平移剪切型（转换）几种。
经典板块理论中的俯冲带——贝尼奥夫带
四、板块在离散型边界的扩张增生得到汇聚型边界俯冲消亡的补偿，因此地球体积保持不变。
板块构造学说第一次将全球范围内的宏观构造格架和至少上溯至中生代的数亿年地质历史进行了有效解释，是人类智慧的结晶。
4.后记
从大陆漂移到板块构造，地质学家推动科学进步，使人类彻底重新认识了自己脚下的大地和自己居住的星球。
然而我们不能忘记，地球是一个半径约为6400公里的天体。今天，人类最直接地了解地球内部的手段——钻探，普遍只能进行千米级别的钻进。即便是超深钻，其进尺也只能达到万米左右。
前苏联著名的科拉超深钻，钻进达12262米
1万米vs6400公里，对地球来说，这甚至连表皮都没有穿透。今天，我们了解深部地球的主要方式是靠地震波等地球物理手段，推测为主、精度有限。地下深处，我们的地球本身，仍然有太多太多的未解之谜，正等待着地质学家去探索、去发现。
未来，还会有什么样的地球科学进步，让我们拭目以待。
编辑：张希阳
校对：张 凡
审核：陈 萍
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