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第14章 海陆变迁的学说

大陆漂移说

我们的地球有两个差别最显著的地形,这就是大陆和海洋。其中大陆占地球表面积约29%,海洋则占71%左右。那么,地球上的大陆是从哪儿来的呢?也就是说,地球为什么会有海陆之分?

大多数人认为,地球在形成的初期,各地的高度基本上差不多,没有明显的海陆之分。而且由于早期的地球相对比较炽热,因此,它只有一层薄薄的外壳,在壳层的外面是一层覆盖全球的水层。也就是说,那时的地球有着一个遍布全球的海洋。

后来,随着时间的推移,地球不断地冷却,并且引起一定程度的收缩。而收缩的结果,便使地球表面产生了凹凸,这就像干缩了的苹果,表面会出现凹凸不平的褶皱。收缩还会使本来并不坚固的硬壳发生破裂。于是,地球内部熔融的岩浆便沿着裂缝喷涌而出。天长日久,这些喷发出来的岩浆越堆越高,终于成为高出原始海洋的火山岛。根据目前已知的最古老岩石的分布,最初的陆岛大概分布在今天的澳洲西部、格陵兰西部和非洲南部等地。

陆岛出现后,导致风化、侵蚀作用的加剧。那些被风化、侵蚀下来的碎屑物质,被搬运到陆岛的周围沉积下来,形成早期的沉积层。后来随着地壳的演变,沧海变为桑田。这些早期的沉积层也被抬升出海面,使陆岛面积不断得到扩大。其中一些相邻不远的陆岛,由于不断扩大,最终拼接成一块较大的陆地。

当然,陆地的形成并不都是朝着由小而大的方向发展的。有些较大的陆地,有时也会因地球的演变而碎裂成若干小块。有些甚至因受到巨大陨石的猛烈轰击,转化成为一个深陷的凹坑,重新被海水淹没。

特别是板块运动发生以后,陆地和陆地之间会因漂移、碰撞而连接成为一体,如印度次大陆,就是通过这样的作用和亚洲大陆拼接在一起的。相反,有的大陆也会因破裂、漂移而演变成今天这个样子。

应该指出的是,上面关于大陆形成的观点,并不是唯一的用于解释大陆起源的理论。随着人类宇宙探测活动的开展,现在人们从其他天体的地质现象获得了许多新的启示。特别是从宇宙天体中广泛存在的巨大陨石坑来看,使有些研究者不禁认为:也许海陆的形成并不像前面那样说的,海洋是原始的,大陆是后生的;而更有可能的是大陆原来就有的,海洋则是由巨大陨石撞击后形成的陨石坑而发展来的。

大陆漂移说德国科学家魏格纳通过观察地图发现,非洲大陆、美洲大陆轮廓非常相似,几乎可以拼合起来,由此产生一个大胆的假想:地球上原先可能是一整块陆地,后来被“撕裂”才“漂移”到现在的位置。这一提法引出海陆变迁研究热潮。

大陆漂移学说是解释地壳运动、海陆分布及其演变规律的观点。第一次全面、系统地论述大陆漂移假说的是德国气象学家和地球物理学家魏格纳。魏格纳认为:较轻的硅铝质大陆块就像一座冰山浮在较重的硅镁层之上,并在其上发生漂移;全世界的大陆在古生代晚期曾连接成一体,称为“联合古大陆”或“泛大陆”,围绕其周围的广阔海洋称为“泛大洋”。然而由于某种作用力的影响,自中生代开始,泛大陆逐渐破裂、分离、漂移,形成现代海陆分布的格局。

培根在其著作《新工具》(1620年)中就曾认为这不会是巧合。在追寻原因的过程中,宗教神秘的影响一度盛行。普莱斯特主张美洲与欧洲和非洲曾经是连在一起的,诺亚时期的大洪水使其裂开。德国地理学家洪堡认为,大西洋原是一条大河谷,诺亚方舟就航行其上。

19世纪中叶以来,对这个问题的思考就不再是笼统而神秘的了。地质学家斯奈德在其著作《地球形状及其奥秘》中,第一次用地质资料,即植物化石的相似性,论证两岸曾经连在一起,并绘出第一张大西洋周围大陆的复原图。因为这些化石是3亿年前的,这意味着大西洋东西两大陆在3亿年前还是合在一起的。

由于从地理分布上看,大部分大陆和大洋是对称的,格林认为理想的古陆应分布在四面体的四个角上,于是设想了一个地球古大陆四角分布的假说(1875年)。

在19世纪末,地质学界对南半球各大陆之间的关系进行了广泛的讨论。地质学家休斯(1831~1914)在其著作《地球面貌》(1885~1909年)中,根据南半球大陆的岩层和生物化石的相似性,设想它们原为统一的大陆,称之为冈瓦纳大陆。这样就产生了大陆漂移的思想,泰勒(1860~1938年)在其论文《第三纪山带对地壳起源的意义》(1910年)中提出大陆漂移的观点。这种大西洋两岸的可拼合性,也为贝克(H.B.Baker)注意,他在1911~1928年间发表了一系列论文,用大西洋两岸山脉构造可拼接起来的事实,论证大陆曾经发生过漂移,并绘出大陆拼合图。

对大陆漂移作出深刻而又详细论证的是魏格纳(1880~1936),他先发表了他的2次讲演《根据地球物理学论地壳(大陆和海洋)的形成》(1912年)和《大陆的水平位移》(1912年),后来出版著作《海陆的起源》(1915年),1920年及1922年两次修订,系统地论述了他那著名的“大陆漂移说”。他运用取自地球物理学、地质学、古生物学、古气候学以及大地测量学等各方面的论据,详细论述了他设想的大陆漂移过程。在魏格纳看来,大陆漂移的大格局是“大陆块移向赤道和向西漂移”,并且认为其动力“可以归结为两种分力”。

魏格纳在其1912年的论文中,设想全球的大陆曾经都连在一起,称之为“联合古陆”,是一个单一的巨大陆块。但他在标明边界时,把这一古大陆的很多部位标为浅海。他对这一联合古陆的成因也作了一些推测。在这种思想的指导下,他给出了联合古陆破裂、漂移过程的图示。

魏格纳的“大陆漂移说”虽然有其信徒,但由于证据不完善,特别是漂移动因的不可靠而未被大多数研究者接受,甚至被认为是不可思议的设想,而作为神话故事看待。在大陆漂移说的这种境遇下,杜托特(1878~1948)的著作《我们漂移的大陆》(1937年)的出版是一个重要的例外。他把目前的大陆综括为2大类,提出“两个原始大陆”的设想。杜托特认为这两个古大陆原在两极处形成。以后逐渐破裂,并可能生长,一部分漂移到现在大陆块的位置,并以图标示其设想。在南极的古陆他沿用休斯的名称,称为冈瓦纳古陆;在北极的古陆,他称之为劳亚古陆。冈瓦纳古陆包括现今的南美洲、非洲、阿拉伯半岛、斯里兰卡岛、印度半岛、南极洲、澳大利亚和新西兰。劳亚古陆是亚洲和北美洲的联合体,由几个古老的陆块合并而成,它们包括北美陆块、古欧陆块、古西伯利亚陆块和中国陆块,由活动的海槽和大洋分隔,经靠拢碰撞连接成一个整体。

海底扩张说

20世纪60年代初,美国地质学家赫斯和迪茨首先提出了海底扩张学说。这一学说认为:大洋中脊轴部是地幔物质上升的涌出口,这些上升的地幔物质冷凝形成新的洋壳,并推动先形成的洋底逐渐向两侧对称扩张;随着热地幔物质源源不断地上升,先形成的老洋底也就不停地向大洋两边推移,并以每年几厘米的速度扩张。

由于洋底地质探查获得的资料,对大陆漂移提供了新的认识而提出海底扩张说。

洋底勘察表明三大洋都存在近南北向的洋中脊,而且普遍存在近东西走向的切断洋脊并显著错移开的转换断层,还有大洋边缘的海沟。海洋资料还表明洋壳与陆壳的明显差异,洋壳厚度一般在50~70千米,而陆壳则一般厚100~140千米,并且洋壳远比陆壳年轻,主要是第三纪和第四纪的岩山,即形成时间不足1亿年。

根据这些经验资料,20世纪60年代以来,人们倾向认为,大洋中脊轴下面曾经发生过大量岩浆上涌而形成新洋壳,并向中脊两侧扩张。这可以得出海底扩张推动大陆漂移的结论。

海底扩张说“海底扩张”这一术语是迪茨在其论文扩张说的首创者,因为正是他的论文《大洋盆地的历史》(1962年)引起人们对该学说的重视。

赫斯主张,海底沿洋中脊的顶部张裂开,新的海底在这里形成,并向洋脊顶的两侧扩张,大陆不是作为独立体系运动的,而是与海底连在一起并随其一起在软流圈上运动。迪茨与霍尔登合作,依海底扩张和板块运动解释2亿年前的联合古陆及其解体移动过程时(1970年),给出新的图示。

板块构造学说

板块构造学说是当代最有影响的全球构造理论,它归纳了大陆漂移学说和海底扩张学说所取得的重要成果,其基本思想是:地球上部的刚性岩石圈在下垫的塑性软流层上做大规模漂浮;刚性的岩石圈又分为若干大小不一的板块;板块内部是相对稳定的,而边缘则是强烈的构造活动地带;板块之间的相互作用从根本上控制着各种地质作用的过程,同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。

板块构造学说把地球分成了6大板块:太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、美洲板块、南极洲板块和印度—澳大利亚板块。此后,在上述六大板块的基础上,人们将原来的美洲板块进一步划分为南美板块、北美板块及两者之间的加勒比板块;在原来的太平洋板块西侧划分出菲律宾板块;在非洲板块东北部划分出阿拉伯板块;在东太平洋中隆以东与秘鲁—智利海沟及中美洲之间(原属南极洲板块)划分出纳兹卡板块和可可板块。

板块运动机制是引起板块运动的原因,但这一机制始终是尚未解决的难题。一般认为,板块运动的驱动力来自地球内部,可能由地幔中的物质对流引起。新生的洋壳不断离开大洋中脊向两侧扩张,在海沟处,大部分洋壳变冷变致密,沿板块俯冲带潜没于地幔之中。但由于地幔对流学说仍存在许多无法说明的疑问,因此有些人不赞成将地幔对流当做板块运动的驱动机制。总体而言,板块构造学深刻地解释了地震、火山、地磁、岩浆活动、造山运动等地质作用和现象,阐明了全球性的大洋中脊、裂谷系、大陆漂移、洋壳起源等重大问题,更新了地质学中的许多概念,是地球科学领域中的一场革命。

位于中国西南边界处、青藏高原南部边缘的喜马拉雅山脉是现在世界上最高的山脉,其平均海拔高度超过6000米,且每年仍在以几至十几毫米的速度上升着。其主峰珠穆朗玛峰位于中国和尼泊尔两国边界上,根据2005年5月测量的最新数据,海拔高度为8844.43米。

中国有个成语叫“沧海桑田”,它反映了地球表面形态发生的巨大变化,反映了海洋和陆地这两种状态之间的相互转换,而这种变化在喜马拉雅山脉地区就表现得非常典型。

按照板块构造学说的理论,喜马拉雅山脉的形成是板块之间碰撞、挤压的结果。远古时代,青藏高原地区曾经被浩瀚的古地中海所覆盖。在地质历史年代的第三纪早期(距今约7000万年前),南方来的印度洋板块向北,与我们所在的亚欧板块相撞,碰到了一起。两者的相互挤压,使这里的地壳开始向上抬升,海水逐渐向西退去。海洋逐渐消失,陆地逐渐形成。岁月如梭,两个板块的相互挤压和碰撞虽然缓慢,但却持续不断地进行着。

到了第三纪晚期(距今约300万年前),发生了地质历史上的一次较大规模的地壳运动,叫做喜马拉雅运动。印度洋板块从雅鲁藏布江一线附近处向亚欧板块下俯冲。在此过程中,强大的挤压作用使亚欧板块一侧发生较大面积的整体抬升,大致就形成了今天我们所看到的“世界屋脊”——青藏高原。高原上部的岩层在挤压力的作用下,弯曲、重叠,向上隆起,形成了高大的喜马拉雅山脉及其他高原上众多的山脉。

1964年,我国的登山队员在喜马拉雅山脉希夏邦马峰山麓海拔4300米的地方,发现了身长超过10米,世界上最大的鱼龙化石。这证明今天白雪皑皑、雄伟多姿的喜马拉雅山一带,曾经是东西横亘、波涛万顷的古地中海的一部分。

有科学事实证明,喜马拉雅山从一片汪洋横空出世以后,一直在不断地上升,然而成为今天的世界屋脊却是在最近1万~2万年地壳运动的结果。科学家认为这里的上升速度是1亿年以来为0.04厘米/年,50万年以来为0.2厘米/年,10万年以来为1~1.5厘米/年,7000年以来达到4~7厘米/年。有人根据印度板块的漂移速度计算出喜马拉雅山目前正在以1~2厘米/年的速度上升着。建国后,我国测量工作者在西藏高原东部进行过重复水准测量,测得那里的上升速度为0.5~1厘米/年。科学家们断定,只要印度板的向北漂移俯冲运动不停止,喜马拉雅山的这种上升运动亦不会止息。

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