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第3章 关于地球的常识(3)

华力西运动使位在欧洲和非洲之间的地槽、东欧地台和西伯利亚地台之间的乌拉尔地槽、西伯利亚、中亚和中国地台之间的广大地槽区、北美东缘的阿巴拉契亚地槽等都转化成褶皱山系,海水退出,使世界上最大的大陆——欧亚大陆连成一片。南半球大陆,随着周边地槽发展的结束,在晚古生代末期也有所扩大。

5大陆漂移和潘加亚大陆形成

大陆形成以后,它们的位置有没有发生过移动?就是说稳定地台除了存在差异性的升降运动(表现为海水的进退)以外,是不是还有大规模的水平位移?对待这个问题,地学界历来有两种截然对立的观点:

一种观点认为,大陆在地史时期只有面积的增大和缩小,位置没有发生过明显的水平方向的移动。这种观点叫做固定论。

另一种观点认为,被断裂分割成块的岩石圈曾经在软流圈上发生过大规模的水平运动,结果大陆块一再分裂和重新拼合,并且在这个过程中不断增大。这种观点叫做活动论。

按照活动论的观点,古生代开始的时候,在古欧洲和古北美洲之间曾经有过一个古大西洋。古大西洋的宽度虽然不得而知,但是至少它曾经阻隔了两边生物的沟通,看来宽度是不小的。古生代开始以后,古欧洲和古美洲两个陆块逐渐接近,到志留纪时期才碰在一起。相碰的力量引起了加里东运动。

类似的情况也发生在古欧洲和古非洲、古欧洲和古亚洲、古西伯利亚和古中国之间。到古生代末期,全球大陆块达到最大程度的互相接近。

以上的推测是根据近几十年来海洋地质和地球物理的研究所提出来的板块构造理论引申的。对于古生代时期大陆是否发生过大规模水平移动的问題,虽然还有少数学者仍然持怀疑态度,但是已经有不少地质、古生物、古地理和古地磁方面的证据支持这种推测。

在古生代末期,全球大陆块达到最大程度的相互接近,这就形成了全球的统一大陆,叫做潘加亚大陆。“潘加亚”一词是由魏格纳提出来的,潘加亚大陆意思是泛大陆。

潘加亚大陆的北半球部分,叫做劳亚大陆。“劳亚”是加拿大东南部一个地名劳伦斯和亚洲的缩合词。劳亚大陆也叫北方大陆,范围包括北美大陆和欧亚大陆(除印度和阿拉伯半岛)。

潘加亚大陆的南半球部分,叫做冈瓦纳大陆。“冈瓦纳”是印度中部一个地名。冈瓦纳大陆也叫南方大陆,范围包括南美洲、非洲、澳大利亚和印度半岛。

下面的图就是冈瓦纳大陆图。这是根据现在南半球相互分开的各大陆拼合成的。图中虚线所圈定的范围是根据各地石炭纪晚期和二叠纪早期的冰碛恢复出来的古大陆冰盖的位置,箭头的指向是根据冰碛的研究所确定的古冰流的方向。大家看到它们刚好从冰盖的中心指向边缘,这进一步说明,把大陆按照如图的方案拼合起来是合理的。更有意思的是,南美冰碛中的某些砾石竟来自远在几千里之外的非洲的西南部,如果这两个大陆不曾互相毗邻的话,这个事实简直就无法解释了。

冈瓦纳大陆的冰盖复原图

在劳亚和冈瓦纳两古陆之间,有一个朝右方开口的三角区,这里是古地中海,叫做特提斯海。图上其他广阔的海域都是古太平洋。

从以上所说不难看出,古生代时期大陆岩石圈演变的总趋势是继续扩大和连成一片。大陆的扩大主要是通过位于它边缘的地槽转化成褶皱带的过程实现的。古生代的褶皱带主要就是前期的加里东褶皱带和后期的华力西褶皱带。

到了古生代末期,大陆的总面积已经跟今天地球上的大陆总面积相差无几了。

(三)中生代时期

1中生代时期的划分

中生代从距今23亿年开始,延续的时间大约16亿年,到距今6700万年结束。它处在古生代和新生代之间,所以叫它中生代。

中生代划分成3个纪:三叠、侏罗和白垩。

三叠纪这个名称是因为它的标准剖面在德国分做上、中、下3个部分而确定的。

“侏罗”这个名称来自法国瑞士间的侏罗山。

白垩纪是因欧洲这一时期的地层主要是白垩沉积而得名的。

三叠纪结束、侏罗纪开始的时间是距今195亿年,侏罗纪结束、自垩纪开始的时间是距今137亿年。

2超级大陆的解体

中生代开始以后,在地球史发展中出现了新的转折。

从前面的章节我们知道,古生代岩石圈演变的总趋势是稳定的地台区阶段性地扩大,而且在古生代末期,稳定的大陆连成了一片,形成了所谓潘加亚古陆——一个超级大陆。

可是到了中生代,潘加亚古陆又逐步解体了,各个陆块渐渐趋向于漂移到现代所处的位置。岩石圈又经历了一系列重要的变动。

中生代开始经二三千万年,到了三叠纪末期,在北美、南美之间和欧亚、非洲之间发生了分裂,此外,在南部的几个陆块之间也发生了裂缝,开始互相移开。

又过了五六千万年,到了侏罗纪晚期,各陆块进一步分裂。最值得注意的情况是,在北美和欧亚大陆之间、南美和非洲之间产生了一条大体上是南北方向的巨大裂隙,陆块向两边移开,海水浸进去。这就是以后的大西洋。

3海底扩张和环太平洋火圈形成

上面我们谈到中生代开始以后统一大陆的解体,后来又介绍了板块构造理论是怎样解释这个现象的。现在让我们来看一看,岩石圈板块发生大规模水平运动的时候在大陆边缘和内部引起了什么样的地质作用。

潘加亚大陆解体之后,先是出现了狭窄的大西洋和印度洋,以后这两个新生的大洋面积不断扩大,而原来统一的大洋——古太平洋的面积却不断缩小,好像环绕太平洋东西两侧的大陆一齐向着它挤过去似的。这就使位在古太平洋周围的大陆边缘发生强烈的火山和岩浆活动、沉积和随后的造山作用,这就是地学界科学家们早已密切注意的环太平洋构造带,也是世界上重要的成矿带。

环太平洋的大陆边缘发生强烈活动

的原因解释示意图为什么偏偏在环太平洋的大陆边缘上发生这样强烈的活动呢?下面用几张图来解释一下:

A图的左边表示的是古太平洋的一部分,右边是古美洲大陆的西缘,时代属晚古生代时期,距今大约25亿年以前。从图上可以看出,那时的古美洲西缘是平静的,只有厚度不大的从古大陆剥蚀来的沉积物(带点的区域)。

B图表示的是中生代的三叠、侏罗纪时期,距今大约2亿年的情况。这时大洋岩石圈(虚线的区域)下插到大陆岩石圈之下,也就是发生了所谓俯冲的作用。俯冲引起了发生在大陆边缘的一系列重要现象。

第一,在大洋岩石圈开始下弯的部位产生了一条古海沟。

第二,在下插大洋岩石圈的上部生成了岩浆,岩浆的运动用弯曲的箭头来表示;由于岩浆的上升,在曲折的海岸线之外形成了成串的现象。

第三,下插大洋岩石圈所引起的水平方向的压力使早先在大陆边缘形成的沉积层发生褶曲,并且在地表产生一列山脉。

C图表示的是事件进一步发展以后的情况。大家看到,在原来成串岛弧(火山岛屿)分布的区域又形成了一列雄伟的山脉。这是发生在白垩纪早期的事情,距今大约1亿年。在新旧两排山脉之间可能有残留的海水。从弯曲箭头所代表的岩浆发生源的位置来判断,新的火山将向东移动一段距离。

上面所说的俯冲作用一直持续到今天,雄踞在美洲西岸的落基山和安第斯山就是这一作用的产物。

以上叙述的过程虽然举的是太平洋西岸的例子,但是大体上可以代表整个环太平洋带的情況。我国的东部,包括贺兰山、六盘山、四川西部、云南东部诸山一线以东的广大地区,都处在环太平洋带作用的影响之下。对于研究发生在大陆边缘的各种作用,以及这一作用在大陆内部的各种反映,这是一个很重要的区域。

在地球科学中,把受到大洋岩石圈俯冲作用的大陆边缘叫做活动大陆边缘,或太平洋型大陆边缘。

4大西洋两侧的大陆边缘

中生代时期,大西洋两侧大陆边缘的情况跟上面说的环太平洋大陆边缘的情况不同。它们的区別主要在于,这里没有发生大洋岩石圈的俯冲作用。这种没有受到大洋岩石圈俯冲作用的大陆边缘叫稳定大陆边缘,或大西洋型大陆边缘。

大西洋两侧大陆边缘的情况跟上面A图所表示的古生代晚期古太平洋边缘的情况相似,只有单纯的沉积作用。由于在这样的区域有丰富的浅海生物,它们死后的遗体随着沉积物一起被埋藏在海底,日久天长,富含生物遗体的沉积物往往能够积累到几千米厚。在一定的条件下,生物遗体转化成石油,并且在孔隙比较多的沉积物里富集起来。所以这类地区早已被寻找石油资源的科学家们所瞩目。

为什么俯冲作用在太平洋边缘而不在大西洋边缘发生呢?比较流行的解释是这样的:

软流圈物质沿着一个岩石圈裂缝上涌所形成的新大洋岩石圈(它的顶面就是新海底)仍然具有比较高的温度,所以这时它的密度和软流圈物质的密度相差不大。当新大洋岩石圈不断增生,先前形成的部分不断被推到离增生带越来越远的时候,温度也就越来越低了。我们都知道热胀冷缩的原理。逐渐变冷的大洋岩石圈体积收缩,密度逐渐增大,终于变得比它下面的软流圈物质的密度大了。重的东西被托在轻的东西之上是不稳定的,随时都有沉入轻的东西的趋势。只有当一个大洋扩张到一定的程度,或者说达到一定的宽度,在它边缘部分才会发生大洋岩石圈沉入软流圈的情况,也就是说才有发生俯冲作用的可能性。

当然我们不能说现代的大西洋东、西边缘部分的岩石圈密度不比下面的软流圈密度大,但是大洋岩石圈开始它的俯冲运动还需要克服阻力,要有一定条件,情况是复杂的。可以这样说,扩张到今天的大西洋还没有具备开始俯冲作用的条件。也许再过几百万年之后,它的边缘才会出现俯冲作用。不过这只有留待未来的人类去观测了。

(四)新生代时期

1新生代时期的划分

新生代,顾名思义是新的生命的时代,从新生代开始,生物的面貌跟现在生活在地球上的生物面貌越来越接近了。它是地质历史时期中最新的一个时代,包括现代在内。

从延续的时间看,整个新生代有67千年,不过相当于古生代时期的一个纪的时间。

新生代由第三纪和第四纪两个纪组成。这两个纪的名称早在18世纪就已经出现,欧洲地质工作的先驱者曾经把西欧南部的地层从老到新划分成原始系、第二系、第三系和第四系。前两个系早已被更加详尽的划分所代替,名称不再使用。后两个系的名称却沿用到现在。

第三纪的时间是从距今67千万年至距今25百万年,第四纪更短,从距今25百万年到现在。第三纪和第四纪交界的年代,现在的意见不一。

第三纪一般可以进一步划分成两段:老第三纪和新第三纪,也有的国家把它们当做独立的两个纪对待。老第三纪从老到新由古新世、始新世、渐新世组成;新第三纪从老到新由中新世、上新世组成。至于第四纪,它由更新世和全新世组成。全新世从距今1万年前开始。

新生代延续的时间虽然相对比较短,但是正是在这个时期里,地球表面的海陆分布、气候状况、生物界面貌逐渐演变到现代的样子。特别是第四纪,它有很多特点。这个时期的沉积物因为形成不久,变成岩石的作用还没有完成,容易遭到破坏和再沉积,所以第四纪沉积的类型和分布跟地壳的最新构造活动的关系极其密切。第四纪因为时间很短,生物还来不及有多么显著的变化,所以跟以前各纪都不同,它的进一步划分主要是根据这个时期气候的变化,生物进化标志已经退居次要地位。第四纪还是“万物之灵”的人类的时代,因而过去也有人把第四纪叫做“人类纪”。

因此,对新生代,特别是第四纪时期地球演变的研究跟认识人类的诞生、认识人类所处的环境有密切关系。换句话说,人们可以根据这一时期的研究认识过去环境的演变规律,进而更深刻地认识它现在的特征,并且预测它的未来。

2新生代时期的造山运动

新生代时期最突出的事件是非洲跟欧洲的接近和印巴次大陆跟亚洲大陆的相撞。

它的结果使一部分岩石圈上层物质互相推挤,形成了横亘于南北半球之间、绵延几乎达到地球半周的最雄伟的山系和高原。这条山系没有统一的名称,它西起非洲北部的阿特拉斯山,经南欧的阿尔卑斯山,东延喀尔巴阡山,接高加索山、土耳其和伊朗的高原和山地、帕米尔高原和山地,再向东就是最有名的世界屋脊喜马拉雅山和我国的青藏高原,再向东南去,中南半岛和印尼诸岛的山脉也都跟它相连。

这就是阿尔卑斯造山运动和喜马拉雅造山运动的产物。

新生代时期,环太平洋火圈进一步发展。

太平洋底跟周边大陆的相互挤压作用使大陆边缘的构造带持续发生强烈的变形和岩浆作用,并且伴有强烈的地震活动,这些作用一直到现在还在进行着。

环太平洋带地区在新生代时期跟中生代时期不同现象是,在它的北部和西部,在海沟和它相伴的岛弧后面,也就是岛弧和亚洲大陆之间,存在着一系列的边缘海,自北而南,它们的名称是:白令海,鄂霍次克海,日本海,中国的黄海、东海、南海,菲律宾海,以及环绕在大洋洲北面和东面的诸海。这一系列边缘海,无论从地理或地质的意义上讲,都不是真正的大洋,它们的形成原因到现在仍然是一个存在争论的问题。不过近些年来的研究工作表明,它们的形成还是跟太平洋板块向着亚洲大陆的俯冲作用有关。

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