地球圈层和板块构造(2)

2018-11-17 22:07

7.6造山带分布证据

该理论的广为诟病之处在于其缺乏驱动机制,并且在物理上似乎有些难以置信,即相对软弱的陆壳岩石能够在相对强硬的洋壳岩石上“犁”过而未被破坏。

7.2 海底扩张学说

第二次世界大战期间,由于军事和民用航海的需要,海底探测技术有了极大的发展。战后开展的多方面海洋调查工作也获得了大量的资料,例如测绘了洋中脊的形态、探明了洋底的地磁条带异常、定位了全球地震的震源分布等。

1962年,根据这些新生资料,哈里 赫兹在《洋盆的历史》中提出了海底扩张的概念。这一学说的主要观点包括:

1. 密度较小的大洋壳浮在密度较大的地幔软流圈之上;

2. 由于地幔温度的不均一性,导致在地幔或软流圈中引起物质的对流,形

成若干环流;

3. 在两个向上环流的地方,使大洋壳受到拉张作用,形成洋中脊,即新的

洋壳;

4. 新洋壳不断生长,随着地幔环流不断向两侧推开,也就是如传送带一样

不断向两侧扩张,因此就产生了地磁异常条带在大洋中脊两旁有规律的排列以及洋壳年龄离洋脊越远越老的现象;

5. 在向下环流的地方,或在不断扩张的大洋壳与大陆壳相遇的地方,由于

前者密度较大,位置较低,便向大陆壳下俯冲,形成海沟或贝尼奥夫带; 海底扩张现象已经得到大量观测资料的证实,是大陆漂移学说的重要发展,

是板块构造学说的主要理论基础。

图7.7 洋中脊形态

7.3. 板块构造学说 7.3.1 概述

板块构造是上20世纪60年代兴起的,它是地质学一场大的革命,通过40多年的发展,现在已成为科学家们普遍认同的大地构造观。

板块构造同样是建立在岩石圈大幅度水平变位基础上的这一学说的主要观点是在固体地球的上层,存在比较刚性的岩石圈及其下伏的较塑性的软流圈;地表附近较刚性的岩石圈可划分为若干大小不一的板块,它们可在塑性较强的软流圈上进行大规模的运移;海洋板块不断新生,又不断俯冲、消减到大陆板块之下;板块内部相对稳定,板块边缘则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带;板块之间的相互作用控制了岩石圈表层和内部的各种地质作用过程,同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。

7.3.2 证据

板块构造学说的证据主要来自于20世纪中叶。其时,随着航海和测绘技术的进步,海洋调查受到了前所未有的重视。

通过海底调查发现:在各个大洋的洋盆内部往往发育着一条巨大的断裂谷,科学家们将其称为洋中脊。该处浅源地震集中,并呈带状分布,热流量也显著高于周边地区

海洋调查的另一项重要成果是通过深海钻探与大洋钻探计划的执行,发现洋底的沉积物厚度很小,其下为玄武岩。大洋底岩石的时代都很新,没有比中侏罗世(180百万年)更老的。大洋脊附近,洋底岩石的年龄最小,远离大洋脊的年龄则较大。

此外,海洋调查确定了转换断层的存在。海底探测发现洋中脊往往被一系列与之垂直的断层所切断,断距可达数百至上干千米,断层长度可达数千千米。1965年加拿大学者威尔逊首先指出,这种截断大洋脊的断层不是一般的平移断层,而是由于自洋脊轴部向两侧扩张量不同所引起的一种特殊的断层,他称为转换断层。

图7.8 转换断层形成原因示意图。

除大洋钻探外,地震台网的观测也发现,全世界的深源地震只在海沟附近才存在。这些海沟都分布在大洋的边缘,主要在环太平洋及印度洋东北边缘,深度一般为6000~10000米。海沟附近的重力值相当低,-热流值也比正常洋盆低得多,说明该区海底下的物质其温度、密度都较低。20世纪50年代贝尼奥夫(H.Benioff,1899~1968)首先发现天然地震的震源深度与海沟有密切关系,并呈有规律的变化。

7.3.3 板块边界类型

岩石圈板块的划分是以构造活动性强烈的条带为界线的。按照板块之间相对运动方式的不同,可以将板块边界分成三种类型:

离散型板块边界,主要指洋中脊,其两侧板块相背运动,板块边界相互分离,软流圈物质上涌,冷凝成新的洋底岩石圈,所以,离散型板块边界也称为增生板块边界;

会聚型板块边界,主要指海沟附近的板块俯冲带或大陆板块之间的碰撞带,当大洋与大陆板块会聚时,由于大洋板块密度较大,位置较低,故大洋板块总是俯冲到大陆板块之下,在地表形成海沟,当大洋板块不断俯冲到大陆板块之下,并在地表逐渐消失时,其后部的大陆板块就有可能与其他密度相近的大陆板块发生碰撞,从而产生强烈的构造变形、岩浆与变质作用,并形成山脉,此时形成的强烈构造变形带就称为板块碰撞带(造山带)

平错型板块边界,即转换断层,其两侧板块发生水平剪切滑移,转换断层一般分布在洋中脊附近,有时也可延伸到大陆边部,如美国西部的圣安德烈斯断层

7.3.4 板块划分方案

利用前述三种板块边界在全球的展布,就可勾画出岩石圈板块的轮廓。目前,一般认为全球共有12个板块,其中以大陆为主,涉及少量海洋的板块有欧亚板块、北美板块、南美板块、非洲板块、阿拉伯板块以及南极洲板块;以海洋为主的板块有太平洋板块、菲律宾海板块、印度.澳大利亚板块、加勒比板块以及在东太平洋地区的纳斯卡板块和科库斯板块等。

图7.9现今板块分布图

7.3.5 板块构造的驱动力问题 现在,地球科学家们一致认为,岩石圈的变形与变位都受到板块运动的控制。然而,岩石圈板块到底为什么会运移呢?也即岩石圈板块构造的动力学机制问题,则仍是一个至今尚未解决的难题。

板块构造学说刚提出来时,不少学者曾经以为刚性的岩石圈既然在软流圈上面运移,想当然地认为一定是地慢对流带着它运移,认为地幔中由于存在温度差异或密度差异,可能引起物质的缓慢移动,热的、轻的物质上升,造成大洋脊的热显示,同时带动大洋脊两侧岩石圈板块作相背移动,在俯冲带处大洋板块下插,使冷的、重的物质下沉。于是地慢物质就形成了对流环,好像“传送带”一样带着岩石圈板块运移。这就是板块构造学说早期所主张的地慢对流的“传送带模式”。

近年来,根据大洋钻探的成果,发现大洋中有两次巨大的陨石撞击事件(B.P.Glass,1982),在海底沉积物中形成上亿吨的微玻璃陨石。撞击点正好与几个板块的拼接点位置相近。巨大陨击作用有可能造成直径几十万米、深度几万米的陨击坑,使岩石圈表层物质发生显著的亏损,在岩石圈均衡补偿作用的影响下,诱发深部地慢物质上涌,造成海洋板块的张裂、扩张,从而使周邻板块沿着不同的方向运移。然而,受到当前技术条件的限制,所获的资料有限(海底钻探深度一般仅为上千米),这种观点只能较好地解释老第三纪以来的两次陨击作用与板块运动的关系。板块运动的真相,只能等待科学家们进一步探索。

备用图文:

(1)地球圈层构

(2)地球圈层

温度分布

(3)“泛大陆”(超级大陆)及其


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