板块构造

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October 18, 2021

板块构造学,板块构造学或板块构造学是解释地球表面的大陆、海洋、山脉和其他结构的地理位置,以及地壳中的地质结构以及地震和火山作用发生的地方的科学理论。根据这一理论,岩石圈(地球最外层,平均约 100 公里厚)被划分为构造板块或板块,它们通过底层软流圈中的“电流”在地球表面上相互独立移动。虽然软流圈不是液体,但它的剪切强度相对较低,这使得它在地质时间尺度上是一种缓慢流动的粘性液体。地球上有七八个主要板块(取决于它们的定义方式)和大量较小的板块。这些板块通常以每年几厘米的速度相互移动,这实际上可以通过 1990 年代以来的卫星和 VLBI 的大地测量来测量。存在三种类型的边界:会聚(板块相互移动)、发散(板块相互远离)和变换(板块相互移动)。在发散的板块边界,岩浆凝固形成新的岩石圈,这一过程称为大洋扩张。在会聚板块边界处,两个板块之一将在另一个板块下方滑动(俯冲)。实际上,由于地壳密度低,大陆地壳不会很好地俯冲。因此,俯冲板块通常由大洋地壳组成。如果两个大陆相互靠近,两个板块都不会俯冲,就会形成山脉。因为岩石圈的运动集中在这些边界上,所以这里发生地震、火山作用以及山脉和海洋槽的形成。板块构造理论是在 1960 年代作为阿尔弗雷德韦格纳大陆漂移假说的继承者而发展起来的。与韦格纳的假设相反,板块构造学很快被科学界广泛接受。因为岩石圈的运动集中在这些边界上,所以这里发生地震、火山作用以及山脉和海洋槽的形成。板块构造理论是在 1960 年代作为阿尔弗雷德韦格纳大陆漂移假说的继承者而发展起来的。与韦格纳的假设相反,板块构造学很快被科学界广泛接受。因为岩石圈的运动集中在这些边界上,所以这里发生地震、火山作用以及山脉和海洋槽的形成。板块构造理论是在 1960 年代作为阿尔弗雷德韦格纳大陆漂移假说的继承者而发展起来的。与韦格纳的假设相反,板块构造学很快被科学界广泛接受。

从板块构造看地质学和生物学

从岩石圈划分为构造板块,地壳运动集中在板块相邻的区域。根据该理论,板块边界将发生大量地震(地震)和构造(地质构造的形成,造山运动)活动和火山活动,而板块中部几乎没有任何地质活动。这与实际情况相当吻合。事实上,大多数地质活动发生在板块边界。该理论不太适合解释板块中部的火山活动和构造。例如,为了解释这些现象,使用了热点的位置。板块构造还预测地壳中的运动既可以是水平的,也可以是垂直的。这也很符合现实。许多山脉的地质结构由重叠的覆盖层、通常水平移动数百公里的地壳碎片组成。许多山脉具有不对称的结构,板块构造将其解释为两个板块之一停止俯冲的结果。大陆地壳的行为与大洋地壳不同。大陆不会快速俯冲(它比海洋地壳更轻更厚),所以今天我们可以在大陆上找到几十亿年前的岩石。另一方面,超过 1.8 亿年 (Ma) 的大洋地壳是罕见的。由于俯冲过程,大洋地壳的寿命有限。板块构造是大洋地壳年龄的一个很好的解释。大陆的运动不仅可以解释为什么化石物种有时会出现在海洋的两侧,还可以解释物种的当前(生物地理)分布。不同大陆上的物种有时有共同的祖先,这可以通过异域物种形成和大陆的分离来解释。

发散板块运动

在两个板块分开的地方,软流圈向上移动,新的(海洋)岩石圈是由深成作用和火山作用产生的。大多数发散的板块边界是大洋中脊,但洲际裂谷也是发散的板块边界。

大洋中脊

在海洋岩石圈分开的地方,软流圈上升。随着这种向上流动,(岩石静力)压力下降,导致软流圈部分融化。岩浆在下地壳中的大型岩浆房中凝固,形成深岩(辉长岩)。它在堤坝中进一步向上移动(岩浆在那里凝固为辉绿岩),在海底以枕状熔岩(凝固为玄武岩)的形式流出海床。随着岩浆凝固,新的海洋岩石圈形成。在板块边界附近区域,来自地球的热流非常大,使得地壳轻而上升。由此产生的“水下山脉”是大洋中脊。它们形成了地球上最长的连续山脉(它们的总长度为 70,000 公里)。由于热液和岩浆之间的相互作用,除了火山外,在大洋中脊也有热液喷口,那里有非常热的水喷入海洋,即所谓的黑烟囱。

大陆内裂谷带

当地壳在大陆下分开时,伴随着伸展构造,这表现在地质结构中,如剪切、地幔和裂谷。结果是一个拉长的裂缝,在景观中形成了一个大的洼地。例子包括东非的大裂谷或东非大裂谷以及以色列和约旦之间的死海。因为在这种情况下地壳变得越来越薄,所以温暖的软流圈上升。部分融化产生岩浆,岩浆向上移动并在地球表面引起基性火山作用。然而,热量也会导致裂缝的两侧(所谓的裂缝肩部)向上移动。这些是较旧的地质层出现在地表的区域。例如,孚日山脉和黑森林的低山山脉是由上莱茵裂谷边缘的构造隆起形成的。在这些地区,来自下地壳的变质岩和深部岩石(统称为结晶基底)经常浮出水面。随着裂谷带下方岩石圈的不断分离,最终会产生新的大洋岩石圈,并逐渐形成一个越来越宽的狭窄的大洋盆地。例如,红海在其初始阶段被认为是海洋。然而,裂谷也有可能在一段时间后停止生长,这种裂谷失败的一个例子是北海盆地,它形成于侏罗纪和白垩纪。对后来演变成大西洋的裂谷带的重建表明,裂谷并没有发展成一条细长的线,而是在许多地方分支(在这些地方,所谓的三重交界处,三个发散的板块边界相遇)。两个分支中的一个最终会发展成海洋,另一个会随着时间的推移变得不活跃。三个相对较新的裂谷带之间的类似三重交汇点是非洲之角的阿法尔三角,红海、东非大裂谷和亚丁湾在此交汇。三个相对较新的裂谷带之间的类似三重交汇点是非洲之角的阿法尔三角,红海、东非大裂谷和亚丁湾在此交汇。三个相对较新的裂谷带之间的类似三重交汇点是非洲之角的阿法尔三角,红海、东非大裂谷和亚丁湾在此交汇。

会聚板块运动

如果两个板块相互靠近,一个板块就会俯冲到另一个板块之下。根据是否存在大陆或海洋岩石圈,地质情况会有所不同。在俯冲带上方,海沟通常在海底形成,在此之前,来自俯冲板块的吸积楔形成“刮擦”的地壳和沉积物(这称为构造混杂)。板块沿着俯冲带相互滑动。导致地震的区域称为瓦达蒂-贝尼奥夫带。

碰撞类型

构造板块可以包含大陆和海洋岩石圈。如果海洋部分俯冲到一个大陆之下,大陆部分将缓慢地向该大陆移动。这意味着两个大陆最终会发生碰撞(大陆碰撞)。然而,大陆岩石圈又厚又轻,不易俯冲,导致地壳因山地形成而增厚,最终使两板块的会聚运动停止。山脉的形成是通过逆冲构造发生的,其中地壳的碎片(所谓的包裹层)相互滑动。停滞的俯冲导致地壳下部的碎片混合,曾经位于两大洲之间的构造混杂物和洋壳碎片(蛇绿岩)再次向上移动(外倾)。由于深度很大,这些岩石具有高度变质性,并且由于部分熔化而经常被长英质岩浆(花岗岩)侵入。这整体构成了山脉的核心。由于压力主要存在于向下倾斜的俯冲板块顶部,在该板块顶部的沉积岩中形成了大的逆冲断层和褶皱。这些沉积岩包裹体通过一个大的李斯特断层向前陆移动并形成山脉的侧翼。整个东西被称为折叠和推力带。并非所有的折叠带和推力带都具有相同的结构和构造,因为板块的运动方向并不总是收敛的。板块运动可能同时具有较大的侧滑分量,或者可能在造山运动的早期停止。在近似会聚运动下出现的山脉的例子是阿尔卑斯山或喜马拉雅山。

Andes- ofcordilleratype

当大洋岩石圈俯冲到一块大陆之下时,相互移动的板块中的机械应力将导致海洋沉积物和大洋板块本身的碎片(所谓的蛇绿岩)从俯冲板块分离并被外倾(滑过大陆板块)超越盘)。同时,超越板的边缘变形:形成推力和褶皱。由于大陆下方俯冲带的位置几乎没有变化,因此可以形成长长的山脉,其中南美洲西部的安第斯山脉就是最好的例子。海洋纳斯卡板块俯冲到南美板块之下。在大陆岩石圈下的海洋俯冲中,被挥发性物质(尤其是水)饱和的岩石被移动到很深的地方。当这些岩石被带到很深的地方时,挥发性物质会在变质反应下释放出来。它们通过上覆的地幔上升。水会降低岩石的熔点,因此上升的液体会导致部分熔化,形成镁铁质岩浆。这会上升并加热下地壳,在那里形成长英质岩浆(anatexis)。岩浆上升并侵入上覆板块,在俯冲带上方形成一个带有大量爆炸性火山活动的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。它们通过上覆的地幔上升。水会降低岩石的熔点,因此上升的液体会导致部分熔化,形成镁铁质岩浆。这会上升并加热下地壳,在那里形成长英质岩浆(anatexis)。岩浆上升并侵入上覆板块,在俯冲带上方形成一个带有大量爆炸性火山活动的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。它们通过上覆的地幔上升。水会降低岩石的熔点,因此上升的液体会导致部分熔化,形成镁铁质岩浆。这会上升并加热下地壳,在那里形成长英质岩浆(anatexis)。岩浆上升并侵入上覆板块,在俯冲带上方形成一个带有大量爆炸性火山活动的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。水会降低岩石的熔点,因此上升的液体会导致部分熔化,形成镁铁质岩浆。这会上升并加热下地壳,在那里形成长英质岩浆(anatexis)。岩浆上升并侵入上覆板块,在俯冲带上方形成一个带有大量爆炸性火山活动的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。水会降低岩石的熔点,因此上升的液体会导致部分熔化,形成镁铁质岩浆。这会上升并加热下地壳,在那里形成长英质岩浆(anatexis)。岩浆上升并侵入上覆板块,在俯冲带上方形成一个带有大量爆炸性火山活动的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。因此,在俯冲带上方可以发现具有大量爆发性火山作用的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。因此,在俯冲带上方可以发现具有大量爆发性火山作用的火山弧,与山脉所在的位置大致相同。在整个安第斯山脉、智利、玻利维亚和秘鲁都可以找到辉光云爆发的痕迹。今天活跃的火山的例子是 Cerro Hudson 和 Corcovado。

岛拱门

如果两块海洋岩石圈相互靠近,其中一块就会俯冲到另一块之下。当跨越板块由洋壳组成时,火山作用会形成岛弧。例子包括印度尼西亚群岛的巽他群岛(澳大利亚板块的洋壳俯冲到亚洲洋壳下方)和安的列斯群岛(北美板块的洋壳俯冲到加勒比板块下方)。俯冲带背后的火山活动的另一个例子是地中海的火山活动,例如维苏威火山和埃特纳火山。从上方看,与俯冲相关的岛弧通常呈弧形。这种曲率源于弯曲表面(例如地球表面)中俯冲板的几何形状。岛弧与其后的大陆之间可以发生延伸,以这种方式形成的盆地称为弧后盆地。

改造平台

除了会聚和发散的板块边界外,还有变形或保守的板块边界。这里两个板块的运动是相互平行的。转换断层的特点是在沿断层的窄带中发生浅地震,如果有几个相邻的断层,则在宽带中发生浅地震。转换板块边界的一个例子是美国西海岸的断层带,它将下加利福尼亚州周围的海洋分布区与旧金山西北部的一个小分布区连接起来。这个断层带最著名的部分是圣安德烈亚斯断层。

热点和板块构造

上面提到的是某些类型的火山活动,它们总是与板块构造有关。火山活动也可以与板块构造分开发生。在地幔的某些地方,热物质不断上升并穿过岩石圈。这些被称为热点。我们对热点仍然知之甚少。怀疑这种物质来自 D" 层,即与地核接壤的地幔下层。与板块运动相比,热点的位置变化非常缓慢;板块在热点上方移动。热点留下了一系列岛屿在地球表面,您可以很容易地看到板块过去走过的路线,例如夏威夷群岛。板块的速度通常表示相对于另一个板块,这是一个相对速度。因为假设热点几乎不移动,所以如果首先确定小岛上火山岩的年龄,小岛的踪迹可以用来确定绝对板块速度(板块相对于空间固定点的速度) . 是。然后假设热点不移动。

驱动机构

尽管板块构造被科学家们广泛接受,但引起板块运动的电流和力仍不清楚。很明显,板块的运动是地幔对流的一部分。

地幔对流

最被接受的模型是整个地幔同时对流。也就是说,热上升气流出现在地核-地幔边界(2,890 公里深度)。上升气流是由地幔和地核之间的温差引起的,从下方加热地幔。这种热流的能量一部分可以追溯到地球形成时的吸积能量,另一部分来自放射性同位素的衰变。来自月球的潮汐力影响很小,可以忽略不计。然而,高粘性液体的实验表明,当加热时,它们会形成很大程度上对称的对流细胞。这与地球上构造板块的形状和位置不符。在地球上空板块边界的分布上,引人注目的是太平洋一侧(即所谓的水半球)俯冲带数量较多,而大西洋一侧的俯冲带分布较多。这可以通过威尔逊循环假设来解释,其中假设只有两个主要的对流。与整个地幔对流模型相对的是地幔中两个叠加层的模型,它们相互独立地对流。分离将在地幔过渡带附近,该带深约 420-670 公里,在那里地幔具有更致密的晶体结构。这种密度差异会导致向上或向下的电流减慢或偏转,从而使对流单元保持分离。然而,事实似乎在中间的某个地方,而潮流有时会通过,有时不会,过渡区。地球板块边界分布的一个特点是南半球分布带较多,北半球俯冲带较多。这导致岩石圈平均从南向北移动,大陆变得集中在北半球。这只有在地幔深处的主导电流是从北向南进行补偿时才有可能。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。有时不能通过过渡区。地球板块边界分布的一个特点是南半球分布带较多,北半球俯冲带较多。这导致岩石圈平均从南向北移动,大陆变得集中在北半球。这只有在地幔深处的主导电流是从北向南进行补偿时才有可能。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。有时不能通过过渡区。地球板块边界分布的一个特点是南半球分布带较多,北半球俯冲带较多。这导致岩石圈平均从南向北移动,大陆变得集中在北半球。这只有在地幔深处的主导电流是从北向南进行补偿时才有可能。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。以及北半球更多的俯冲带。这导致岩石圈平均从南向北移动,大陆变得集中在北半球。这只有在地幔深处的主导电流是从北向南进行补偿时才有可能。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。以及北半球更多的俯冲带。这导致岩石圈平均从南向北移动,大陆变得集中在北半球。这只有在地幔深处的主导电流是从北向南进行补偿时才有可能。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。情况可能变得如此极端,以至于所有大陆都合并成一个新的超大陆,之后流动必须逆转。然后,以盘古裂谷开始的威尔逊循环又开始了。

俯冲板块上的力

板块俯冲的速度不仅取决于地幔中的对流,还取决于作用在板块本身上的许多力。一些地球物理学家认为,这些力是板块构造的重要驱动力。大洋岩石圈在扩张的山脊上形成后,会慢慢冷却并变得更密、更重。与此同时,底部的岩石圈也在增长,因为下面的软流圈也在缓慢冷却。因此,年老的海洋岩石圈比年轻的海洋岩石圈重得多,平均 1 亿年后甚至比软流圈的密度还要大。当如此沉重、古老的大洋岩石圈俯冲时,它会通过自重将板块拉入地幔深处,对俯冲的构造板块产生拉力,称为板拉。随着岩石圈在地幔深处经历一系列相变,使其更加致密,这种影响进一步增强。同时,斜坡力作用于洋脊一侧的大洋岩石圈,因为这里的岩石圈高于离洋脊较远的地方。这种力称为脊推力。同时,俯冲带上超限板块的应力会产生拉力。然而,海洋板块的速度也取决于反作用力。并且力量的平衡很难确定。因为这里的岩石圈比离山脊更远的地方要高。这种力称为脊推力。同时,俯冲带上超限板块的应力会产生拉力。然而,海洋板块的速度也取决于反作用力。并且力量的平衡很难确定。因为这里的岩石圈比离山脊更远的地方要高。这种力称为脊推力。同时,俯冲带上超限板块的应力会产生拉力。然而,海洋板块的速度也取决于反作用力。并且力量的平衡很难确定。

板块运动的物理描述

根据数学家莱昂哈德·欧拉 (Leonhard Euler) 的说法,刚体围绕固定点的任何运动都被描述为围绕通过该点的轴的旋转。对于构造板块,这意味着它们的运动(或者更确切地说,一个板块相对于另一个板块的运动)可以在数学上描述为围绕通过地球中心的旋转轴的旋转。每个板块还有一个自转极(称为欧拉极),其中该轴与地球表面相交。板块运动形成一个小圆圈。例如,这解释了为什么大西洋在某些地方不那么宽,这里更接近东部的欧洲大陆和非洲大陆与北美洲和南美洲之间的旋转极点西部。通常测量的板块运动是相对于另一个板块的相对运动。要测量绝对运动,需要一个固定的参考点。为此,有时假设热点是固定点,板块相对于这些点移动。

过去的板块构造

大西洋的生长可以重建到大约 1.8 亿年前,当时大陆坐在相对的两侧,形成了一个巨大的超大陆,盘古大陆。没有超过 1.8 亿年的海洋岩石圈,这使得从更远的地方重建起来更加困难。古地磁重建可用于确定大陆相对于(地)磁极的运动。当时构造板块的海洋部分如何界面在很大程度上是猜测。另一个问题是,特别是如果要对元古代或太古代进行重建,目前大陆的大部分尚未形成。因此,只能从这些最古老的时代为大陆最古老的部分(即所谓的克拉通)重建板块运动。

板块构造的开始

在地球历史的初期,地球内部产生的热量比今天大得多。因此,地幔对流一定比现在发展得更快,这意味着板块构造的进行方式不同,甚至可能没有。人们通常认为太古宙中的对流细胞和构造板块较小;而有更多火山活动更强烈的扩展区域。大规模造山运动的痕迹只出现在元古代末期(10 亿年前)。关于自太古代以来大陆地壳的总表面是如何增长的,目前还没有达成一致意见。然而,大多数地球化学家认为太古代的大陆质量较少,从而导致更多的海盆和低得多的海平面。因此,当时分布区将在水面之上。由于新岩石圈形成过程中缺水,洋壳成分不同,使俯冲变得困难。

板块构造重建

重建表明,在盘古大陆形成之前,有过多次超大陆分裂,直到大陆重新结合,伴随着山脉的形成。这个循环被称为威尔逊循环。在早古生代时期(大约 5 亿年前),大陆块分为南部较大的冈瓦纳大陆和北部的大量较小大陆。从欧洲的角度来看,最重要的小洲是波罗的海,它大致占据了今天的斯堪的纳维亚; Laurentia,大致就是现在的北美洲,以及 Avalonia,一个占据了今天西欧的一部分并从冈瓦纳大陆漂流向北移动的小大陆。这三个大陆在加里多尼亚造山运动期间(4.50-4 亿年前)共同形成了欧美洲,其踪迹主要在斯堪的纳维亚半岛和不列颠群岛发现。北部在海西造山运动期间(370-3 亿年前)与欧美洲汇合。这形成了盘古大陆,它在东部与特提斯洋接壤,在其他方向与潘塔拉萨接壤。在侏罗纪早期(1.8 亿年前),现今的北美和非洲开始分道扬镳。通过打开特提斯洋,盘古大陆首先被一分为二,北部区块被称为劳亚大陆,南部(再次)冈瓦纳大陆。欧洲和北美之间的裂谷仅在早白垩世(1.3 亿年前)开始,将欧洲和北美分开。冈瓦纳大陆将分裂成印度、南极洲、非洲、南美洲和澳大利亚大陆,由于非洲和印度的北移,4000万年前开始了一个新的造山运动阶段,称为高山造山运动。这形成了欧亚大陆南部边缘的山脉带,其中包括阿尔卑斯山和喜马拉雅山。虽然未来板块走势难以预测,但地中海可能会关闭。东非将远离非洲其他地区,澳大利亚将向北移动,直至与亚洲接壤。大西洋将成长,而太平洋将缩小。

其他天体的板块构造

地球是唯一已知的具有板块构造的天体。对于小行星水星、月球和气体行星的卫星,板块构造的缺失很容易解释。这些天体比地球小得多,因此冷却得更快。因此,它们有一个厚厚的岩石圈,在内部一动不动。金星的大小几乎与地球相同,而且火山活动也非常活跃,因此缺乏板块构造就更难理解了。最可能的解释是金星完全缺乏水,而地球上的水却很丰富。水在岩石的变质反应中起重要作用。在地球上,水在其中起作用的某些反应会在更深的地壳和地幔中产生剪切带。在俯冲带,富含水的沉积物也消失在地幔中,削弱了俯冲带中的物质并促进了其沿该带的运动。火星上有水。像奥林匹斯山 (Olympus Mons) 和水手谷 (Valles Marineris) 这样的巨型盾状火山 (一种横跨半个地球的裂缝状结构) 让人想起与板块构造相关的地球过程。 1999年,人们发现火星地壳呈带状磁化,就像地球的洋壳一样。因此,一些研究人员认为火星上一定有某种板块构造活动。然而,在火星上没有发现类似俯冲过程的明显痕迹。因此,火星地幔中的对流似乎不足以维持这个过程,而且这个过程在这个星球的历史早期就停止了。一些富含冰的天体可能具有与板块构造相似的过程。例如,木星的卫星欧罗巴和土星的卫星土卫二被认为具有对流驱动的水平地壳运动。木卫二有一个岩石核心,有一个 100 公里厚的水冰地幔,其下部可能已经融化并起到对流层的作用。冰卫星土卫二只有 500 公里大,很可能被潮汐力部分融化。液态水或更软的冰可以作为冰可以通过彼此移动的薄弱区域。根据最近的一项研究,行星上是否发生板块构造取决于其质量。行星质量越大,板块构造发生的可能性就越大。这应该意味着板块构造也必须存在于所谓的超级地球上,即质量大于地球的类地行星,其中一些在太阳系之外是已知的。地球可能是一个临界情况,由于水的存在,该机制得以保持。因此,虽然板块构造不会发生在太阳系的其他天体上,但它似乎并不是一个独特的过程。这应该意味着板块构造也必须存在于所谓的超级地球,即质量大于地球的类地行星,其中一些在太阳系之外是已知的。地球可能是一个临界情况,由于水的存在,该机制得以保持。因此,虽然板块构造不会发生在太阳系的其他天体上,但它似乎并不是一个独特的过程。这应该意味着板块构造也必须存在于所谓的超级地球,即质量大于地球的类地行星,其中一些在太阳系之外是已知的。地球可能是一个临界情况,由于水的存在,该机制得以保持。因此,虽然板块构造不会发生在太阳系的其他天体上,但它似乎并不是一个独特的过程。因此,这似乎不是一个独特的过程。因此,它似乎不是一个独特的过程。

历史发展

第一个假设

直到20世纪初,绝大多数科学家都认为地壳或多或少地固定在地球上(所谓的固定论)。假设大型地质结构如山脉是由地壳的垂直运动形成的,地槽理论对此进行了解释。早在 16 世纪,布拉班特制图师亚伯拉罕·奥特留斯 (Abraham Ortelius,1527-1598 年) 就注意到,非洲和南美洲的海岸线非常相似,以至于它们似乎彼此分开。在他的 Theatrum Orbis Terrarum (1596) 中,可以清楚地看到非洲和南美洲海岸线的相似形状。这一发现通常也归功于弗朗西斯·培根(Francis Bacon,1561-1626 年),他还注意到 1620 年南大西洋两侧的海岸线形状相似。普鲁士神学家西奥多·克里斯托夫·利连塔尔 (Theodor Christoph Lilienthal) 于 1756 年认为,由于大洪水,两大洲已经分开。普鲁士博物学家亚历山大·冯·洪堡(Alexander von Humboldt,1769-1859 年)在 1801 年和 1845 年描述了大西洋两岸沿海地区之间的地质和古生物学相似之处。他说,大陆曾经彼此相连,并被一股大洋流分开。 1858 年,美国人 Antonio Snider-Pellegrini 绘制了第一幅重建图,显示了没有海洋介入的大陆位置。这些关于大陆漂移的想法在地质学家和其他自然科学家中几乎没有得到支持。尽管大洋两岸的大陆海岸之间有许多无法解释的相似之处,但没有已知的机制可以使整个大陆在地球表面移动。地球是固定的(固定论)的信念阻碍了接受大陆运动。奥地利地质学家爱德华·苏斯(Eduard Suess,1831-1914 年)根据他对阿尔卑斯山地质学的研究发现,阿尔卑斯山的遗址曾经是一片海洋,他称之为特提斯洋。另一方面,苏斯也不相信大陆会移动。据他介绍,地壳运动主要是垂直方向的。地槽理论被用来解释前海洋遗址上山脉的形成;为了解释不同大陆上化石的相似性,苏斯设计了陆桥理论。

韦格纳的大陆漂移假说

1896 年第一个放射性元素镭的发现彻底改变了对地热能的认识。放射性元素在地球内部形成了一个额外的热源,突然之间,地球可能仍然很热并且内部有液体的想法不再奇怪。在 Roberto Mantovani (1854-1933) 和 Frank Bursley Taylor (1860-1938) 等人发表了关于大陆移动(大陆移动和/或移动)的可能性的理论之后,德国气象学家 Alfred Wegener (1880-1930) )引起了对大陆漂移假说的关注。 1912 年,他发表了大量关于大陆漂移的古生物学和古气候证据。韦格纳辩称,除其他外,大西洋两岸都存在某些植物和动物化石,但他无法解释大陆的巨大质量如何穿过地球表面,“犁”过更重的海洋地壳。因为这样的事情在机械上似乎是不可能的,所以大多数地质学家拒绝了韦格纳的想法。韦格纳本人发表了许多疯狂的假设,这对他的可信度几乎没有好处。韦格纳死后,他的同事亚历山大·杜托伊特 (1878-1948) 和亚瑟·霍姆斯 (1890-1965) 将收集更多关于大陆漂移的古生物学和古地理证据。福尔摩斯在 1927 年提出大陆漂移的原因可能在于地幔中的对流。地球物理学家约瑟夫·巴雷尔 (Joseph Barrell) 早在 1914 年就声称地壳可以漂浮并在地幔中较弱的层上移动。如果福尔摩斯知道巴雷尔的工作,板块构造理论可能会更早出现。

海洋扩散的发现

1947 年,由 Maurice Ewing(1906-1974)领导的海洋学家团队绘制了大西洋的水深图。他们证实了中大西洋海脊的位置,表明大洋地壳比大陆地壳薄得多,不像大陆地壳由玄武岩而不是花岗岩组成。这些新发现引发了对大洋中脊性质的质疑。早在 1953 年,Robert S. Dietz (1914-1995) 就通过假设地壳移动过地幔中的一个热点(热点),从而导致形成岛屿的火山活动来解释像夏威夷这样的岛链。绘制了 50由 Harry Hess (1906-1969) 和 Ron Mason 等海洋学家研究海底的磁性。玄武岩中含有较多的磁性矿物磁铁矿,这意味着它可以发出很强的磁信号。早在 18 世纪,冰岛航海家就发现,这会在当地造成指南针偏差。赫斯和他的同事现在发现,海洋地壳是由交替的负极和正极的斑马状带组成的,他们将这种现象称为磁条带。这种磁条带是随着远离大洋中脊而导致海洋地壳年龄增加的结果。赫斯认为,洋壳中的磁带是由地球磁场反转引起的;并且海洋地壳形成于洋中脊,在那里地壳正在分开。 Hess 于 1962 年发表了他的理论(Dietz 在一年前发表了这个想法,但赫斯得到了赞誉,因为早在 1960 年,他的一篇未发表的文章就在流传)。赫斯和迪茨建议,不是像韦格纳所建议的那样“耕耘”海洋地壳,而是大陆与附着的海洋地壳一起作为一个单位在地球表面移动。海洋扩张的一个后果是不断形成洋壳。如果没有已知的地壳被破坏的机制,这将意味着地球表面正在膨胀。这带回了先前假设的地球膨胀的假设。正如韦格纳所设想的那样,与附着的海洋地壳一起作为一个单元在地球表面上移动。海洋扩张的一个后果是不断形成洋壳。如果没有已知的地壳被破坏的机制,这将意味着地球表面正在膨胀。这带回了先前假设的地球膨胀的假设。正如韦格纳所设想的那样,与附着的海洋地壳一起作为一个单元在地球表面上移动。海洋扩张的一个后果是不断形成洋壳。如果没有已知的地壳被破坏的机制,这将意味着地球表面正在膨胀。这带回了先前假设的地球膨胀的假设。这带回了先前假设的地球膨胀的假设。这带回了先前假设的地球膨胀的假设。

范式转变

赫斯发表海洋扩散理论的同一年,美国地质学家罗伯特·R·科茨(Robert R. Coats,1910-1995)也发表了一篇文章,描述了阿留申群岛下方的地壳如何在自身下方移动。 Hess 和 Dietz 接受了这个想法,并提出地球的体积保持不变是由于海沟下俯冲带岩石圈的破坏。加拿大地质学家约翰·图佐·威尔逊(1908-1993)用板块构造解释了太平洋洋中脊和岛链的转换断层。1967年,美国地球物理学家威廉·杰森·摩根(1935)提出地球表面可分为十二刚性构造板块。彼此独立移动。两个月后,法国地球物理学家 Xavier Le Pichon (1937) 发表了基于六个大板块及其相对运动的完整模型,由此,大陆漂移迅速从一个遥不可及的假设转变为解释地质现象的方式。因此,地质学的范式转变是一个事实。事实上,直到 1960 年代,地质学家主要从事描述性工作,例如对构造、岩石和矿物进行分类以及研究地貌及其时代。板块构造学很快将注意力转移到过程研究上。此外,该理论为地球是一个动态系统的观点赋予了新的维度。自 1990 年代以来,卫星的大地测量和 VLBI 的测量非常准确,现在也可以直接观察到大陆的运动。这些测量结果与 NUVEL 地球物理模型的预测非常吻合。

另见

地球(行星)构造 构造板块 等稳态 地幔对流 地球结构 地球历史