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板块构造论

地球板块结构
现存于地表的板块

板块构造论(又称板块构造假说板块构造学说板块构造学,总称“板块飘移”)是为了解释大陆漂移现象而发展出的一种地质学理论。该理论认为,地球岩石圈是由板块拼合而成;现今的全球分为七大板块(1968年法国勒皮雄划分),海洋陆地的位置是不断变化的。根据这种理论,地球内部构造的最外层分为两部分:外层的岩石圈和内层的软流圈。这种理论基于两种独立的地质观测结果:海底扩张大陆漂移

岩石圈可以分为大板块及小板块,两板块相接触的部分则可依其相对运动来分为分离板块边缘聚合板块边缘转形断层。在板块边缘常会出现地震火山、造运动及海沟。现今每年的相对运动距离约在0至150 mm不等[1]

板块可以分为海洋板块及较厚的陆地板块,两者都有各自的地壳。在聚合板块边缘会有隐没带,会将板块沉降至地幔,使岩石圈质量减少,而分离板块边缘因海底扩张形成的新地壳,这种对板块的预测称为输送带原理。较早期的理论认为地球会渐渐膨胀或是渐渐收缩,也都还有一些人支持[2]

板块可以移动的原因是因为岩石圈的强度比下方的软流圈要大,地幔密度的变化造成了地幔对流英语mantle convection。一般认为板块运动是由海底远离扩张脊的运动(因为地形及地壳的变化,造成地球引力的差异)、阻力及隐没带向下的吸力等影响组合而成。另一种解释则是考虑地球旋转的受力差异,以及太阳月亮的潮汐力。这些因素之间的相对重要性及其关系还不清楚,目前也还有许多争议。

历史演进

1909年克罗地亚地震学莫霍洛维奇发现地壳地幔的交界,即莫霍界面[3]。1913年古登堡发现了地幔地核的交界(即古登堡界面[4]地球具有分层的现象,且能具体说明分层的深度。

1912年大气学家伟格纳根据地质证据,提出大陆漂移学说[5],因缺乏飘移的动力来源而不被接受。1929年英国地质学霍姆斯英语Arthur Holmes相信大陆地壳下的热对流是造成大陆分裂和飘移的原因,首次提出聚合与张裂的想法。

1940年代,发现海洋地壳大陆地壳花岗岩岩质不同,其厚度仅七公里。1954年日本地震学家和达清夫美国地质学家班尼奥夫发现连接海沟与火山岛弧底下的震源分布,有一向内陆倾斜的带状区域(班尼奥夫带),为板块构造学说想法的先驱。

1956年澳大利亚国家学院的艾尔文等人测量陆地的古地磁发现,若回推磁极,大陆都历经长期漂移,且移动路径与魏格纳所描述十分接近。1959年哥伦比亚大学布鲁斯·希森英语Bruce C. Heezen地球物理学玛丽·萨普根据水深资料绘出第一张海底地形图,清楚显示了中洋脊与海沟.[6]。1962年美国地质学家赫斯指出地幔的热对流导致海洋地壳从中洋脊向外伸张,隐没于海沟,迫使大陆水平移动。板块学说于焉成形,由原本的水平移动思维进化成地球内部的运动影响地表的想法。

1960年代,得到陆地的古地磁反转时间表,也认为中洋脊两侧交互出现的正反磁极,应为海洋地壳侧向生长造成。现在学界已经能够掌握全球各地海洋地壳年龄以及中洋脊扩张速率以及海沟隐没速率,可以标出板块的形状,分布以及移动速率及移动历史

古代大陆分布

三种不同的板块边界

1968年法国的勒皮雄根据各方面的资料,首先将全球岩石圈分为六大板块[7],即太平洋板块亚欧板块印度洋板块非洲板块、美洲板块和南极洲板块

随着研究工作的进展,有人在勒皮雄的基础上在大板块中又分出许多小板块,如在香港出版的会考教科书《中学会考活学地理》一书中将全球分为七大板块——太平洋板块亚欧板块非洲板块印度-澳大利亚板块北美洲板块南美洲板块南极洲板块——以及六个较小的板块--阿拉伯板块菲律宾板块胡安·德富卡板块科科斯板块纳斯卡板块加勒比板块。而环太平洋板块边界的板块活动最为活跃,故此地震作用和火山作用也最为频密。

板块实际上就是岩石圈,包含了地壳以及一小部分的上部地幔地幔)。因此板块没有“大陆板块”与“海洋板块”的分法,只有依其成分组成命名为“大陆性的板块”与“海洋性的板块”。

前寒武纪

形成于11亿年前的罗迪尼亚超大陆这时开始分裂。前寒武纪晚期的世界与现在的气候十分相近,是一个冰室世界。罗迪尼亚大陆大约在7.5亿年前分裂成两半,形成了古大洋

寒武纪

具有硬壳的生物寒武纪第一次大量出现。诸大陆为浅海所泛滥。超大陆冈瓦那开始在南极附近形成。巨神海劳伦大陆(北美)、波罗地(北欧)和西伯利亚这几个古大陆之间扩张。

奥陶纪

奥陶纪时,古海洋分隔开劳伦大陆波罗地西伯利亚冈瓦那大陆。奥陶纪末期是地球历史上最寒冷的时期之一。冈瓦那大陆的南方完全为所覆盖。巨神海隔开了波罗地西伯利亚大陆,原特提斯洋分隔开冈瓦那大陆波罗地西伯利亚大陆,古大洋则覆盖了北半球的大部分。

志留纪

劳伦大陆波罗地大陆的碰撞闭合了巨神海的北面,形成了老红砂岩(Old Red Sandstone)大陆(欧美大陆)。珊瑚礁扩张,陆生植物开始覆盖荒芜的大陆。大陆碰撞导致斯堪地那维亚半岛上的加里东山脉(Caledonide Mts.)的形成,以及大不列颠北部、格陵兰北美东海岸的阿帕拉契山脉的形成。

泥盆纪

泥盆纪时,古生代早期海洋闭合,形成“前盘古(pre-Pangea)”大陆。淡水鱼类从南半球迁徙至北美和欧洲森林首次在赤道附近的古加拿大生长。植物大量生长,形成了今天加拿大北部、格陵兰北部和斯堪的纳维亚煤炭

石炭纪早期

石炭纪早期,欧美大陆冈瓦那大陆间的古生代海洋闭合,形成阿帕拉契山脉和维利斯堪山脉(Variscan Mts.)。南极开始形成冰帽,同时四足脊椎动物赤道附近的煤炭沼泽开始发展。

石炭纪晚期

石炭纪晚期,由北美欧洲组成的大陆与南方的冈瓦那大陆碰撞,形成了盘古大陆的西半部分。南半球大部分被冰所覆盖,而巨大的煤炭沼泽则沿着赤道形成。以赤道为中心,盘古大陆从南极延伸至北极,将古特提斯洋古大洋分隔在东、西两侧。

二叠纪

二叠纪时,巨大的沙漠覆盖了西盘古大陆。同时爬行动物扩散到整个超大陆。99%的生物在灭绝事件中消失,标志着古生代的终结。

三叠纪

形成于三叠纪盘古超大陆使陆生动物可以从南极迁徙到北极。在二叠纪-三叠纪大灭绝之后,生命开始重新多样化。同时,暖水生物群落扩散到整个特提斯洋(古地中海)。

侏罗纪

侏罗纪早期,中南亚开始形成。宽广的古地中海将北方大陆与冈瓦那大陆分隔开。尽管盘古大陆依然完整,不过可以听到大陆开始分裂的隆隆声。

侏罗纪晚期

侏罗纪中期,盘古大陆开始分裂。侏罗纪晚期,中大西洋是将非洲与北美东部隔开的狭窄海洋。东冈瓦那大陆开始与西冈瓦那大陆分离。

白垩纪

白垩纪南大西洋张开。印度马达加斯加分离,加速向北对着亚欧大陆撞去。值得注意的是,北美仍与欧洲相连,澳大利亚仍然是南极洲的一部分。白垩纪全球的气候比现在要温暖。恐龙棕榈树出现在现在的北极圈,南极洲以及澳大利亚南部。虽然白垩纪早期的极区可能会有一些冰帽存在,但是整个中生代都没有任何大规模的冰帽出现过。白垩纪海盆迅速张裂的时期。中洋脊迅速扩张导致了海平面的上升。

白垩纪-古近纪灭绝事件

恐龙灭绝包括数个说法,但并未有一致认同的答案,其中之一为小行星撞击地球,造成希克苏鲁伯陨石坑,导致全球气候剧烈变化,恐龙和许多其他种类的生物因此而灭绝。白垩纪晚期,海洋继续拓宽,印度接近亚洲南缘。

始新世

5千万至5千5百万年前,印度开始撞击亚洲,形成了青藏高原喜马拉雅山脉。原本与南极洲相连的澳大利亚,此时也开始迅速向北移动。

中新世

2千万年前,南极洲冰雪所覆盖,同时北方各个大陆迅速冷却。世界看起来和现代相似,不过佛罗里达亚洲的一部分仍然在海洋之下。

冰川时期晚期

地球处于“冰室”气候时,两极皆被冰雪覆盖。极区冰盖因为地球轨道变化(米兰科维奇循环)而扩张。最后一次极区冰盖扩张发生在18,000年前。

现代世界

地球进入了大陆碰撞的新阶段,这最终会在未来形成新的盘古超大陆

未来世界

就如所有根据既有科学和证据做出的预测一样,以下的内容乃是根据既有的证据做出的推测,并不代表一定就会是事实。

5千万年后

如果今天的板块继续运动,大西洋将会拓宽,非洲会与欧洲碰撞,并使地中海闭合,澳大利亚将会与东南亚碰撞,加利福尼亚将向北滑移到阿拉斯加海岸之上。

1.5亿年后

沿着北美和南美东海岸将产生新的潜没带,这将消耗掉分开北美非洲的海底。距今1亿年后大西洋中脊将潜没,各个大陆将逐渐靠拢。

2.5亿年后

北大西洋南大西洋的海底将会潜没在北美南美之下,结果产生第二个盘古大陆——“终极盘古大陆”。这个超大陆中央会陷下一个小洋盆

板块的运动及边界

板块在软流圈之上运动,由地幔热柱产生驱动力而运动。板块之间有三种相对运动方式:聚合、张裂与保守(错动)三种方式,所以板块之边界可分为张裂型板块边界聚合型板块边界错动型板块边界三种类型。聚合型板块边界是板块相互挤压的地区,在地貌上表现为海沟、火山岛弧、褶曲山脉等。张裂型板块边界是板块相互拉张的地区,在地貌上表现为裂谷中洋脊等。错动型板块边界(保守性板块边界)是两个板块互相摩擦的地区,转形断层发育,其运动方式类似地表的走向滑移断层,因面积无改变而称之为保守性。

地球板块列表

世界各板块边界详略图
Cold front symbol.svg 隐没带 30→ 相对于非洲板块的移动速度(mm/Y
Alps 造山带

板块

小板块

隐没板块

古板块

参考文献

引用

  1. ^ Read & Watson 1975.
  2. ^ Scalera & Lavecchia 2006.
  3. ^ Andrew McLeish. Geological science 2nd. Thomas Nelson & Sons. 1992: 122. ISBN 0-17-448221-3.
  4. ^ 20世纪大事记. 国际文化出版公司. 1991.
  5. ^ 林明圣、萧谦丽. 板塊構造之父韋格納. 台湾网络科教馆. [2015-05-01]. (原始内容存档于2016-11-17).
  6. ^ Lamont-Doherty Earth Observatory Bestows Heritage Award on Marie Tharp, Pioneer of Modern Oceanography, Published Jul 10, 2001, Retrieved Oct 12, 2014
  7. ^ 胡焕庸. 世界海陆演化. 商务印书馆. 1981.

来源

  • Read, Herbert Harold; Watson, Janet. Introduction to Geology. New York: Halsted. 1975: 13–15. ISBN 978-0-470-71165-1. OCLC 317775677.
  • Scalera, G., and Lavecchia, G. Frontiers in earth sciences: new ideas and interpretation. Annals of Geophysics. 2006, 49 (1). doi:10.4401/ag-4406 (不活跃 2015-01-09).
  • Plate tectonic maps and Continental drift animations by C. R. Scotese,PALEOMAP Project(www.scotese.com

参见


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