大地构造课件 第三讲大陆漂移和海底扩张

主讲：童亨茂地球科学学院大地构造学第三讲：大陆漂移和海底扩张学说第二章大陆漂移和海底扩张学说第一节大陆漂移说主张地球表层存在大规模水平运动的活动论观点，首先是以大陆漂移的形式公布于世。简朴的大陆漂移见解可一直追溯到几个世纪以前。法国学者斯纳德（A.Snider,1858)、美国地质学家泰勒（F.B.Taylor,1910)等曾论证过大陆漂移。不过一般公认德国气象学家和极地探险家魏格纳是大陆漂移的创始人。一、大陆漂移说的基本内容魏格纳假设地球上所有的大陆在中生代以前（180Ma)曾是一统一的巨大陆，称为联合古陆或泛大陆（Pangaea)，中生代以来，联合古陆分裂，它的碎片——即现代的各大陆逐渐漂移到目前所处的位置上(大陆漂移过程图）。由于大陆原来是一大块，所以以前根本不存在大西洋、印度洋，而只有围绕泛大陆的广阔海洋——泛大洋（古太平洋），以后大陆分离，形成了大西洋和印度洋，泛大洋收缩而形成现今的太平洋。较轻的硅铝质大陆块就象大冰山一一样沉浮在较重的硅镁质岩浆里，，大陆就在硅镁层上漂移着，当大陆漂移时，前方的洋底被大陆所掩盖，后方的硅镁层洋底不断地露出来。大陆漂移的驱动力是与地球自转有关的两种力：向西漂移的力和指向赤道的离极力。冈瓦纳大陆劳亚大陆大陆漂移的过程(Wegener,1922)二、大陆漂移的证据1、大陆的拼合2、古生物的证据3、地质构造方面的证据4、古冰川证据5、古气候证据大西洋两岸轮廓有惊人的相似性(据E.J.Tarbuck,1987)大陆拼合证据E.C布拉德等用计算机方法对美洲、非洲和欧洲进行了大陆的拼合（以陆壳的边界，即大陆坡的附近坡脚为准）大陆拼合证据古生物的证据地质构造方面的证据地质构造方面的证据古冰川证据古气候证据石炭纪联合古陆上古冰川（E)、煤（K)、石膏(G)、岩盐(S)、沙漠砂岩(W)的分布三、大陆漂移的衰落大陆漂移的问世，在国际地学界掀起了轩然大波，一些人热烈赞同、深入探讨，一些人激烈反对，斥为谬论。自此以后，活动论和固定论逐渐出现了两军对垒、激烈论战的局面。魏格纳大陆漂移说的根本弱点，在于大陆漂移的机制方面。当时以英国著名学者杰弗里斯（Jefferys,1924)为首的一大批地球物理学家坚决反对大陆漂移说，他们断言，洋底是坚硬的，大陆象船一样航行在洋底或硅镁层之上是根本不可能的，同时离极力太小，不足以推动深厚庞大的陆块三、大陆漂移的衰落就这样，当时的许多地球科学家抓住大陆漂移说的某些缺点和错误，结果把合理的内核也抛弃掉了。当1930年魏格纳在格棱兰探险遇难后，所创立的大陆漂移说也随着衰落了。后来古地磁研究决定性地推动了大陆漂移说，包括大陆之间的相对位移的确定（磁极移曲线）和古大陆重建（不同时期的古大陆重建图），并用新的理论来解释大陆漂移的机制。第二节海底扩张学说大陆漂移说的提出，很圆满地解释了大陆上的很多地质现象，冲击了固定论。但这一假说所提示的运动缺乏圆满的机制，地球物理学家研究证实，硅铝层在硅镁层上漂移是不可能的，最后大陆漂移学说彻底衰落。而海底扩张的提出彻底冲破了固定论，使人们对海洋地质和大洋演化有了全新的认识，为板块构造理论的提出做了铺垫。海底扩张学说的提出，主要基于二十世纪五、六十年代地质调查的新发现，特别是洋底地质调查的新发现。一、地质调查的新发现五、六十年代前后，国际地科联组织进行了全世界大规模的海洋地理、地球物理和地质的调查和研究工作，以及二战海洋探测资料的公开，对于海洋有了许多新的发现，这些发现和以前人们对海洋的设想完全不同，或完全出乎意料。这些现象有地形地貌方面的，也有地质和地球物理方面。1、洋底地形的新发现洋底地貌探测结果表明，洋底并非过去人们所想象的那样是简单的深海盆地，而是和陆地一样高低不平（洋底地形主要单元示意图），而且存在三种特殊类型的地形。⑴在大洋中发现了绵延很长的海岭系统，规模比陆地上的任何山脉都要巨大⑵洋底地貌另一醒目的地貌形态就是海沟及其附近的岛弧，组成弧-沟体系（参见太平洋洋底地形图和海沟分布图）⑶洋底存在一系列的平顶火山（参见太平洋洋底地形图）一、地质调查的新发现

●大洋海岭系统：中脊与中隆大西洋、印度洋和北冰洋的海底山脉称中脊（大西洋洋底地形图，洋底地形单元示意图、全球洋中脊分布图、大洋中脊的裂谷系统剖面图），脊上通常有一狭窄裂谷，有活火山（如冰岛）、浅源地震，表明正在活动；东太平洋海底的山脉称作中隆，比较简单，未发现裂谷（太平洋洋底地形图）。大西洋洋底地形（据E.J.Tarbuck,1987)太平洋洋底地形（据E.J.Tarbuck,1987)全球海沟分布图●弧沟体系●平顶火山2、陆壳和洋壳厚度、结构存在很大的差异（图）3、贝尼奥夫带的发现（图）1954年贝尼奥夫根据环太平洋震源深度从大洋向大陆方向有规律地增大的现象，提出海沟下面存在一向大陆倾斜的地震带，即贝尼奥夫带，这意味着大陆和大洋之间存在相互运动。4、大陆之间存在相对位移二十世纪六十年代，Runcon根据磁极移曲线，发现欧洲和北美在地史期间存在大规模的相对位移。一、地质调查的新发现

陆壳洋壳差异图贝尼奥夫带贝尼奥夫带欧洲和北美的磁极移曲线指示两个大陆存在大规模的水平运动磁极移曲线二、海底扩张学说要点新发现的现象用传统的地质理论无法理解。到六十年代初，Hess和Dietz重新提出了对大陆漂移这一活动论思想的再认识，提出了海底扩张的假说（海底扩张假说示意图）。用动画来说明海底扩张的基本理论[海底扩张的动画]。他们认为上述互不相关的发现可以用海底扩张和地幔对流来统一解释，在《大洋盆地的历史》这一论文中阐述了这一新的理论。其要点如下：●大洋中脊（或中隆）是地幔对流物质上升、不断形成新洋壳的地带，洋壳在中脊连续产生而把大陆向两侧推开（图）；●在地球体积基本不变的假定条件下，必须有一部分洋壳在地表的另一地区等速销毁，洋壳就在贝尼奥夫带重新插入地幔（图）●根据有关证据，海底扩张的速度为2cm/a，这就意味着占地球表面j积2/3的大洋壳是在地球历史5%的时间内（2亿年）内形成的，即大洋是年青而短命的。另一方面，大陆尽管永远存在，但却只是被动地被拉开、合拢或彼此华裔，各大陆仿佛坐在传送带上，在对流层上漫漫移动。●海底扩张最主要的动力是地幔物质的对流（图）海底扩张学说要点新的大洋壳不断地从洋中脊生成，把已生成的洋壳推开，这样海底不断扩张三、海底扩张学说的验证海底扩张学说提出以后，进一步的实践显示出这一学说强大的生命力。一系列的新发现和海底扩张理论所预测的相符。对海底扩张说的验证最主要的可概括为以下两个方面：1、洋底磁异常条带2、洋底沉积物、洋壳年龄以及热流量变化的相关性●磁异常条带Manson首先在东太平洋发现磁异常条带[磁异常条带图]，一直没有得到很好的解释。Vine和Matthews把磁异常条带和海底扩张联系起来（海底扩张形成磁异常条带的图片），很好地解释了磁异常条带的成因，并据此异常了未知区域的磁异常条带，并得到了证实（录象）。这为海底扩张理论提供了很充分的证据。

三、海底扩张学说的验证实测磁异常条带实例瓦因——马修斯磁异常条带成因假说瓦因——马修斯磁异常条带成因假说●洋底沉积物、洋壳年龄以及热流量变化的相关性1964年以来的深海钻探证实，洋底沉积物从中脊向两侧从无到到有，逐渐加厚[洋底沉积物厚度变化图片]；洋底玄武岩年龄中