第二章 大地构造学(板块构造理论-1板块构造理论起源)2012

第二章板块构造理论要点第一节板块构造理论的形成和发展大陆漂移——海底扩张——板块构造大陆漂移与海底扩张魏格纳大陆漂移的沉浮历史在Wegener前的活动论思想奥特利乌斯（1596年）在他的地理百科全书中提及美洲是“因地震与潮汐而从欧洲及非洲分裂开去”及“如果有人拿出世界地图，然后仔细观测三大洲的海岸线，就会发现(大陆)分裂的痕迹”。1620年，英国人F.培根，注意到了非洲西海岸和南美东海岸线如此吻合，不大可能是偶然的巧合。1658年，法国R.P.F普拉塞认为，南美洲和非洲曾一度相连而后来又分开了。19世纪末，Suess注意到南半球各大陆上的岩层非常一致，因而将他们拟合成一个单一大陆－冈瓦纳1912年，Wegener正式提出了大陆漂移学说，并在1915年发表的“海陆的起源”一书中做了论证。WEGENER

——grandfatherofplatetectonics

DIEENTSTEHUNGDERKONTINENTEUNDOZEANE《海陆的起源》1915年出版从古地理、古气候、古生物、地质和地球物理等方面论证大陆漂移学说，并展示了石炭纪晚期、第三纪早中期和第四纪早期的大陆位置复原图。AlfredWegenerAlfredLother

Wegener,1880－1930.德国气象学家、地球物理学家和探险家。1905年获柏林大学天文学博士学位。1930年第4次赴格陵兰探险时遇难。1961年由Graz大学捐赠、由奥地利登山者在格陵兰KamarujukFjord附近建立了A.Wegener

纪念碑魏格纳和他的家人乘坐气球1970在汉堡重新命名的魏格纳街魏格纳有关大陆漂移的著作1912a,DieEntstehung

der

Kontinente,Petermann’s

GeographycheMitteilungen,58,185-195,305-308.1912b,DieEntstehung

der

Kontinente,GeologischeRundschau,3,276-2921915,DieEntstehung

der

KontinenteundOzeane,Braunschweiz,Veiweg.1924,TheOriginofContinentsandOceans,London:Methuen.1929(1966),TheOriginofContinentsandOceans,NewYork:Dover.魏格纳时代的岩石圈观念Wegener大陆漂移学说主要依据大西洋两岸的海岸线相互对应南美和非洲、欧亚在地层、岩石和构造上相呼应相邻大陆，特别是大西洋两岸古生物群具有亲缘关系：中龙；舌羊齿C－P:南美洲、非洲中部、南极洲和印度、澳大利亚等都发生过广泛的冰川作用。上述很多地区现今处于赤道附近的热带。相反，北半球（除印度）同时期没有同时代的冰川遗迹Wegener还测量了格陵兰和欧洲之间的距离，发现在扩大魏格纳的大陆复原图魏格纳的石炭纪海陆复原图魏格纳的大陆复原图魏格纳的冈瓦纳构造图大陆岸线拟合大西洋周边500浔（1浔=1.852米）等深线拟合图南半球诸陆计算机拟合图运用构造带复原大陆石炭－二叠纪大陆冰川遗迹大陆漂移的古气候复原用兽孔目和舌羊齿复原成煤植物舌羊齿冈瓦纳古生代植物分布泥盆纪植物产地拟鳞木：下石炭统舌羊齿：下二叠统

Euramerian:下二叠统舌羊齿/Eur混合:下二叠统舌羊齿/华夏混合:下二叠统冰川的大致范围晚古生代中龙属在南美和非洲出现，暗示那个时期这两个大陆曾连在一起大陆漂移的古生物证据水龙兽犬颌兽290Ma的泛大陆大陆漂移学说发展遭到的阻碍魏格纳的大陆漂移学说没有很好地解决大陆漂移的力学机制问题，他认为，大陆漂移是硅铝质大陆壳像一座座桌状冰山一样航行在洋底的较重的硅镁质岩浆中，并且认为地球自转的离心力和潮汐摩擦力是推动大陆漂移的驱动力。这些论点遭到当时多数地球物理学家们的激烈反对，在地球物理学家们看来，洋底是坚硬的，大陆不可能像船一样航行在洋底或硅镁层之上，地球自转的离心力和潮汐摩擦力非常有限，远不足以推动大陆漂移。由于魏格纳的大陆漂移学说遇到动力机制上的困难而遭到地球物理学家们的强烈反对，加之其蕴含的活动论思想与当时地学界占支配地位的地槽理论在思想体系上矛盾，因而，随着他本人不幸于1930年逝世，大陆漂移假说一度销声匿迹。HaroldJeffreys的反对意见1929“TheEarth”（剑桥大学出版社多次再版）1.定量模式支持收缩说。2.指出Wegener大陆漂移说的最大弱点是机制问题。他定量地计算了极逸离力和潮汐力，论证了这些力太弱，不足以推动大陆在硅镁层上运动。他提出几条证据，证明硅镁层不能流动。20世纪30－50年代的坚持者Holms的对流模式（1944）AlexanderDu

ToitA.du

Toit的岩性－构造复原图Du

Toit的大陆复原Argand(1924)关于青藏高原

的构造图海底扩张与

大陆漂移说的新生二战后地球科学的进展1.海洋地学的发展2.地震学的发展3.古地磁学的发展4.地质年代学的发展5.地槽说与大陆增生6.全球构造理论的发展海洋地学的新进展海洋地学进展的原因：1.军事需求2.结合军事作基础研究3.探测仪器的发展海洋学测量仪器的发展：1.声纳深度记录仪；2.磁力仪；3.海洋重力仪；4.地震反射研究；5.地震折射研究；6.热流海底探针；7.海底取样器；海洋地学的进展1872-1876年英国挑战号的大洋调查1.大洋中脊；2.大洋断裂带；3.海下峡谷和海底平原；4.大洋海沟和岛弧；5.海山与平顶山（guyot）6.重力测量；7.地震研究；8.热流研究；9.磁场测量；10.地质年代学研究1872-1876英国挑战者号Challenger调查HarryHammondHess

H.Hess二战期间任美国太平洋战争时期凯普.约翰逊号船长，用声纳对海底做了不间断的观测。1946年发现水下平顶山。二战后任普林斯顿大学教授，1957年2月26日听Heezen的报告，报导了洋脊的发现，他当即指出：你动摇了地质学的基石。1960年口头发表，并于1962年正式发表了“海盆的历史”一文。北大西洋洋底地貌南大西洋洋底地貌海底地貌图海山和平顶山Hess的海底扩张模式A地球早期对流循环导致的大陆物质与地幔和地核物质的分离B现在，只有地幔发生对流，上涌对流导致大洋中脊，下降对流导致大洋海沟C大洋中脊过程的详细情况。由于温度升高和物质破裂，地震波速变慢。注意沉积物随远离中脊而堆积增大。DFisher和Hess的海沟作用过程模式，沉积物在对流室上面熔融，形成火山。新证据1：古地磁学1945-1959年地球过去磁场的研究提供了使地球物理学家最后接受大陆漂移的证据地球磁场特点：1.很弱：1高斯；2.地磁场是偶极的，地磁极接近地理极点；3.地面上任何一点的磁力线都可用两个分量来描述：磁倾角和磁偏角；在赤道上，磁倾角为0，在磁极点，磁倾角为90度；地磁场在地球表面是非均一的，在时间上也是变化的。Patrik

Blackett

and

KeithRuncorn（英国）PatrickBlackett通过测定研究英国2亿年前红色砂岩的古地磁，发现其古纬度要比现在的纬度低得多，从而明显意味着这些大陆之间发生过相对位移。他的研究组还证明印度从南半球向北漂移了4000英里（6400公里）Runcorn作出了北美和欧洲的极移曲线，提出大陆裂离时，极移曲线分离古地磁的研究使英国的一批地球物理学家首先转变为相信大陆漂移。Runcorn的极移曲线新证据2：贝尼奥夫带及其地震活动

Benioff（1954）提出的海沟向大陆一侧的地震剪切带证实洋壳向大陆壳下的俯冲HugoBenioffK.Wadati早在1930’s，日本学者Wadati首先发现倾斜的震源带，1950’s美国的Benioff对此详细研究，并作为大陆和大洋间的巨型逆冲带，海底扩张兴起后，被当作板块的俯冲带，给出了板块俯冲的形迹。新证据3：大西洋、印度洋中岛屿年龄随距中脊距离增大而增大新证据4：海底扩张说提出后，很快得到对海底磁异常研究的强有力支持。1961年，梅森（Mason）和拉弗（Raff）北美西部海岸外的磁力条带Vine

andMatthews（1963）对海底磁异常条带的成因解释结合古地磁倒转特性和海底扩张，对海底磁异常条带成因进行了解释，提出海底磁异常条带不是由海底岩石磁性强弱不同所致，而是在地球磁场不断倒转的背景下，海底扩张新涌到地表的岩浆冷却到居里点时磁化的结果

FredVineandDrummond

Matthews1962年，FredJ.Vine还是剑桥大学的一名研究生时，随一艘英国海洋考察船参加了国际印度洋考察队，并直接观察、了解了磁异常的存在。1963年9月，FredJ.VineandDrummondH.Matthews（研究生）合作发表了一篇短文：Magneticanomaliesoveroceanicridges,Nature,1963,v.199,p.947-949.古地磁与大陆漂移磁化：某些岩石在形成时在地球磁场下变为磁化岩石，保存并记录了当时地球磁场特征。剩磁：在有些条件下，原子质点定向产生的结构变化（磁畴）能够保持下来，当磁化场被移开后，物质仍能保持它的磁性。岩石的剩余磁性，反映了岩石形成时的地磁场的方向。通过岩石剩余磁性的研究，可以追溯历史时期地球磁场的特征和变化历史，这是古地磁学的研究目的。大洋脊沉积物的磁条带洋中脊岩浆冷却

与磁化东北太平洋磁力异常条带东太平洋隆磁性剖面新证据5：为了进一步证实海底扩张和海底条带状磁异常之间的关系，1968年开始，由多个单位科学家联合，进行了一系列的深海钻探工作（DeepSeaDrillingProject），岩芯上部沉积物中的微体古生物和下部玄武岩层的同位素年龄，证实在大洋中脊部份最新，为全新世，而两侧接近大陆最老岩石为侏罗纪。皮特曼（Pitman）等根据海底钻探数据的校正，制订了磁极年表，据中脊越近，洋底的地质年龄越新，越远则越老。根据磁极年表，编制了大西洋、太平洋和印度洋三大洋洋底年龄图。

大西洋、印度洋、太平