第四章现代自然科学地学

第四章现代自然科学地学第1页，共60页，2023年，2月20日，星期四1.了解现代地学关于地质构造问题的不同学说争论的概况；2.把握从大陆漂移说到板块构造说的发展线索,重点掌握大陆漂移说和板块构造说的基本观点；3.深刻理解科学上不同学说之争对科学发展的重要作用。第2页，共60页，2023年，2月20日，星期四一、地球的演化地球演化的天文时期从现代星云说可知，地球在天文时期的演化过程中，经历了冷--热--冷三个阶段。第一阶段——冷。地球是一片荒凉、沉寂的世界。第二阶段——热。地球内、外部圈层建立起来。第三阶段——冷。原始水圈在大气圈的基础上形成。第3页，共60页，2023年，2月20日，星期四地球剖面图第4页，共60页，2023年，2月20日，星期四地球演化的地质时期“水成论”：地球表面最初是一片汪洋，所有岩层都是在海水中经沉淀、结晶而形成，后来由于全球水位突然下降，才使岩层露出水面，形成高山和陆地。“火成论”：地心是熔融的岩石，当能量达到一定程度时，熔融的岩石就会冲破地壳喷发出来，固化为新岩层。

关于地壳的成因现在演变成“三元论”－岩浆成因、沉积成因、陨石成因。第5页，共60页，2023年，2月20日，星期四“灾变论”：由于发生过多次洪水灾变，才出现了不同的地层。他认为这种洪水的进退是大规模的激变，每一次洪水都把地球上的生物扫荡净尽，造成化石。“渐变论”：风、雨、河流、海浪、潮汐、冰川、火山和地震等自然力，不断地侵蚀搬运以及沉积，就能改变地层表面的状况。

第6页，共60页，2023年，2月20日，星期四二、地质学的发展阶段

1.18世纪末----20世纪初，在研究地质历史时，用生物化石来断定地质年代，称之为生物学地球观阶段。2.20世纪初，人们开始研究地壳和海洋的化学成分构成及其变化，矿物元素的分布，以此来推断地球地质的形成和演化，称之为化学地球观阶段。3.20世纪60年代起，人们开始用力学、电磁学等理论来研究地球地质结构特点及其运动规律，产生了大陆漂移、海底扩张、地质力学等一系列新的学说和理论，称之为物理地球观阶段。第7页，共60页，2023年，2月20日，星期四板块运动的三大学说1.大陆漂移说(continentaldrifttheory)2.海底扩张说(seabedoutspreadtheory)3.板块构造学说(theplatetectonicstheory)第8页，共60页，2023年，2月20日，星期四（一）大陆漂移说1、法国的斯尼德-佩利格里尼，根据大西洋两边大陆生物和古生物的亲缘关系推测大西洋是两边大陆漂移开后形成的。

第9页，共60页，2023年，2月20日，星期四亚特兰提斯冈亚那特提斯海（古地中海）劳亚古陆安加拉古陆冈瓦那古陆南极大陆2、奥地利的休斯，重塑了古代地球全貌，认为古代北半球有一个亚特兰提斯大陆，位置就在现代大西洋为中心的位置。而南半球则有一个冈瓦那古大陆，两个大陆之间隔着特提斯海（古地中海）。第10页，共60页，2023年，2月20日，星期四

3、大陆漂移观点是1910-1912年间由德国的气象学家和地质学家：魏格纳(A.L.Wegener,1880—1930)提出他注意到南美和非洲之间的海岸线凹凸互相对应，能够拼合起来，又了解到巴西与非洲有许多生物种属相似，因此开始思索大陆是不是会有长距离的水平移动。

第11页，共60页，2023年，2月20日，星期四第12页，共60页，2023年，2月20日，星期四基本思想：地球原来只有一个原始大陆——泛大陆，周围是原始海洋。大陆地壳的硅铝层由于均衡作用，象冰山一样漂浮在重而有塑性的大洋地壳的硅镁层上。

1912年：《大陆水平移动》1915年：《海陆起源》第13页，共60页，2023年，2月20日，星期四从一亿九千万年前的侏罗纪到五千万年前的第三纪，泛大陆逐渐分离：

欧亚非洲北美南美印度南极澳洲第14页，共60页，2023年，2月20日，星期四大陆的漂移就象被撕碎了的报纸，如果重新拼合起来，所印的一行行文字也能拼合，就不得不承认这些破碎的报纸原来是连在一起的。第15页，共60页，2023年，2月20日，星期四争论：大陆漂移的原动力是什么？大陆何时漂移？如何漂移的？

魏格纳认为，大陆漂移的原动力其一来源于地球的自转，其二来源于太阳和月亮的吸引所产生的自东向西推动的力。

第16页，共60页，2023年，2月20日，星期四4、地幔对流说：美国的霍姆斯在1928年提出了“地幔对流说”，他认为放射性物质的蜕变热能够使地幔保持可塑性而发生对流。地幔流在上升时迂到大陆壳层就向两边流去，巨大的力量将陆块扯开并使之分离随地幔漂移。地幔变成了带动大陆的“传送带”。

30年后，他的假说的证据竟然在海洋里被找到了。第17页，共60页，2023年，2月20日，星期四（二）海底扩张说：19世纪的有名的几次海洋综合探险调查，迅速扩大和加深了人类对海洋的认识。1871年“猎犬号”进行了为期五年的环球探险1872年“挑战者号”进行了为期四年的探险，围绕海洋学、海洋生物学、海洋地质学等几个方面对三大洋进行了全面的考察，写了50卷调查报告。二次大战以后，海洋地质学成了热门，深海探测技术迅速发展。海洋地质学广泛的使用了回声探测技术、水下电视、红外照相机及立体摄影等。现代深潜器一般都配备了摄象设备，测量用的各种传感器，以及搜集标本的采样器和灵活的机械手等，深潜器都有动力系统和控制系统，运转自如而且安全性都很好。

历史背景

第18页，共60页，2023年，2月20日，星期四大洋中脊—深海沟系统的发现◆人们发现了具有全球规模的大洋中脊—深海沟系统，发现了大洋中脊两侧成对称分布的岩石磁条带，还发现了沿大洋中脊和深海沟分布的强烈的洋底热流异常，正是这些大量的事实促使新的科学理论产生了。◆1960年美国的赫斯发表《海洋盆地的历史》，赫斯认为海底沿中洋脊的顶部裂开，新的海底就在这里形成，并向洋脊顶部的两侧扩张。洋底地质实际上正是地幔对流的直接体现，地幔对流的上升点在大洋中脊，然后分成两股向两侧运动，正是这种巨大的力量在大洋中脊中间沿轴线形成巨大的中央裂谷。第19页，共60页，2023年，2月20日，星期四主要观点：（1）海底沿洋中脊的顶部裂开，顺着裂隙，地下的熔岩涌流出来，形成新的洋底地壳。新的海底就在这里形成，这新的洋壳被对流的地幔牵动向两侧不断扩张延伸。由美国的赫斯(H.H.Hess)提出：1960年：《海洋盆地的历史》第20页，共60页，2023年，2月20日，星期四大西洋的形成图例第21页，共60页，2023年，2月20日，星期四（2）地幔对流的下降段在海沟附近，在那里古老的洋壳被对流的巨大力量拽入地球内部而被地幔吸收。

第22页，共60页，2023年，2月20日，星期四魏格纳曾经主张，各个大陆都是被独立的推动的，因此大陆的运动就像一只船在柔软的洋底上行驶。

赫斯却假设大陆并不是作为一个独立体系而运动的，大陆象木筏冻结在同样坚硬的海底地壳上并随海底一起运动

——这就是“海底扩张”。第23页，共60页，2023年，2月20日，星期四海底扩张学说是地学现代革命的开端，在短短的几年的时间里得到了大量观测事实的证实：

深海钻探揭示海底岩石的年龄，最老不超过2亿年，并且从洋脊向两侧由新变老，海洋岛屿岩石的年龄也是越接近洋中脊越新，推算平均的推移速度为2-6cm/a。第24页，共60页，2023年，2月20日，星期四海洋地壳年龄特征图第25页，共60页，2023年，2月20日，星期四1968年深海钻探第三次在南大西洋的钻探结果证实了海底扩张说

第26页，共60页，2023年，2月20日，星期四大陆漂移与海底扩张的证据♦计算机拟合与地质学证据♦大洋中脊两侧对称分布的岩石磁条带♦中洋脊—深海沟系统♦洋底热流异常♦古生物♦古气候第27页，共60页，2023年，2月20日，星期四

剑桥大学的爱德华.布拉德、J.E埃弗列特和A.G.史密斯用计算机做过大陆拟合的最佳化与误差检验。拟合的边缘部分不吻合平均值不超过一度。拟合处是沿大陆坡（浅灰区域）500浔的等深线。白色是缝隙处，黑色是重叠处。

计算机拟合与

地质学证据第28页，共60页，2023年，2月20日，星期四南美洲和非洲的拼合

（根据岩石和构造特征）第29页，共60页，2023年，2月20日，星期四两板块向两面分离，裂谷扩大第30页，共60页，2023年，2月20日，星期四全球洋中脊（部分）第31页，共60页，2023年，2月20日，星期四大洋中脊两侧对称分布的岩石磁条带第32页，共60页，2023年，2月20日，星期四

洋脊两侧对称的岩石磁化条带

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中洋脊—深海沟系统第34页，共60页，2023年，2月20日，星期四中洋脊—海底火山

第35页，共60页，2023年，2月20日，星期四

中洋脊系统分布图

第36页，共60页，2023年，2月20日，星期四洋底热流异常

地球是一个不断向外散发热量的球体。地球表面热流量的平均值在不同地区是不一样的。第37页，共60页，2023年，2月20日，星期四（三）在大陆漂移说、地幔对流说、海底扩张说的基础上，1968——1969年，法国的勒比雄（LePichon)、美国的摩根（Morgan）等人又进一步把陆地和海底统一起来考虑，认为洋底和陆地都是岩石圈的一个组成部分，进而提出一种全新的大地构造学说：板块构造学说。

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1965年，科学家运用计算机使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起。再者，海地地形、地震位置、火山等活跃部位都连接成为带状，于是“板块构造学说”这一革命性的见解应运而生。第39页，共60页，2023年，2月20日，星期四板块构造学说的主要内容：(1)．板块是上部较冷的刚体，下面是厚度不等的软流层。软流层的热对流是板块运动的动力，上升流在大洋中脊向两侧运动，象传送带一样把上面的岩石圈向两侧运送。同时有部分熔融地幔物质涌出地表形成新地壳。下降流在大陆边缘或深海沟把洋底壳拽入地幔，俯冲并消亡在地幔中。第40页，共60页，2023年，2月20日，星期四太平洋的形成第41页，共60页，2023年，2月20日，星期四(2)．大洋中脊处新地壳的产生与深海沟处老地壳的消亡相互补偿，使地壳大致平衡，保持一定的面积。(3)．板块的边缘是构造活动最激烈的地方。大陆破裂与碰撞、火山活动、地震，在漫长的过程中形成裂谷、地槽、海盆、褶皱山脉。第42页，共60页，2023年，2月20日，星期四板块的相互碰撞会形成山脉、岛弧链及海沟第43页，共60页，2023年，2月20日，星期四深海沟和岛弧第44页，共60页，2023年，2月20日，星期四板块的相互张裂又会形成大陆的裂谷、地槽、海盆：第45页，共60页，2023年，2月20日，星期四总之，板块内部相对稳定，其周围边界是岩石圈频繁活动的地带，地震、火山和断裂等活动比较活跃：第46页，共60页，2023年，2月20日，星期四板块俯冲带与岩浆作用和地震的关系第47页，共60页，2023年，2月20日，星期四

两面的板块性质可能相同，即同为大陆性板块或同为海洋性板块；两个一个类别，板块边缘的岩石物质，都会受到挤压而破碎，以至熔融，刺激深部板块的性质也可能不相同，即分别为大陆性板块和海洋性板块。无论是哪岩浆涌升，带来火山活动作用；另一方面，被挤压的岩层，亦会张裂和隆起，是为断层作用及褶曲作用；能量则通过地震和火山爆发等活动而释放。板块边缘的岩石物质都会受到挤压而破碎第48页，共60页，2023年，2月20日，星期四

当大陆板块与海洋板块相遇，两个板块缓缓靠近，或一个追及另一个时，密度较大的海洋板块地壳，会俯冲至较轻的大陆地壳之下，岩石被拖曳至地幔，熔融于软流圈中；俯冲作用并形成海沟。大陆板块与海洋板块碰撞第49页，共60页，2023年，2月20日，星期四大陆板块互相碰撞

第50页，共60页，2023年，2月20日，星期四大陆板块相碰撞

◆若为两个大陆板块相碰撞，原有的分隔海面便会逐渐消失，挤压形成巨大山脉及缝合线。◆高耸的喜玛拉雅山脉，便是这类板块碰撞边界形成的褶曲山脉。◆由南面而来的印度板块，于三千五百万年前与欧亚板块发生碰撞，从而使数百万年沉积于浅海的沉积岩挤压隆起，使原有的海洋逐渐缩小，慢慢形成巨大的山脉。在那近九千米高的岩石层中，夹杂了不少昔日海中生物的化石。◆由于印度板块仍向北方移动，喜玛拉雅山脉仍在不断增高；1954年的测量高度为8848m，1999年11月11日已把高度修订为8850m。

第51页，共60页，2023年，2月20日，星期四分离的板块边界第52页，共60页，2023年，2月20日，星期四

1.5亿年后的地球表面

第53页，共60页，2023年，2月20日，星期四2.5亿年后的地球表面

第54页，共60页，2023年，2月20日，星期四2.5亿年后的