板塊構造學

板塊構造學

地質學專業術語,研究地球岩石圈板塊的成因、運動、演化 、物質組成、構造組合、分布和相互關系以及地球動力學等問題的學科。地質學的一個分支。地球的岩石圈分解為若幹巨大的剛性板塊即岩石圈板塊,重力均衡地位于塑性軟流圈之上,並在地球表面發生大規模水準轉動;相鄰板塊之間或相互離散,或相互匯聚,或相互平移,引起地震、火山和構造運動。板塊構造學說囊括了大陸漂移說、海底擴張說、轉換斷層、大陸碰撞等概念和學說,為解釋地球地質作用和現象提供了極有成效的模式,是當代最有影響的全球構造理論。

  • 中文名稱
    板塊構造學
  • 外文名稱
    plate tectonics
  • 屬性
    地球構造學說
  • 套用學科
    海洋科技;海洋科學;海洋地質學

學說歷史

板塊構造學的發展和創立大致可分 3 個階段:

大陸漂移說

①1912年德國學者A.L.魏格納提出了大陸漂移說,50年代古地磁的研究測得各地在地質時代中的磁極位置變化多端,用大陸固定論無法解釋,採用大陸漂移說則可得到圓滿解釋,大陸漂移說隨之受到重視。

海底擴張說

②60年代美國地質學家H.H.赫斯和R.S.迪茨提出了得到海底磁異常研究支持的海底擴張說,論述了地殼的產生和消亡,並獲得深海鑽探的驗證。

板塊構造學

③1965年加拿大學者J.T.威爾遜建立轉換斷層概念並指出,連綿不絕的活動帶網路將地球表層劃分為若幹剛性板塊。1967~1968年法國人 X.勒皮雄、美國人D.P.麥肯齊將轉換斷層概念外延到球面上,定量地論述了板塊運動,確立了板塊構造學的基本原理。

辭海解釋

一種全球構造學說。認為岩石圈的構造單元是板塊。全球共分為六大板塊:歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊非洲板塊印澳板塊南極洲板塊。板塊的邊界是洋中脊、轉化斷層、俯沖帶和碰撞帶。由于地幔的對流,板塊在洋中脊分離、擴大,在俯沖帶俯沖、消減。板塊構造說是以大量海洋地質、地球物理和海底地貌等資料分析為依據。在大陸流漂移說和海底擴張說的基礎上發展起來的,它將大陸地質的研究與海底地質的研究統一起來。找出了它們之間的本質聯系。可用以解釋某些全球性的大地構造問題和礦產分布規律。

板塊構造學

研究意義

板塊構造學深刻地解釋了地震和火山分布、地磁和地熱現象、岩漿與造山作用;闡明了全球性大洋中脊和裂谷系、大陸漂移、洋殼起源等重大問題;更新了地質學中的許多概念,使得既承認水準運動也承認垂直運動的活動論觀點取代了曾佔統治地位的固定論。

板塊構造學以整體的研究觀點開拓了地球科學研究的深度和廣度,是地球科學領域中的一場革命,不過板塊構造學還存在一些有待解決的難題。板塊構造說對于板塊構造活動總的輪廓已比較清楚,但具體作用過程和細節還不十分明確;對板塊動力學的確定依然有困難;對板塊內部的構造和岩漿活動研究不足;對板塊俯沖、消亡及伴隨的岩漿活動、邊緣盆地起源等還了解不夠;還不能圓滿地解釋大陸岩石圈的成因和演化。

基本內容

根據物理性質可將地球上層自上而下分為剛性的岩石圈和塑性的軟流圈兩個圈層。岩石圈在側向上被地震帶所分割,形成若幹大小不一的板塊,稱為岩石圈板塊,簡稱板塊。各板塊的厚度不同,約在幾十千米至 200千米左右。全球共可分為六大板塊: 歐亞板塊、太平洋板塊、印度-澳大利亞板塊、南極洲板塊、美洲板塊、非洲板塊,在這六大板塊中還可進一步劃分為若幹小板塊。兩個板塊之間的接觸帶稱為板塊邊界。可分3類:① 離散型邊界,又稱生長邊界,為二相互分離的板塊邊界。見于洋中脊或洋隆,以淺源地震、火山活動、高熱流和引張作用為特征。洋中脊軸部是海底擴張的中心,也是地幔物質上涌、冷凝,生長出新的洋底岩石圈並增加到兩側分離的板塊後緣所在。②匯聚型邊界,又稱消亡邊界,二相互匯聚、消亡的板塊邊界。可分兩個亞類:俯沖邊界和碰撞邊界。現代俯沖邊界位于太平洋周緣的海溝,大洋板塊在此俯沖 、潛沒于另一板塊之下;大洋板塊俯沖殆盡,兩側大陸相遇匯合並相互碰撞乃形成碰撞邊界,歐亞板塊南緣的阿爾卑斯- 喜馬拉雅帶是典型的板塊碰撞帶的實例。③守恆型邊界,相當于轉換斷層,是二相互剪下滑動的板塊邊界。地震、岩漿活動、變質作用、構造活動等主要發生在板塊邊界。

板塊構造學

板塊運動是一板塊對于另一板塊的相對運動,其運動方式是繞一個極點發生轉動,其運動軌跡為小圓。軟流圈地球物理屬性是地震橫波波速降低、導電率顯著升高的上地幔中的低速層,其物質可能較熱、較軟、較輕,具有一定的塑性,是上覆岩石圈板塊發生水準方向上大規模運動的前提。板塊運動的驅動力一般認為來自地球內部,最可能是地幔中的物質對流。

內容詳述

表層結構

認為岩石圈(固體地球的外層部分)分成少數幾個在地函上漂浮著並在其上獨自運動著的板塊的學說。大部分的地震活動和火山活動,連同各種造山作用,都發生在這些板塊的邊界上。

地球的表層由大約十來個大板塊和幾個小板塊構成。在每一板塊範圍以內,地殼的岩石是作為一個剛體運動著,此剛體隻有微弱的撓曲現象,幾乎沒有地震活動和火山活動表現。板塊的邊緣是由出現世界上80%的地震和火山的狹窄地帶確定的。板塊邊界有3種類型。第一種是一條非常狹窄的由張應力所引起的淺層地震帶,這一地震帶恰恰是80,000公裏(48,000哩)長的活動的大洋中脊。第二種邊界類型出現在這些中脊發生水準橫錯的地區內。沿這種部位的斷層發生的地震強烈得多,這種地震是由斷層兩側的板塊沿相反方向彼此水準地相互摩擦所產生的。形成第三種邊界的地震,分布比較散,但卻包括了世界上的一切深層地震(即在深度超過145公裏〔90哩〕處產生的地震),並且與洋底下降到低於其正常深度達到海平面以下10.5公裏(6.6哩)的極其狹窄的海域--海溝--有聯系。較淺的地震主要與海溝邊緣上的火山活動有關,此邊緣以下,地震的最大深度順傾斜面依次遞增。

地震原因

中脊頂部地震產生的原因是中脊兩側板塊沿相反方向運動造成的張力。這種運動也使位于下面的熾熱岩石開始熔融,從而使其所承受的壓力得以釋放。結果產生的岩漿上升形成火山(例如冰島的那些火山),岩漿然後固結,稍後因張力再一次形成又裂開來。這種新的火山岩就這樣增加到各個板塊的邊界上,板塊便在這些「建設性的」邊緣上成長起來。不單地震的特徵,而且大洋火山岩的年齡也是板塊運動的證據。測定火山岩年代既可以利用覆蓋在上面的沉積物所含化石來完成,也可以利用岩石的磁性異常所代表的時間記錄來完成,岩石的磁性異常可以用航行在洋面上的探測船檢驗出來。這些資料表明,最新的火山岩在大洋中脊頂部,最老的則在最深的部位,即在海溝裏。不過,任何地方這種岩石都沒有比1.9億年更老的,這說明,所有更老的大洋岩石一定都已經被摧毀了。

海溝邊緣

海溝邊緣被稱作「破壞性的」,因為這裏是大洋岩石順傾斜面被俯沖銷減(向下拖帶)到地函裏去的區域。在俯沖銷減現象沿一大陸邊緣出現之處,火山活動便可使大陸岩石扭曲,形成像安地斯這樣的山脈。在其他區域,火山活動則造成島弧,如在西南太平洋。火山的岩石組分及其礦物組分隨其在傾斜面上的深度而有規律地改變,但其總的組分則是大陸殼岩石的組分。破壞性邊緣是大陸殼岩石被造成、而大洋殼岩石卻被回收返還給地函的區域。大陸殼岩石的密度太低,使之不能被下拖俯沖,所以,如果這類岩石被帶到了海溝裏,那它們最後終會碰撞,造成像阿爾卑斯和喜馬拉雅這樣的山系,這些山系是當非洲和印度分別同歐洲和亞洲碰撞時形成的。

橫寬範圍

板塊的橫寬範圍雖然界線是清楚的,可是厚度卻不夠肯定。在大洋中脊頂部,厚度很薄,但熱流和地震資料顯示,板塊底面的深度迅速增加︰在距脊頂大約9~19公裏(6~12哩)範圍內,達到48~57公裏(30~36哩);在距離脊頂大約960公裏(600哩)處,板塊底面深度已增加到115公裏(72哩)。板塊可在任何厚度處被下拖俯沖銷減,但厚度很少超過145公裏(90哩)。各板塊都由剛性的地函岩石及洋殼岩石組成,但不一定有大陸型的各種岩石(例如太平洋板塊就沒有大陸型岩石)。由剛性的地殼岩石和地函岩石組成的帶被稱作岩石圈,以之與更深處的軟流圈相區別︰更深處的地函岩石處在更高的溫度條件下,因而在受到構造作用應力時將發生塑性變形。大陸岩石圈下面並不是處處一致地墊托著一層軟流圈。此外,含鑽石的慶伯利岩之類火山岩的存在更指明︰此處岩石圈至少有190公裏(120哩)厚,因此,引起板塊運動的地函塑變流必然出現在甚至更深的部位。

地函運動

引起地函運動的原因在于有必要把放射性衰變在地球內部產生的熱量傳到地表,因此,對流的方式隨時間而變動。這已為過去板塊邊緣位置的改變所證實。形成北美洲西科迪勒拉山系的俯沖銷減作用在1,000萬年前就基本上停止了,盡管有些活動還在繼續產生火山(例如華盛頓州境內的聖希倫斯山〔Mount Saint Helens〕的繼續噴發)和阿拉斯加州的地震。

經過好幾億年時間之後,大約在1.6億~1.8億年前,地函對流的改變引起了先前存在的大陸的分裂而形成大西洋和印度洋,裂開的大陸聚合成為兩大塊--勞亞古陸(Laurasia)和貢德瓦納古陸(Gondwanaland)。情況類似的是,基本上已侵蝕掉的山系,比如北美洲東部的阿帕拉契山脈以及歐洲和非洲的加裏東-海西山脈,記錄了過去的大陸碰撞。這些山脈是當這幾個洲接連發生碰撞而形成的。地函對流的速度基本上取決於地函內部熱產量的平方根。這意味著,對流速度在大約30億年前肯定比今天的至少快一倍,因為那時放射產生的熱量比今天的大約多4倍。不過,這樣的運動在地面的表現也許曾經是不相同的。不存在年齡超過40億年的大陸型岩石,可能是由于那時岩石圈很薄,被再循還回收,不曾生成大陸型岩石。地球歷史的大部分期間內板塊構造活動的本質現在仍然不明確,所以,這種本質反映在大陸岩石中的情形的模式,是高度臆測的。

邊界學說

板塊邊界是構造活動帶,可分為離散型邊界、匯聚型邊界、守恆型邊界三類。

離散型邊界

又稱生長邊界,是兩個相互分離的板塊之間的邊界。常見于洋中脊或洋隆,以淺源地震、火山活動、高熱流和引張作用為特征。洋中脊軸部是海底擴張的中心,由于地幔對流,地幔物質在此上涌,兩側板塊分離拉開。上涌的物質冷凝形成新的洋底岩石圈,增加到兩側板塊的後緣上。

匯聚型邊界

又稱消亡邊界,是兩個相互匯聚、消亡的板塊之間的邊界。相當于海溝或地縫合線。可分為兩個亞類:大洋板塊在海溝處俯沖潛沒于另一板塊之下,稱為俯沖邊界,現代俯沖邊界主要分布在太平洋周緣;大洋板塊俯沖殆盡,兩側大陸相遇匯合開始碰撞稱為碰撞邊界,歐亞板塊南緣的阿爾卑斯-喜馬拉雅帶是典型的板塊碰撞帶的實例。

守恆型邊界

是兩個相互剪下滑動的板塊之間的邊界。相當于轉換斷層。地震、岩漿活動、變質作用、構造活動等主要發生在板塊邊界。板塊邊界的研究是板塊構造學的重要內容之一。

引起板塊運動的機製是未解決的難題。一般認為板塊運動的驅動力來自地球內部,可能是地幔中的物質對流。新生的洋殼不斷離開洋中脊向兩側擴張,在海溝處大部分洋殼變冷而致密,沿板塊俯沖帶潛沒于地幔之中。

現有成就

板塊構造學深刻地解釋了地震、火山、地磁、地熱、岩漿活動、造山作用等地質作用和現象;闡明了全球性的大洋中脊、裂谷系、大陸漂移、洋殼起源等重大問題;更新了地質學中的許多概念,並以其既承認水準運動也承認垂直運動的活動論觀點取代了長期統治地質發展研究的固定論,是地球科學領域中的一場革命。

未來展望

板塊構造學還存在一些有待解決的難題,如板塊運動機製、板塊運動具體作用過程和細節以及板塊內部的構造運動學和動力學等。

板塊構造學是研究地球岩石圈板塊的成因、運動、演化、物質組成、構造組合、分布和相互關系以及地球動力學等問題的地質學的一個分支學科。

板塊構造學認為地球的岩石圈分解為若幹巨大的剛性板塊即岩石圈板塊,重力均衡地位于塑性軟流圈之上,並在地球表面發生大規模水準轉動,板塊與板塊之間或相互離散,或相互匯聚,或相互平移,引起地震、火山和構造運動。

板塊構造學說囊括了大陸漂移說、海底擴張說、轉換斷層、大陸碰撞等概念和學說,為解釋地球地質作用和現象提供了極有成效的模式,是當代最有影響的全球構造理論。

1912年,德國學者魏格納首先提出了大陸漂移說,當時由于多數人的反對而沒有被人們接受。50年代古地磁學的研究測得各地在地質時代中的磁極位置變化多端,用大陸固定論無法解釋,採用大陸漂移說則可以得到圓滿的解釋,大陸漂移說隨之重新復活。

60年代初美國地質學家赫斯和迪茨在古地磁學研究的基礎上提出了海底擴張說,隨後英國的瓦因和馬修斯通過海底磁異常的研究,對海底擴張說作了進一步論證,論述了地殼的產生和消亡,並得到深海鑽探的驗證。1965年加拿大人威爾遜建立轉換斷層概念,並首先指出,連綿不絕的活動帶網路,將地球表層劃分為若幹剛性板塊。1967~1968年法國的勒皮雄、美國的麥肯齊將轉換斷層概念外延到球面上,定量地論述了板塊運動,確立了板塊構造學的基本原理。

地球上層構造根據物理性質在垂向上可以分為兩個截然不同的層圈,即下部塑性的軟流圈和上部剛性的岩石圈。岩石圈在側向上被地震帶所分割,形成若幹大小不一的塊體,稱為岩石圈板塊,簡稱板塊。板塊的厚度變化較大,約在幾十公裏至二百公裏。

成就與展望

板塊構造學深刻地解釋了地震、火山、地磁、地熱、岩漿活動、造山作用等地質作用和現象;闡明了全球性的大洋中脊、裂谷系、大陸漂移、洋殼起源等重大問題;更新了地質學中的許多概念,並以其既承認水準運動也承認垂直運動的活動論觀點取代了長期統治地質發展研究的固定論,是地球科學領域中的一場革命。

板塊構造學還存在一些有待解決的難題,如板塊運動機製、板塊運動具體作用過程和細節以及板塊內部的構造運動學和動力學等。

板塊構造學是研究地球岩石圈板塊的成因、運動、演化、物質組成、構造組合、分布和相互關系以及地球動力學等問題的地質學的一個分支學科。

板塊構造學認為地球的岩石圈分解為若幹巨大的剛性板塊即岩石圈板塊,重力均衡地位于塑性軟流圈之上,並在地球表面發生大規模水準轉動,板塊與板塊之間或相互離散,或相互匯聚,或相互平移,引起地震、火山和構造運動。

板塊構造學說囊括了大陸漂移說、海底擴張說、轉換斷層、大陸碰撞等概念和學說,為解釋地球地質作用和現象提供了極有成效的模式,是當代最有影響的全球構造理論。

1912年,德國學者魏格納首先提出了大陸漂移說,當時由于多數人的反對而沒有被人們接受。50年代古地磁學的研究測得各地在地質時代中的磁極位置變化多端,用大陸固定論無法解釋,採用大陸漂移說則可以得到圓滿的解釋,大陸漂移說隨之重新復活。

60年代初美國地質學家赫斯和迪茨在古地磁學研究的基礎上提出了海底擴張說,隨後英國的瓦因和馬修斯通過海底磁異常的研究,對海底擴張說作了進一步論證,論述了地殼的產生和消亡,並得到深海鑽探的驗證。1965年加拿大人威爾遜建立轉換斷層概念,並首先指出,連綿不絕的活動帶網路,將地球表層劃分為若幹剛性板塊。1967~1968年法國的勒皮雄、美國的麥肯齊將轉換斷層概念外延到球面上,定量地論述了板塊運動,確立了板塊構造學的基本原理。

地球上層構造根據物理性質在垂向上可以分為兩個截然不同的層圈,即下部塑性的軟流圈和上部剛性的岩石圈。岩石圈在側向上被地震帶所分割,形成若幹大小不一的塊體,稱為岩石圈板塊,簡稱板塊。板塊的厚度變化較大,約在幾十公裏至二百公裏。

板塊邊界是構造活動帶,可分為離散型邊界、匯聚型邊界、守恆型邊界三類。

離散型邊界,又稱生長邊界,是兩個相互分離的板塊之間的邊界。常見于洋中脊或洋隆,以淺源地震、火山活動、高熱流和引張作用為特征。洋中脊軸部是海底擴張的中心,由于地幔對流,地幔物質在此上涌,兩側板塊分離拉開。上涌的物質冷凝形成新的洋底岩石圈,增加到兩側板塊的後緣上。

匯聚型邊界,又稱消亡邊界,是兩個相互匯聚、消亡的板塊之間的邊界。相當于海溝或地縫合線。可分為兩個亞類:大洋板塊在海溝處俯沖潛沒于另一板塊之下,稱為俯沖邊界,現代俯沖邊界主要分布在太平洋周緣;大洋板塊俯沖殆盡,兩側大陸相遇匯合開始碰撞稱為碰撞邊界,歐亞板塊南緣的阿爾卑斯-喜馬拉雅帶是典型的板塊碰撞帶的實例。

守恆型邊界,是兩個相互剪下滑動的板塊之間的邊界。相當于轉換斷層。地震、岩漿活動、變質作用、構造活動等主要發生在板塊邊界。板塊邊界的研究是板塊構造學的重要內容之一。

引起板塊運動的機製是未解決的難題。一般認為板塊運動的驅動力來自地球內部,可能是地幔中的物質對流。新生的洋殼不斷離開洋中脊向兩側擴張,在海溝處大部分洋殼變冷而致密,沿板塊俯沖帶潛沒于地幔之中。

板塊構造學深刻地解釋了地震和火山分布、地磁和地熱現象、岩漿與造山作用;闡明了全球性大洋中脊和裂谷系、大陸漂移、洋殼起源等重大問題;更新了地質學中的許多概念,使得既承認水準運動也承認垂直運動的活動論觀點取代了曾佔統治地位的固定論。

板塊構造學以整體的研究觀點開拓了地球科學研究的深度和廣度,是地球科學領域中的一場革命,不過板塊構造學還存在一些有待解決的難題。板塊構造說對于板塊構造活動總的輪廓已比較清楚,但具體作用過程和細節還不十分明確;對板塊動力學的確定依然有困難;對板塊內部的構造和岩漿活動研究不足;對板塊俯沖、消亡及伴隨的岩漿活動、邊緣盆地起源等還了解不夠;還不能圓滿地解釋大陸岩石圈的成因和演化。

認為岩石圈(固體地球的外層部分)分成少數幾個在地函上漂浮著並在其上獨自運動著的板塊的學說。大部分的地震活動和火山活動,連同各種造山作用,都發生在這些板塊的邊界上。

地球的表層由大約十來個大板塊和幾個小板塊構成。在每一板塊範圍以內,地殼的岩石是作為一個剛體運動著,此剛體隻有微弱的撓曲現象,幾乎沒有地震活動和火山活動表現。板塊的邊緣是由出現世界上80%的地震和火山的狹窄地帶確定的。板塊邊界有3種類型。第一種是一條非常狹窄的由張應力所引起的淺層地震帶,這一地震帶恰恰是80,000公裏(48,000哩)長的活動的大洋中脊。第二種邊界類型出現在這些中脊發生水準橫錯的地區內。沿這種部位的斷層發生的地震強烈得多,這種地震是由斷層兩側的板塊沿相反方向彼此水準地相互摩擦所產生的。形成第三種邊界的地震,分布比較散,但卻包括了世界上的一切深層地震(即在深度超過145公裏〔90哩〕處產生的地震),並且與洋底下降到低於其正常深度達到海平面以下10.5公裏(6.6哩)的極其狹窄的海域--海溝--有聯系。較淺的地震主要與海溝邊緣上的火山活動有關,此邊緣以下,地震的最大深度順傾斜面依次遞增。

中脊頂部地震產生的原因是中脊兩側板塊沿相反方向運動造成的張力。這種運動也使位于下面的熾熱岩石開始熔融,從而使其所承受的壓力得以釋放。結果產生的岩漿上升形成火山(例如冰島的那些火山),岩漿然後固結,稍後因張力再一次形成又裂開來。這種新的火山岩就這樣增加到各個板塊的邊界上,板塊便在這些「建設性的」邊緣上成長起來。不單地震的特徵,而且大洋火山岩的年齡也是板塊運動的證據。測定火山岩年代既可以利用覆蓋在上面的沉積物所含化石來完成,也可以利用岩石的磁性異常所代表的時間記錄來完成,岩石的磁性異常可以用航行在洋面上的探測船檢驗出來。這些資料表明,最新的火山岩在大洋中脊頂部,最老的則在最深的部位,即在海溝裏。不過,任何地方這種岩石都沒有比1.9億年更老的,這說明,所有更老的大洋岩石一定都已經被摧毀了。

海溝邊緣被稱作「破壞性的」,因為這裏是大洋岩石順傾斜面被俯沖銷減(向下拖帶)到地函裏去的區域。在俯沖銷減現象沿一大陸邊緣出現之處,火山活動便可使大陸岩石扭曲,形成像安地斯這樣的山脈。在其他區域,火山活動則造成島弧,如在西南太平洋。火山的岩石組分及其礦物組分隨其在傾斜面上的深度而有規律地改變,但其總的組分則是大陸殼岩石的組分。破壞性邊緣是大陸殼岩石被造成、而大洋殼岩石卻被回收返還給地函的區域。大陸殼岩石的密度太低,使之不能被下拖俯沖,所以,如果這類岩石被帶到了海溝裏,那它們最後終會碰撞,造成像阿爾卑斯和喜馬拉雅這樣的山系,這些山系是當非洲和印度分別同歐洲和亞洲碰撞時形成的。

板塊的橫寬範圍雖然界線是清楚的,可是厚度卻不夠肯定。在大洋中脊頂部,厚度很薄,但熱流和地震資料顯示,板塊底面的深度迅速增加︰在距脊頂大約9∼19公裏(6∼12哩)範圍內,達到48∼57公裏(30∼36哩);在距離脊頂大約960公裏(600哩)處,板塊底面深度已增加到115公裏(72哩)。板塊可在任何厚度處被下拖俯沖銷減,但厚度很少超過145公裏(90哩)。各板塊都由剛性的地函岩石及洋殼岩石組成,但不一定有大陸型的各種岩石(例如太平洋板塊就沒有大陸型岩石)。由剛性的地殼岩石和地函岩石組成的帶被稱作岩石圈,以之與更深處的軟流圈相區別︰更深處的地函岩石處在更高的溫度條件下,因而在受到構造作用應力時將發生塑性變形。大陸岩石圈下面並不是處處一致地墊托著一層軟流圈。此外,含鑽石的慶伯利岩之類火山岩的存在更指明︰此處岩石圈至少有190公裏(120哩)厚,因此,引起板塊運動的地函塑變流必然出現在甚至更深的部位。

引起地函運動的原因在于有必要把放射性衰變在地球內部產生的熱量傳到地表,因此,對流的方式隨時間而變動。這已為過去板塊邊緣位置的改變所證實。形成北美洲西科迪勒拉山系的俯沖銷減作用在1,000萬年前就基本上停止了,盡管有些活動還在繼續產生火山(例如華盛頓州境內的聖希倫斯山〔MountSaint Helens〕的繼續噴發)和阿拉斯加州的地震。

經過好幾億年時間之後,大約在1.6億∼1.8億年前,地函對流的改變引起了先前存在的大陸的分裂而形成大西洋和印度洋,裂開的大陸聚合成為兩大塊--勞亞古陸(Laurasia)和貢德瓦納古陸(Gondwanaland)。情況類似的是,基本上已侵蝕掉的山系,比如北美洲東部的阿帕拉契山脈以及歐洲和非洲的加裏東-海西山脈,記錄了過去的大陸碰撞。這些山脈是當這幾個洲接連發生碰撞而形成的。地函對流的速度基本上取決於地函內部熱產量的平方根。這意味著,對流速度在大約30億年前肯定比今天的至少快一倍,因為那時放射產生的熱量比今天的大約多4倍。不過,這樣的運動在地面的表現也許曾經是不相同的。不存在年齡超過40億年的大陸型岩石,可能是由于那時岩石圈很薄,被再循還回收,不曾生成大陸型岩石。地球歷史的大部分期間內板塊構造活動的本質現在仍然不明確,所以,這種本質反映在大陸岩石中的情形的模式,是高度臆測的。

板塊構造(plate tectonics)理論產生于20世紀60年代初期(Wilson,1965),該理論對生物地理學影響很大,很多情況下,不同地區上很多植物和動物分布,隻有通過我們現在掌握的有關板塊構造的理論才能夠解釋。

我們這個行星表面,是由厚度大約為100-150 km的巨大板塊構成,全球岩石圈可分成六大板塊,即太平洋板塊、印度洋板塊、亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊和南極洲板塊,其中隻有太平洋板塊幾乎完全在海洋,其餘板塊均包括大陸和海洋,板塊與板塊之間的分界線是海嶺、海溝、大的褶皺山脈和大斷裂帶。這些板塊就像冰山在海洋中一樣飄浮在玄武岩質基底上,進行非常緩慢的移動。大部分陸地或者全部大陸都在板塊之上,所以當板塊運動的時候,各個大陸之間就表現出了相對運動狀況,我們稱此為大陸漂移(continent drift)。

大陸板塊具有三種可能的運動形式:第一是新板塊的形成,在板塊交界處或者邊緣,由于熔岩涌出和冷卻產生新板塊,這類邊緣板塊一般都沉積在海底,但是如果這些板塊上面有陸地,那麽陸地就會隨之而相對運動,這種邊緣可能由一塊大陸中間的斷裂開始。比如東非大峽谷(The great rift valley in East Africa)就是兩個板塊分離初期階段的例子,當這兩部分大陸徹底分開之後,海水就會淹沒斷層部分,進而形成一個新大陸。分離的初期,這兩塊陸地還具有相同的植物和動物區系,原種的滅絕和新種屬的進化導致兩塊陸地的動植物區系發生變化。

第二種板塊運動形式是板塊相對趨近運動,如果一個或者兩個板塊邊緣都是很薄的海洋岩殼,那麽,一個板塊就可能滑向另一個,當兩個板塊運動到一起時,它們之間的摩擦造成戳穿和劇烈運動,因而產生地震帶。海洋下沉岩殼向更深層地殼運動,在接近熱核(hot core)深層時融化,然後融化的岩漿噴出地表,形成火山噴發現象。如果這兩個板塊攜帶著大陸,那麽,它們將相互接近。大陸殼比海洋岩殼密度小,所以,如果一個大陸接近一個下沉板塊邊緣的時候,就不會滑向另一塊岩殼的下面,所以,就會防止它下面的板塊繼續下沉。如果兩塊板塊各具有一片陸地,相互碰撞時都不會塌陷退讓,撞擊的結果形成長長的山脈。喜馬拉雅山是世界上最高的山脈,就是由于4000-4500萬年前,印度板塊和亞洲板塊相撞形成的,現在仍然在緩慢上升。

第三種是板塊邊緣相互碰撞滑開,加利福尼亞的SanAndreas 斷層(fault)顯示向北滑動的太平洋板塊和向南滑動的北美板塊。

可見,目前的大陸都是由一塊被稱為泛大陸(Pangea)的超級古陸分離形成的,大約在2億年前分成兩半,一半是Laurasia,另一半是Gondwanaland。一旦大陸被分割成不同的陸塊,互相之間就被浩瀚的大海彼此孤立,同時每塊大陸上的動植物也被隔離,各自獨立進化的結果導致目前彼此不同的生物地理格局。

因此按照目前的板塊學說,約可將板塊邊界分類如下:

(1) 建設性或分離型的邊界(又稱擴張邊界,divergent boundary):兩個相鄰板塊向互相分離的方向走,如大西洋著名的中洋脊

(2) 破壞性或聚合型的邊界(convergent boundary):兩板塊沖撞在一起時,其中一塊板塊受到擠壓而俯沖進入地函,形成隱沒帶。如菲律賓海板塊隱沒到太平洋板塊下面,產生全球最深之馬尼亞那海溝。

(3) 存留、轉換或剪下型的邊界(transform boundary):這個邊界與擴張邊界都是近乎垂直的面,最典型為美國加州聖安德烈斯斷層。

根據勒皮雄(Le Pichon)等人觀點,全球岩石圈劃分為六大板塊:

美洲板塊 - 北美洲,西北大西洋、格陵蘭島、南美洲及西南大西洋

南極洲板塊 - 南極洲及沿海

亞歐板塊 - 東北大西洋,歐洲及除印度外的亞洲

非洲板塊 - 非洲,東南大西洋及西印度洋

印度洋板塊 - 印度,澳大利亞,紐西蘭及大部分印度洋

太平洋板塊 - 大部分太平洋(及加利福尼亞南岸)

目前一般認為全球有十二個板塊,包括:

以陸地為主、涉及少量海洋的板塊:歐亞(Eurasian)板塊、阿拉伯(Arabian)板塊、非洲(Africa)板塊、北美(North American)板塊、南美(South American)板塊、南極洲(Antarctica)板塊

以海洋為主的板塊:太平洋(Pacific)板塊、菲律賓海(Philippine)板塊、納茲卡(Nazca)板塊、可可斯(Cocos)板塊、印度-澳大利亞(Indian-Australian)板塊、加勒比(Caribbean)板塊

此外,還有人劃分出許多微板塊,關于這個問題,目前學術界正處在熱烈的討論之中,尚無定論

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