大陆漂移说的扩张说

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"海底扩张说"是否支持了"大陆漂移说"?~


海底扩张说(sea-floor spreading hypothesis)是海底地壳生长和运动扩张的一种学说,是对大陆漂移说的进一步发展。 它是20世纪60年代,由加拿大科学家H.H赫斯和R·S·迪茨分别提出的。
沿大洋中部穿透岩石圈的裂缝或裂谷向两侧扩展并导致新生洋壳的学说。它认为地幔物质在这种裂缝带下因软流圈内的物质上涌、侵入和喷出而形成新的洋壳,随着这个作用不断进行,新上涌侵入的地幔物质把原已形成的洋壳向裂谷两侧推移扩张,致使洋底不断新生和更新。

由于洋壳不断向外推移,及至海沟岛弧一线,便受阻于大陆而俯冲下插于地幔,达到新生和消亡的消长平衡,从而使洋底地壳在2~3亿年间更新一次。
海底扩张说验证主要的有以下两个方面:①1963年F.J.瓦因和D.H.马修斯用地磁场极性的周期性倒转的地磁反向周期特征,对印度洋卡尔斯伯格中脊和北大西洋中脊的洋底磁异常特征作了分析。洋中脊区的磁异常呈条带状,正负相间,平行于中脊的延伸方向,并以中脊为轴呈两侧对称,其顺序与地磁反向年表一致。这就证明了洋底是从洋中脊向外扩展而成,洋底磁异常条带因顺序相同而具全球可对比性。②1965年J.T.威尔逊提出了转换断层的概念,这就使岩石圈水平位移成为可能,也因此阐明了洋中脊的扩张新生洋壳和海沟带的洋壳俯冲消减的消长平衡关系,即扩张与消减速率相等。

海底扩张作用以洋中脊为轴向两侧扩张,通常用扩张速率来表示其强度。一般以一侧的速率来表示。测算结果表明,太平洋的扩张速率为每年5~7厘米,大西洋的扩张速率为每年1~2厘米。

海底扩张说在大陆漂移说的基础上,把洋中脊的扩张与海沟岛弧的俯冲联系起来,即认为大洋水体虽然是古老的,但洋底因不断更新而具新洋壳,而大陆则是由不同时代的陆块不断裂解、拼合和增生而成。

大陆漂移的证据:世界大陆轮廓有很好的相似性,例如南美洲大陆和非洲大陆可以很好的拼合在一起;大西洋两岸的非洲与美洲古生物分布遥相呼应;古地层类型相似等。
海底扩张的证据:海底岩石比较年轻,不超过2亿年;年龄比较接近的岩层在大洋中脊的两侧对称分布;古老的岩层分布于大陆附近的海沟处,大洋中脊处的岩石最年轻。

为了完满地解释地壳的不稳定性和可变性,板块构造理论还必须与“海底扩张说”结合起来。海底扩张说是普林斯顿大学的哈里·赫斯于 1960 年首次提出来的。该学说描述的是纵贯主要大洋海丘两侧的海底部分持续受到挤压的过程。赫斯最初是在 1960 年撰写的一篇手稿中阐述这个观点的,而该手稿作为一本书中的一章直到 1962 年才正式出版。由于这个观点极为新颖、奇特,以致于赫斯把书中的这一章看作是“一篇地球散文诗”。赫斯指出,逐渐降到海底的巨大海丘是地壳下地幔内熔融物质上涌的出口。这种物质同样沿着海丘的两侧流淌、冷却、固化,最后变成地壳的一部分覆盖在原来的地壳之上。当海丘两侧的地壳以这种方式积累增长时,这种物质(巨大的板块)就会横向离开海丘。既然地球不可能增大,这个板块在增长过程中也不会简单地扩张,那么在远离海丘之外,必定会有一处板块发生分裂。换言之,板块离海丘最远处的边界被挤到另一个板块底下,并最终进入地幔中。这时,板块边缘的水分全部被挤压出来,而板块进入地幔的部分又重新变成了熔融状。这个过程同某种对流“传送带”联系在一起,即从海丘的地幔中带出物质,然后把它传送出去,这些物质最终在远处的海沟附近又再次回到地幔中。
于是,大西洋底便产生了一股巨大的、持续的压力,它把载有南美洲和非洲的两大板块推离大西洋中的海丘。大约在 1.8 亿年以前,南美洲和非洲是连在一起的,这就是冈瓦纳大陆。两块大陆的分裂线与导致海底扩张的,并且仍很活跃的大西洋底海丘线十分吻合。每当发生地震时,这条海丘线便清楚地显现出来,它与南美洲和非洲的大西洋海岸线的距离大致上是相等的。
赫斯进而提出了海底扩张说的合理推论。他认为,由于海底扩张效应,海底壳层不断地在大陆一边创生,而同时又在大陆的另一边消失(麦肯奇 1977,117)。这个观点通常被看成板块构造说进一步发展的主要内容,也是我们理解大陆漂移理论的主要基础。大西洋地壳层从海丘移出的速度大约是每年四厘米。按照这个速度推算,大西洋海底壳层从海丘全部移出,也就是移动整个大西洋宽度的距离所需的时间为两亿年。这个数字立即可以用来解释许多未知的奥秘。例如,海底钻孔找到的化石标本都未超过两亿年(中生代前后)。而从陆地上挖掘出的海生化石研究表明,这些海生生物都可追溯到二十亿年以前。再如,假设海床的年龄与大陆同样古老,那么按正常的沉积速度,海床上应当产生很厚的沉积层,但钻探分析表明,海床上的沉积物很少。简而言之,在海洋存在的几十亿年中(乌耶达 1978,63),海底并不是永恒的,而是在不断地变化,不断地运动。
如果把赫斯的观点同板块构造说的一般思想结合起来,就可以满意地解释另一个现象或过程;板块边缘新物质的增加,并不使板块的面积增大。由于压力作用,板块在不断地缩小。这一点在两个板块的碰撞处山脉的形成和山脉的更替中,表现得非常明显。
哈里·赫斯在阐述他的海底扩张说时,很清楚他的理论“与大陆漂移说并不完全相同”(1962,617)。按照大陆漂移说的思想,“大陆……受某种未知力的驱动,在海底壳层上漂移”,但他的理论的基本思想是,大陆“被动地浮在地幔之上,当地幔物质从海底海丘上流出时,大陆便横向移动开来。”
前面曾谈到,一般人都认为:最初解释是正确的,那么在海丘两侧就应该有对称的条状磁化区域。这项验证性实验是剑桥大学当时的研究生 F·J·维恩和他的导师 P·H·马修斯提出的。实地测量很快证实,条状磁化区域确有预期的那种对称性。
按照这一理论,当炽热的熔融物质沿海底海丘流淌并固化时,它便感应了当时的地磁场。既然新的物质把它从海丘上推开,它仍将保持冷却时所感应的磁性。因此,每一条前后相继固化的物质带应该有记录形成日期的磁性标志,而海丘两侧同时对称形成的物质带也因此具有相同的磁性方向。1963 年,维恩和马修斯在《自然》杂志上发表了这一重要假说,这个假说翌年就通过了实验(实测)检验。事实上,地球磁场演化的历史不仅表现出一些微小的变化,而且在已知的年代中还经历过南北逆转。所有这些,都是在实测和研究海底海丘两侧的条状磁化带过程中发现的。
虽然这个假说今天听起来非常具有逻辑性,一点也不令人惊奇,但在当时看来却是异常激进而大胆的。维恩回忆说,当他第一次把他的观点告诉剑桥大学地球物理学家莫里斯·希尔时,尽管希尔“很有礼貌的一声不吭,只是看着我并且谈些别的事情,但他一定在想我今天疯了”(格伦 1982,279)。维恩还把他的假说告诉了爱德华·布拉德爵士,即使布拉德爵士“这有点大胆猜测的味道”,但他却对此持“非常积极的鼓励和赞赏的态度”。维恩“非常渴望能和特迪(爱德华的爱称)·布拉德共同发表这个观点,”因为他觉得他们俩的名字并列在一起,“布拉德和维恩看起来很了不起”。但特迪非常直率地拒绝了,他不想让他的名字出现在这篇论文上。布拉德是地球物理学界一位著名的革新家,他对地球热流理论作出过重要的贡献。他善于接受新思想,“以极大的热情接受了这个假说并以高度赞赏的态度四处传扬”。他只是不愿意在一开始就接受维恩的请求成为合作者(p·358)。
维恩和马休斯提出的假说(加拿大的劳伦斯·莫雷也曾独立地提出过,详情见 1982,271)“堪与本世纪地球科学中的任何成就相媲美”(p·271)。它不但能确定无疑地证实赫斯的海底扩张说,而且还能推算出扩张的速度。推算方法是基于一种独立的、由地磁场倒置所标定的精确的时间尺度。看来,人们普遍赞同这样的看法:维思-马休斯-莫雷假说的确证,触发了地球科学的“革命”。在这些突破性成就的基础上,下一步要做的工作便是:“建立全球构造的新理论,重构地球知识的新体系”(哈拉姆 1973,67)。




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