作者：廖永巖 編輯：探礦者

    就地球演化、大地構(gòu)造及地球動(dòng)力學(xué)方面，目前提出的對地學(xué)界影響較大的假說，主要有地球膨脹說、地球收縮說、地球脈動(dòng)說、地槽與地臺說、海底擴(kuò)張說、地幔對流說、地幔柱假說、板塊構(gòu)造說、潮汐說、地球自轉(zhuǎn)說、地洼說、涌流構(gòu)造說等。下面，我們對其進(jìn)行簡單介紹。

1.1  地球收縮說

    地球收縮說是最早的一種地球動(dòng)力學(xué)假說，源于皺縮蘋果與冷卻地球的直觀對比。這一假說通常按Jeffreys（1929）的提法表述。假定地球起初是一個(gè)熾熱的天體，在其發(fā)展的早期，分異為一個(gè)鐵質(zhì)的核部和一個(gè)基本上是硅質(zhì)的幔部。幔部從液態(tài)鐵核處的基底開始向外凝固，通過傳導(dǎo)而不是對流逐漸冷。從地心到地表700km以下的范圍內(nèi)，從地球開始凝固以來還沒有來得及發(fā)生任何顯著的冷卻或體積變化。在700-70km的深度區(qū)間內(nèi)，傳導(dǎo)所引起的冷卻正在發(fā)生，致使這一層收縮，并因圍繞內(nèi)核受到拉張而處于內(nèi)部拉伸狀態(tài)。在靠近地表處，巖石早已冷卻，靠太陽輻射維持熱平衡，不會有大的溫度變化。在淺于70km的范圍內(nèi)，處于一種內(nèi)部壓縮狀態(tài)。70km深處為無應(yīng)變面。

    收縮假說基本上是一種固定論，無法解釋板塊運(yùn)動(dòng)或大陸位移。更有甚者，收縮說認(rèn)為全球的應(yīng)力場是同樣的，無應(yīng)變面以上是壓縮，無應(yīng)變面以下是拉伸。這和地球的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)大相徑庭。

    有人詳細(xì)考察全球大陸和大洋的分布，發(fā)現(xiàn)大部分大陸和大洋是正相對應(yīng)的。還提出過四面體收縮來解釋這種分布。它所依據(jù)的假說是，一個(gè)收縮的球體趨向于縮成具有最小體積的四面體形。四面體的四角將與大陸相對應(yīng)，它的面則與大洋盆相對應(yīng)。調(diào)整四面體的尺寸，還可以解釋大陸和大洋面積的比值為1：2。Davison （1888）提出過類似設(shè)想：地球只在上層中發(fā)生收縮（由冷卻引起），這些層處于內(nèi)部引張的狀態(tài)。由于大陸壓力的影響，大陸之下的引張量必將遠(yuǎn)小于大洋區(qū)下的引張量。這種狀況趨于使大洋盆地更進(jìn)一步沉降，而且也是導(dǎo)致大洋盆地成為永久性的一條物理上的原因。任何造山效應(yīng)都是在大洋與大陸交接的地方表現(xiàn)得最為突出，這就使人們提出了大地生長的思想。

    對四面體收縮說的主要批評意見是，從性能上看，地球最上層的皮無法阻止其本身的面積因切向力的作用而發(fā)生改變。此外，這樣一個(gè)外殼的變形理論似乎表明，這種變形應(yīng)該是屈曲，而屈曲球殼的變形是對稱于一條直徑的，其形狀的偏離由一系列沿著以對稱直徑為軸的平行緯圈的球調(diào)和函數(shù)給出。這就反把四面體收縮的設(shè)想給排除了。

早期的收縮說一直流行至20世紀(jì)50年代。由于地球在地質(zhì)歷史進(jìn)程中很可能發(fā)生過某種收縮，因此，對收縮說的研究并沒有因它有上述明顯不足而終止。后來還發(fā)展過兩種收縮假說。第一種是彈性不穩(wěn)定說。按這種假說，當(dāng)?shù)厍蜃兝鋾r(shí)，巖石圈因褶皺作用而變彎（皺縮的蘋果）。Jeffreys （1962）認(rèn)為，這種皺縮幅度極大，以致它們在彈性上可能不穩(wěn)定，即斷裂-收縮假說（Jeffreys， 1962； Meyerhoff et al.， 1972）。MacDonald（1963）論證，由于放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量，地球并不是一開始就產(chǎn)生收縮，而是一直到最后的11億年前左右才有收縮發(fā)生。他主張的收縮模式也是斷裂-收縮模式。最近Meyerhoff et al.（1992）等提出了一種全球構(gòu)造的新概念-涌流構(gòu)造，把地球的收縮作用作為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的觸發(fā)器?？梢姡m然單獨(dú)的收縮作用不能解釋所有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的成因，但地球的收縮作用在地球動(dòng)力學(xué)中的影響仍是需要考慮的。

1.2  地球膨脹學(xué)說

    地球膨脹說認(rèn)為地球一直在不斷膨張。從1620年培根（F. Bacon）提出地球膨脹的觀點(diǎn)以來，曾經(jīng)提出過好幾個(gè)地球膨脹的假說，來解釋造山運(yùn)動(dòng)和大陸及大洋的形成等。膨脹說假定地球是由若干層組成的，最頂上一層代表地殼，其下相鄰的一層代表膨脹層。造山效應(yīng)就發(fā)源于這個(gè)膨脹層，所產(chǎn)生的應(yīng)力又轉(zhuǎn)而使地殼屈服。這一假說可以島弧和海溝的形成以及造山要素之間的聯(lián)系做出解釋，特別是能解釋海洋造山運(yùn)動(dòng)。也有人用地球膨脹作為大陸的成因。例如Hilgenberg（1933）根據(jù)大陸可以拼合為一個(gè)球面的實(shí)況，認(rèn)為初期的地球比現(xiàn)在小得多，并被硅鋁殼所覆蓋，后因地球膨脹，體積增大，硅鋁殼因受拉張而破裂，其碎塊逐漸分離形成大陸。與此同時(shí)，地球的大洋也隨表層的崩解而形成和發(fā)展。

    地球的洋脊、裂谷系統(tǒng)理所當(dāng)然地被地球膨脹論者作為支持其據(jù)說的重要證據(jù)。據(jù)推測，膨脹是從像大西洋中脊那樣的大破裂口開始的。隨著對洋脊、裂谷系探測研究的深入開展，20世紀(jì)50-60年代以來，地球膨脹說一度又顯得十分活躍。Carey（1976）把大陸漂移、海底擴(kuò)張和地球上各級規(guī)模的構(gòu)造都?xì)w因于地球的膨脹。他提出，地球的膨脹是非對稱的，南半球比北半球膨脹得更顯著，因此所有大陸皆向北移動(dòng)，而所有環(huán)繞太平洋的大陸看來正向著太平洋運(yùn)動(dòng)。

    地球膨脹說的主要問題是其難以解釋地球膨脹所引起的巨大密度變化。例如，如果地球的直徑以因數(shù)2增加，將引起面積以因數(shù)4增加，體積以因數(shù)8增加，密度以因數(shù)8減小?，F(xiàn)代地球的平均密度為5.5g/cm³，地球開始膨脹前的平均密度就必然達(dá)到大約44g/cm³。這樣大的密度變化帶來的結(jié)果是，地球表面相應(yīng)的重力加速度將是現(xiàn)代的4倍，地球的慣性矩將是現(xiàn)代的1/4，地球的自轉(zhuǎn)將比現(xiàn)代快得多。古生物鐘和天文觀測證實(shí)，一天的長度（日長）只比現(xiàn)代的少約10%，遠(yuǎn)不是地球膨脹說所期望的值。

    引起地球膨脹的可能機(jī)制據(jù)認(rèn)為主要有：1、熱效應(yīng)；2、地球內(nèi)部物質(zhì)的化學(xué)變化或相變；3、萬有引力常數(shù)的緩慢減小。雖然在地球歷史中，特別是在地球的早期，有可能存在著熱的純增長，因而有地球整體的輕微膨脹，但是，其效應(yīng)看來只不過能造成一些深海溝等，不可能有更大的影響。將引起膨脹所要求的能量和在化學(xué)鍵中的可用能量進(jìn)行對比，來估計(jì)地球內(nèi)部的化學(xué)變化或相變能否導(dǎo)致地球大規(guī)模的膨脹，發(fā)現(xiàn)地球半徑均勻地膨脹20%所要求的能量，要等于打破組成地球的分子的幾乎全部化學(xué)鍵所需的能量。因此，地球內(nèi)部物質(zhì)的化學(xué)變化這種機(jī)制產(chǎn)生的能量也不足以造成大陸的大規(guī)模膨脹。估算由引力常數(shù)的減小所能得到的能量，同樣無法說明大于100km的地球半徑增長存在可能性?？傊?，地球膨脹說在機(jī)制問題上也遇到不可克服的困難，很難找到引起膨脹的機(jī)制。

    雖然地球膨脹說存在種種問題，這些問題目前仍未能得到合理解決，但仍有一些支持者在繼續(xù)探索。

    ΚРОПОТΚИЙ（1989）得出伴有質(zhì)量增大的地球膨脹會使自由落體加速度（g）的值大增。古地球的g僅為現(xiàn)今地球g值的40%。G的增大伴隨著地殼下物質(zhì)密度增大，最終將導(dǎo)致較老地殼相對于年輕地殼不斷上浮。地殼的這一性狀正好被地質(zhì)資料所證實(shí)。例如，在大西洋型和太平洋型洋殼與陸殼的相連地區(qū)，老地殼逐步占據(jù)了較高位置。所以，相對于更年輕地殼發(fā)生了老地殼的不斷出露。他還作了地球質(zhì)量和體積隨時(shí)間呈指數(shù)增長來探討地球發(fā)展歷史的8項(xiàng)推斷。由它們引伸的主要論點(diǎn)，與實(shí)際資料不相矛盾，又可詳細(xì)說明地質(zhì)現(xiàn)象的物理化學(xué)原理，一些重要的大地構(gòu)造作用得到合乎邏輯的闡明，同時(shí)許多大地構(gòu)造概念得到了運(yùn)用。他還推斷，由于膨脹，地球族行星的爆炸是不可避免的。

    Owen（1992）認(rèn)為，Carey的地球膨脹說正處于大陸漂移說早期被否定的那種狀況；Carey對地球動(dòng)力學(xué)的貢獻(xiàn)未受到應(yīng)有的重視。Owen根據(jù)大量海洋地殼擴(kuò)張數(shù)據(jù)和地質(zhì)及古生物資料，論證了地球在過去200Ma期間不僅發(fā)生過大陸漂移，還發(fā)生過膨脹，從今天直徑的80%膨脹到今天的值。他還用橫貫太平洋的衛(wèi)星激光測距結(jié)果來證明其論斷。衛(wèi)星激光測距結(jié)果表明，太平洋中大陸的收斂明顯小于為了平衡擴(kuò)張所需要的值。他指出，從地核是穩(wěn)態(tài)和均變論的思想出發(fā)無法理解地球膨脹的概念。Kremp（1992）依據(jù)核-幔邊界處的外核溫度比地幔底部D’’層的溫度至少高200℃的地震學(xué)新探測結(jié)果，討論了地球在過去200Ma期間快速膨脹的可能性。他的結(jié)論是地球的大小在過去200Ma時(shí)為現(xiàn)在的60%。

1.3  地球脈動(dòng)說

    地球收縮說和地球膨脹說都包含一定合理性，又都存在一定問題。在這兩種假說基礎(chǔ)上很自然地便產(chǎn)生了地球一段時(shí)期膨脹，另一段時(shí)間收縮，膨脹和收縮交替發(fā)生的地球脈動(dòng)說。在地球膨脹期，地殼受到引張作用，產(chǎn)生出大規(guī)模的隆起與拗陷，大型裂谷和巖漿噴發(fā)；在地球收縮期，地殼受到擠壓作用，產(chǎn)生出褶皺山系，并伴有巖漿活動(dòng)。

脈動(dòng)學(xué)說雖然較好地解釋了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的周期性，但卻不能解釋地殼構(gòu)造的方向性，并且對脹、縮的原因有不同看法，因此，自1933年布契爾（W. N. Bucher）提出這一學(xué)說以來，一些研究者曾試圖將此學(xué)說加以改進(jìn)。

    ΚРОПОТΚИЙ（1989）提出了一個(gè)將脈動(dòng)說與殼下流和大陸活動(dòng)論結(jié)合起來的地球動(dòng)力學(xué)新模式。他認(rèn)為，地球動(dòng)力學(xué)模式既要考慮地球的收縮，也要考慮它的膨脹，即建立在脈動(dòng)假說的原則上。按此觀點(diǎn)，當(dāng)?shù)厍蚴湛s和膨脹交替時(shí)，收縮效應(yīng)集中在一些帶上，而膨脹效應(yīng)集中在另一些帶上，在此種情況下，處于中間的斷塊應(yīng)該從拉張帶移向擠壓帶，所以在脈動(dòng)的地球動(dòng)力學(xué)模式中自然包括大陸活動(dòng)論原則。這一模式還考慮了在地球半徑增減交變作用下地幔內(nèi)物質(zhì)的移動(dòng)，認(rèn)為地球擠壓力可促使殼下流觀點(diǎn)主張的物質(zhì)分離和移動(dòng)。該模式的提出者認(rèn)為，體現(xiàn)脈動(dòng)假說和解釋巖石圈移動(dòng)的假說相結(jié)合的地球動(dòng)力學(xué)模式是目前最有前景的模式。

1.4  涌流構(gòu)造（Surge Tectonic）說

    涌流構(gòu)造是邁耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）提出的一個(gè)新全球構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)模型。他們認(rèn)為，大多數(shù)地表構(gòu)造，包括板塊構(gòu)造不能解釋的一些構(gòu)造現(xiàn)象，可用軟流圈的涌動(dòng)來解釋。軟流圈涌動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制是地球收縮引起的巖石圈塌陷。當(dāng)冷卻凝固了的巖石圈塊段塌陷到軟流圈中時(shí)，部分巖漿按重力法則上涌，一直達(dá)到巖漿密度與周圍巖石密度基本平衡的位置上，才會穩(wěn)定下來。這一過程像巨型液壓機(jī)一樣，遵循帕斯卡定律，能將所受壓力通過巖漿的涌動(dòng)傳遞到各個(gè)方向。強(qiáng)的巖漿涌動(dòng)對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)起決定作用。

    巖漿涌動(dòng)的通道，邁耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）稱為涌流通道，是巖石圈中最基本的構(gòu)造單元，可以通過近40種物性標(biāo)志加以鑒別。涌流通道暫分為洋盆涌流通道、大陸邊緣涌流通道和大陸涌流通道三大類。大洋中脊及其主要分支下的通道，是洋盆涌流通道中的主干通道，其長度可達(dá)幾百萬米，寬度可以從1000km到大于3000km。這些通道可為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供淺層作用機(jī)制。它們的存在可以用全球地?zé)釄D來證實(shí)。

    邁耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）認(rèn)為，全球高熱流帶（>55mW/m²）相互連通的網(wǎng)狀分布形式，用現(xiàn)有的地球動(dòng)力學(xué)假說無法解釋，但可以認(rèn)為這些高熱流帶是由下伏的淺層巖漿通道-涌流通道形成的。如果涌流通道被強(qiáng)烈壓縮，它們應(yīng)該變成裂谷帶或褶皺帶。每個(gè)通道的變形形式是它上面的巖石圈厚度的函數(shù)。

    據(jù)說，在由從事板塊構(gòu)造研究的科學(xué)家自1965年以來匯集的36個(gè)數(shù)據(jù)集中，用板塊構(gòu)造學(xué)說只能解釋13個(gè)。它們是洋中脊、大陸裂谷、走滑帶、巖漿弧、大洋和大陸山區(qū)、深海溝、貝尼奧夫帶、地槽、造山巖體、蛇綠巖套、混雜巖、變質(zhì)核雜巖體和拆離斷層帶。其余23種構(gòu)造現(xiàn)象的時(shí)代都為侏羅紀(jì)或更新一些，它們僅出現(xiàn)在高熱流帶之下，都和淺部的巖漿運(yùn)動(dòng)，因而和涌流通道有關(guān)。這23種現(xiàn)象包括高熱流帶、微地震帶、長的線性斷裂和裂隙帶、構(gòu)造帶分段性、兩側(cè)對稱的雙向褶皺帶、地幔底辟、構(gòu)造地層地體、與褶皺帶平行的拉抻線理、反向變質(zhì)梯度、地幔片麻巖穹隆、熱泉鏈、成行的熔巖區(qū)、巖墻群、非造山巖體鏈、金伯利巖筒、長條狀蒸發(fā)巖盆地、巖石圈低速帶、異常上地幔透鏡體、高導(dǎo)層、向東遷移的構(gòu)造帶、彌散板塊邊界、大地電磁復(fù)合體和旋卷構(gòu)造等。

    聲譜儀顯示洋中脊被成千上萬條平行洋中脊的裂隙切割，證實(shí)洋中脊下面軟流圈流動(dòng)并不與洋中中脊垂直，而是與洋中脊平行。邁耶霍夫等（1992）把這作為批判海底擴(kuò)張和證實(shí)巖漿通道存在的證據(jù)。

    涌流構(gòu)造假說的提出者認(rèn)為，這一假說的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，它不僅提供了一個(gè)將巖漿活動(dòng)和構(gòu)造作用的各個(gè)方面統(tǒng)一起來的機(jī)制，而且還在解釋所觀測到的所有構(gòu)造現(xiàn)象上具有內(nèi)在的協(xié)調(diào)一致性。不過應(yīng)該看到，他們對許多構(gòu)造現(xiàn)象的解釋還是很初步的。例如，前已提及，邁耶霍夫等列出了54種向東遷移的構(gòu)造現(xiàn)象，籠統(tǒng)地指出這與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)，但未作深入的機(jī)制分析。涌流構(gòu)造的觸發(fā)機(jī)制是地球收縮引起的巖石圈塌陷。地球收縮引起巖石圈塌陷的可能性和強(qiáng)度以及地球收縮與地質(zhì)旋回的相關(guān)性等也是涌流構(gòu)造假說還須深入解決的問題。雖然還不能說涌流構(gòu)造假說已很完善，但它對板塊構(gòu)造假說的批判和所提出的許多問題對地球動(dòng)力學(xué)研究確實(shí)是有啟發(fā)性的。

1.5  大陸漂移說

    大陸漂移的思想由來已久。英國哲學(xué)家培根（Bacon, 1620）指出，大西洋兩岸海岸線的吻合并不是一種偶然的巧合。地理學(xué)家斯奈德（Snider, 1858）在《地球形成及其奧秘》一書中，用歐、美兩洲古生代煤層中化石的相似性作為依據(jù)，首次把大西洋兩側(cè)大陸加以拼合。美國學(xué)者泰勒（Taylor, 1910）指出，歐亞、北美和澳大利亞大陸的移動(dòng)，是形成環(huán)太平洋島弧和褶皺山系的原因。

    德國氣象學(xué)家和地球物理學(xué)家魏格納（Wegener）將這些簡樸、零散的大陸漂移思想加以發(fā)展，在其1912年的“大陸的生成”和1915年的《海陸的起源》一書中，系統(tǒng)地論述大陸漂移問題，創(chuàng)建了大陸漂移說（Wegener, 1929; Wegener, 1966; Wegener, 2001）。

魏格納認(rèn)為，大陸由較輕的剛性硅鋁層組成，它漂浮在較重的粘性硅鎂質(zhì)洋底上。在中生代以前，地球上所有大陸曾經(jīng)結(jié)合成統(tǒng)一的巨大陸塊，稱之為聯(lián)合古陸或泛大陸（Pangaea）；圍繞泛大陸的廣闊海洋，叫做泛大洋。中生代開始，聯(lián)合古陸裂解、分離，產(chǎn)生了大西洋和印度洋，分離出的碎塊逐漸漂移到目前所在的位置，而泛大洋則收縮為現(xiàn)在的太平洋。魏格納用圖解表示的過去大陸的位置與20世紀(jì)50年代以后根據(jù)嶄新的資料得出的模式異常類似。為發(fā)展大陸漂移說，魏格納利用了現(xiàn)代植物和化石的分布；古代冰川作用在現(xiàn)代熱帶地區(qū)的一些地質(zhì)證據(jù)；尤其是海洋對面兩岸海岸線的對稱相配，如南大西洋兩側(cè)的非洲和南美洲的海岸線就是相配的。魏格納還認(rèn)為，年輕的海床比老海床淺；大陸漂過海盆猶如木筏漂過大海。這些都可與現(xiàn)代板塊構(gòu)造學(xué)說對照。

魏格納的觀點(diǎn)與現(xiàn)代板塊構(gòu)造學(xué)說的區(qū)別，可用加里福尼亞地區(qū)的運(yùn)動(dòng)加以說明。魏格納（1924）把加里福尼亞看成一塊薄的裂片，離開它的母體向北美東南方向漂移，它犁過下地殼，使下加里福尼亞變得彎曲，并沿著加里福尼亞海岸基底凸起。板塊構(gòu)造學(xué)說則認(rèn)為，是兩個(gè)厚板塊彼此在圣安德烈斯斷裂和加里福尼亞灣作剪切運(yùn)動(dòng)，下加里福尼亞是沿著位于主要板塊邊界鄰近的次級斷裂的延伸，不是受到擠壓。

    移動(dòng)大陸的原動(dòng)力是什么？根據(jù)大陸漂移的方向主要有兩種趨勢，一是自地球的兩極向赤道的離極運(yùn)動(dòng)，如原來聚在南極的岡瓦納古陸分離后逐漸北漂；另一趨勢西漂，如美洲大陸向西漂移，在其西緣形成科迪勒拉和安第斯山系，在其東緣形成一系列群島（如亞洲、澳大利亞東緣的群島）。魏格納認(rèn)為，大陸漂移的驅(qū)動(dòng)力主要是向西漂移的力和指向赤道的離極力；西漂的力源于日、月引力所產(chǎn)生的潮汐摩擦力；離極力則來自地球自轉(zhuǎn)的離心力。計(jì)算表明，這些力的數(shù)據(jù)確實(shí)太小。雖然魏格納強(qiáng)調(diào)，小的力如果長期作用也可能移動(dòng)大陸，但大多數(shù)人認(rèn)為，這些力都不足以克服對大陸運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力。因此，杰弗里斯（Jeffreys, 1929）在其《地球》一書中有力地指出，大陸漂移說在理論上根本是不可能的。

    在有關(guān)大陸漂移機(jī)制的討論中，霍姆斯（Holmes, 1931）首先提出了地幔對流模式。他認(rèn)為，大陸由有上覆硅鋁層的厚玄武巖質(zhì)地殼組成，地球內(nèi)部的重力能和熱能可以引起地幔對流，如果地幔內(nèi)的流體上升到大陸中央并向兩側(cè)散開時(shí)，大陸就會從這里向兩側(cè)裂開，大陸塊體被地幔對流攜運(yùn)，留下了大陸之間的破裂和延伸區(qū)，成為新的大洋，隨著玄武巖漿在對流上升流之上噴出，大洋的面積增大，在對流下降處，玄武巖被轉(zhuǎn)換為榴輝巖并下沉入地幔，為前進(jìn)的大陸讓出位置，并在深處熔融而成玄武巖質(zhì)巖漿，重新在對流上升處升起，完成對流循環(huán)。

    魏格納等將大陸看成是主動(dòng)的因素，認(rèn)為“大陸本身是把堅(jiān)硬的地幔推開而前進(jìn)”的；霍姆斯則引入了像在傳送帶上那樣被攜運(yùn)的被動(dòng)大陸的概念?；裟匪沟募僬f后來發(fā)展成海底擴(kuò)張假說和地幔對流說。

1.6  海底擴(kuò)張說：

    19世紀(jì)70年代，通過英國“挑戰(zhàn)者”號調(diào)查船的環(huán)球考察，已知道北大西洋中部有一條海底山系。1925-1927年間，通過德國“流星號”的回聲探測，確定了整個(gè)大西洋縱列著一條長達(dá)17000km的大洋脊，由于它正好綿延于大西洋的中部，因而，常稱之為大洋中脊。20世紀(jì)50年代，通過對洋底的勘測進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：世界各大洋都有大洋脊存在，一般都位于大洋中部，并比以前設(shè)想的更接近于連續(xù)，洋中脊下面曾發(fā)生過某種上涌；大洋盆的年齡比較年輕，大洋盆中的沉積也比以前所假定的少得多。原有的大地構(gòu)造學(xué)說未能對大洋底的這些構(gòu)造現(xiàn)象做出預(yù)測，也不能給出確切解釋。

    20世紀(jì)60年代初，一些學(xué)者提出，大洋中脊的高熱流有可能用地幔中的上升對流來說明，這樣也可解釋大洋脊的拉張性質(zhì)。其中，美國地質(zhì)學(xué)家赫斯（Hess, 1962）和迪茨（Dietz, 1961）把對流方案發(fā)展，提出了海底擴(kuò)張的概念。迪茨1961年的論文首先提出了洋底擴(kuò)張這一名詞，但是，首創(chuàng)海底擴(kuò)張說的還是赫斯（就連迪茨本人也承認(rèn)這一點(diǎn)），雖然赫斯的論文“大洋盆的歷史”1962年才發(fā)表。

    海底擴(kuò)張說圓滿地解釋了大洋的主要地殼層（大洋層3）的厚度均一性、洋底年齡及洋脊上沉積物超復(fù)等當(dāng)時(shí)難以理解的地質(zhì)問題。赫斯認(rèn)為，“大洋層3”底部代表現(xiàn)代的或過去的500℃等溫面。在洋中脊處，隨地幔對流涌出的橄欖巖和水通過這個(gè)等溫面時(shí)發(fā)生作用產(chǎn)生蛇紋巖，形成新洋殼；在遠(yuǎn)離洋中脊的地方，500℃等溫面已下降到較深位置，已有的蛇紋巖不會轉(zhuǎn)變成橄欖巖；由于缺乏水，未蛇紋巖化的橄欖巖也不會轉(zhuǎn)變成蛇紋巖。這樣，“大洋層3”就基本保持了它們在洋中脊處形成時(shí)的厚度。按照海底擴(kuò)張說，如果對流的運(yùn)動(dòng)速度為1-2cm/a，洋底便可每200Ma或300Ma完全更新一次。這可以解釋洋底的年齡為什么比較年輕，洋底的沉積物厚度為何較小。

    迪茨的模式與赫斯的模式相似。但迪茨認(rèn)為，洋殼是玄武巖質(zhì)的輝長巖，上地幔則為榴輝巖。玄武巖在高壓下變?yōu)榱褫x巖的地方就是莫霍面。另外，迪茨還把地球表面至70KM深處的層位叫堅(jiān)硬的巖石圈，試圖把它作為一個(gè)重要的力學(xué)單元，并認(rèn)為，在巖石圈的下面有一個(gè)軟層，巖石圈在它上面能夠比較自由地活動(dòng)。實(shí)際上，后來的板塊構(gòu)造設(shè)想就是由此萌芽的。

    威爾遜（Wilson, 1963a）熱烈支持海底擴(kuò)張說，他認(rèn)為，大西洋的火山島原來是在洋中脊處形成的，隨著在共同的對流體傳送帶上移動(dòng)，于是島嶼的年齡離洋中脊越遠(yuǎn)越老。如靠近大洋中脊的揚(yáng)馬延島所有巖石的年齡比1000萬年更新，亞速爾諸島加到2000萬年，再遠(yuǎn)一點(diǎn)的百慕大群島為3600萬年，費(fèi)羅群島為5000萬年，靠近非洲西海岸的費(fèi)爾南多波島和普林西比島則為1.2億年。在印度洋和太平洋中，他也列出了類似的島嶼年齡數(shù)據(jù)。這不僅證實(shí)了大陸漂移的原來說法，也為海底擴(kuò)張?zhí)峁┝擞辛ψC據(jù)。

    應(yīng)當(dāng)指出的是，赫斯和迪茨的海底擴(kuò)張說中的地幔對流包括“大洋層3”，這既不同于早先認(rèn)為地幔對流發(fā)生在玄武巖質(zhì)地殼下的霍姆斯模式（Holmes, 1931），也不同于后來將地幔對流限制在巖石圈下的威爾遜模式（Wilson, 1963a）。

    從板塊構(gòu)造角度，海底擴(kuò)張說可概括為：地幔物質(zhì)在大洋中脊隨地幔上升流上涌形成新的大洋巖石圈，新生的巖圈隨著軟流圈的側(cè)向流動(dòng)推擠著原有的巖石圈從洋中脊向兩側(cè)擴(kuò)張移動(dòng)，在海溝處大洋巖石圈隨著地幔下降流而俯沖消亡，不斷更新。洋中脊是大洋巖石圈的生長帶，海溝是大洋巖石圈的消亡帶。

1.7  板塊構(gòu)造學(xué)說：

    板塊構(gòu)造學(xué)說是20世紀(jì)60年代中期由Wilson（1965），McKenzie et al.（1967），Morgan（1968），Le Pichon（1968），等人提出的大地構(gòu)造學(xué)說。它是大陸漂移和海底擴(kuò)張學(xué)說的自然引伸，還包括了巖石圈、軟流圈、轉(zhuǎn)換斷層、板塊俯沖、大陸碰撞和地幔對流等一系列概念，有人稱為全球構(gòu)造學(xué)說。“板塊”這一術(shù)語是Wilson（1965）在論述轉(zhuǎn)換斷層的一篇短文中首先提出的。它表示地球表層（巖石圈）被活動(dòng)帶分割所成的大小不一的球面蓋板。它的面積很大，厚度很小，并按地球表面輪廓彎曲。

    依據(jù)構(gòu)成板塊的巖石圈類型，板塊可分為大洋板塊和大陸板塊。構(gòu)成板塊的巖石圈頂層為大洋地殼的板塊為大洋板塊，如太平洋、大西洋、菲律賓海等板塊。巖石圈頂層的一部分為大陸地殼的板塊是大陸板塊，如歐亞、北美、南美、非洲等板塊。

    板塊構(gòu)造學(xué)說就是關(guān)于這些巖石圈板塊相互作用，并認(rèn)為這種相互作用是大地構(gòu)造活動(dòng)基本原因的學(xué)說。初期的板塊構(gòu)造學(xué)說的要點(diǎn)如下：

    1固體地球上層在垂向上分成彈粘性的巖石圈和粘性軟流圈，下墊彈粘性的中圈。巖石圈在軟流圈表面作相對運(yùn)動(dòng)。

    2巖石圈在側(cè)向上分成數(shù)目有限的大、小板塊，它們是剛性的和相對穩(wěn)定的，并按球面運(yùn)動(dòng)規(guī)律不斷改變著彼此之間的相對位置。

    3板塊邊界分為三種類型：A分離擴(kuò)張型；B俯沖會聚型；C平移剪切型或轉(zhuǎn)換型。

    4板塊在離散邊界處的擴(kuò)張?jiān)錾玫綍圻吔缣幐_消減的完全補(bǔ)償，地球體積保持不變。

    5地幔中的熱對流是板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。

1.8  熱點(diǎn)-地幔柱假說：

    太平洋中的夏威夷海嶺和天皇海嶺，是由成線狀展布的一系列火山堆構(gòu)成的火山鏈，其巖石年齡的分布具有明顯的定向性。島鏈東南端的夏威夷島火山年齡不超過80萬年，島上的基拉韋厄火山是目前仍在活動(dòng)的活動(dòng)火山。從夏威夷島沿島鏈向西北，隨著距離的增加火山巖的年齡依次增加。在夏威夷海嶺與天皇海嶺的轉(zhuǎn)折處，火山年齡約4000萬年。天皇海嶺呈NNW走向伸向堪察加半島東側(cè)，北端的明治海山的年齡則達(dá)7000萬年。

    威爾遜（Wilson, 1963b）為解釋火山島鏈年齡的遞變現(xiàn)象而提出了熱點(diǎn)的概念。所謂熱點(diǎn)是地幔中相對固定和長期的熱物質(zhì)活動(dòng)中心，它們向活火山提供富集各種微量元素的巖漿。隨著巖石圈板塊經(jīng)過熱點(diǎn)的不停運(yùn)動(dòng)，先形成的火山從熱點(diǎn)處移開并逐漸熄滅成為死火山，新的火山又在熱點(diǎn)上方形成，結(jié)果就形成了一串年齡定向分布的線狀火山鏈。這類火山活動(dòng)時(shí)，熔漿向外溢出，無地震發(fā)生，因此，所形成的火山鏈也叫無震海嶺。上述夏威夷-天皇海嶺火山鏈的走向，實(shí)際上記錄了太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向：在4000萬年前是從南向北沿NNW向運(yùn)動(dòng)，最晚在2600萬年以后轉(zhuǎn)變?yōu)閺臇|向西沿NWW向運(yùn)動(dòng)。

    地幔柱是摩根（Morgan, 1972b）為解釋熱點(diǎn)成因而提出的概念。地幔柱是地幔深處，甚至核-幔邊界上產(chǎn)生的圓柱狀上升的熱物質(zhì)流。它攜帶地幔物質(zhì)和熱能直至地幔上層，并在巖石圈和軟流圈分界處四散外流，激起軟流圈中的水平運(yùn)動(dòng)，從而可將地幔柱當(dāng)作板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。熱點(diǎn)處的火山活動(dòng)是地幔柱物質(zhì)噴出地表的反映。由于熾熱的地幔物質(zhì)向上涌流，導(dǎo)致密度較高的物質(zhì)盈余，形成正重力異常，因而重力特高的地方，也往往是火山分布的地方。摩根還強(qiáng)調(diào)，熱點(diǎn)大體上固定于地幔中，因此，板塊相對于熱點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，便是相對于地幔固定部分的運(yùn)動(dòng)，也就是相對地理極或地球自轉(zhuǎn)軸的絕對運(yùn)動(dòng)。摩根（Morgan, 1972a）用夏威夷-天皇海嶺、萊恩-土阿莫土海嶺和馬紹爾海嶺這三列熱點(diǎn)軌跡資料，計(jì)算了8000萬年來太平洋板塊相對于熱點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。所得結(jié)果與后來的板塊絕對運(yùn)動(dòng)模型AM-1和AM-2型求得的相對于熱點(diǎn)系的運(yùn)動(dòng)大體相同。

    熱點(diǎn)假說在深海鉆探第55航次鉆探夏威夷-天皇海嶺時(shí)證明了其正確性，船上所作的古生物鑒定和陸上所作的放射性測年所提供的年齡，證明了所預(yù)言的太平洋板塊向北的運(yùn)動(dòng)。由火山島年齡和它們距夏威夷基拉韋厄火山的距離，推導(dǎo)出的太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)速度大約為8cm/a，運(yùn)動(dòng)方向的改變（山鏈變曲）發(fā)生在43Ma之前，幾乎等于摩根預(yù)測的年齡。

1.9  地槽與地臺學(xué)說：

    地槽學(xué)說的出現(xiàn)使褶皺帶發(fā)育在特定地位置地問題變得容易回答：地槽填充了具有塑性的沉積物，褶皺作用也就在地槽帶中發(fā)生。19世紀(jì)中葉，美洲的地質(zhì)學(xué)也得到了迅速的發(fā)展。就像美國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣，美國的地質(zhì)學(xué)研究也就是從東部逐漸向西部擴(kuò)展的，阿巴拉契亞山脈可以說是美國地質(zhì)學(xué)的搖籃。美國地質(zhì)學(xué)家霍爾（J. Hall, 1857）對阿巴拉契亞的地質(zhì)研究，把大地構(gòu)造學(xué)說帶到了新的起點(diǎn)。霍爾在長期的研究中發(fā)現(xiàn)，阿巴拉契亞山有一套地層自西向東逐漸增厚，在賓夕法尼亞地區(qū)厚度達(dá)到4萬英尺。他認(rèn)為如果以此推斷當(dāng)時(shí)北美大陸位于4萬英尺的深海之下，那是十分愚蠢的，因?yàn)樗_信他所涉及的地層都是淺水沉積。但霍爾認(rèn)為山脈的形成與沉積層的褶皺無關(guān)，是大陸整體抬升后在地面流水的挖掘下形成的。遺憾的是他對山脈成因的錯(cuò)誤認(rèn)識掩蓋了他對地槽的聰明發(fā)現(xiàn)，致使他的理論發(fā)表了十多年也沒有引起人們的重視。當(dāng)然歷史是公正的，人們并沒有因此而忘記他對地槽學(xué)說的巨大貢獻(xiàn)。

    1873年，美國地質(zhì)學(xué)家丹納（J. D. Dana, 1873）在其論文“論地球冷縮的一些結(jié)果，包括山脈起源和地球內(nèi)部性質(zhì)的討論”中將霍爾在阿巴拉契亞發(fā)現(xiàn)的長條形的沉積盆地命名為地槽（geosyncline），從此地槽學(xué)說成為大地構(gòu)造學(xué)說的主流。丹納在考慮造山作用時(shí)注意到以下三個(gè)基本事實(shí)：其一，大洋中廣泛分布著火山，這是洋殼非常活動(dòng)的證據(jù)；其二，大陸腹地古老地層占據(jù)的地區(qū)沒有現(xiàn)代火山，也很少發(fā)生地震，說明陸殼非常穩(wěn)定；其三，受過強(qiáng)烈擾動(dòng)的造山帶和相伴的火成巖帶和變質(zhì)巖帶大多出現(xiàn)在洋-陸邊界。丹納認(rèn)為地球的冷卻過程是從大陸腹地開始的，并且使洋殼收縮塌陷，其派生的側(cè)向壓力在洋陸邊界集中，使地殼發(fā)生彎曲形成地槽。地槽的形成需要一個(gè)長期的過程，才能形成巨厚的堆積。在地球冷卻持續(xù)到一定階段后，沉積層在側(cè)向壓力的作用下也將發(fā)生褶皺，而且沉積越厚，褶皺也就越強(qiáng)烈，同時(shí)在深部巖漿的作用下發(fā)生變質(zhì)作用。地槽在經(jīng)過褶皺的劇變之后逐漸趨于穩(wěn)定，成為大陸的組成部分，擴(kuò)大了大陸的面積。在大陸邊緣的褶皺山脈受到流水的剝蝕，逐漸地被夷平，剝蝕下來的碎屑物再一次被送到新的地槽中，孕育著下一次的褶皺造山。這就是丹納的“大陸擴(kuò)張學(xué)說”。

    1887年，俄國學(xué)者卡爾賓斯基（А. П. Κарпинский）研究歐洲東部的地質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，出露在芬蘭、卡列里、烏克蘭等地的前寒武紀(jì)巖石是廣大的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底的一部分，這個(gè)基底被產(chǎn)狀平緩的沉積蓋層所覆蓋。這就是后來被稱之為“俄羅斯地臺”的，由基底和蓋層構(gòu)成的，地臺雙層構(gòu)造概念。由于地臺具有堅(jiān)硬的結(jié)晶基底和幾乎不變形的蓋層，當(dāng)時(shí)大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家都相信，地臺在形成之后就不再遭受強(qiáng)烈的變形。

    從霍爾1857年關(guān)于地槽概念的提出，經(jīng)過幾代人的努力，到1965年美國學(xué)者奧布英（J. Aubouin）出版的《地槽》一書，對槽臺理論進(jìn)行了全面的總結(jié)和提出，這個(gè)地球科學(xué)觀在地質(zhì)學(xué)界的影響超過了一百年的歷史。即使是板塊構(gòu)造理論的提出，也還是不能涵蓋槽臺學(xué)說的所有內(nèi)容，尤其是大陸構(gòu)造的研究，許多相關(guān)的概念至今仍在使用。

    以上假說似乎都有正確之處，但以上的每個(gè)假說又都不完善。地質(zhì)假說，必須符合地質(zhì)事實(shí)。任何假說，都有可能錯(cuò)誤，但很多地質(zhì)事實(shí)是不容否定的。哪么，目前為止，不容否定的地質(zhì)事實(shí)有哪些呢？且聽下回分解。

未完，待續(xù)。

下回預(yù)告：地球科學(xué)之六 60個(gè)重要地質(zhì)事實(shí)

參考文獻(xiàn)：

Bacon F. Nouvnm Organum Scientiarum. London. 1620.

Bucher W H. Volcanic explosions and overthrusts. Am. Geophys. Union Trans., 14^th Ann. Meeting 1933, 14, 238-242

Dana J. D. On some results of the earth's contraction from cooling including a discussion of the origin of mountains and the nature of the earth's interior. American Journal of Science, 1873, 5: 423-443

Carey W S. The Expanding Earth. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company. 1976.

Davison C. Philos. Trans. Roy. Soc. London Ser. A, 1888. 178: 240

Dietz R. S. Continent and ocean basin evolution by spreading of the sea floor. Nature, 1961, 190: 854-857

Hess H. H. History of ocean basins. Petrologic studies--A volume in honor of A. F. Buddington. Geol. Soc. America. 1962: 599-620

Hilgenberg O C. Vom wachsenden Erdball. Berlin. 1933.

Holmes A. Radioactivity and earth movements. Trans. Geol. Glasgor, 1931, 18: 559-606

Jeffreys H. The Earth. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1929.

Jeffreys H. The Earth (4^th edition). Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1962.

Kremp G O W. Earth expansion theory versus statical Earth assumption. In: Chatterjee S et al. eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech Univ. Press. 1992.

Le Pichon X. Sea-floor spreading and continental drift. Journal of Geophysical Research, 1968, 73: 3661-3697

MacDonald G J F. The Deep structure of continents. Rev Geophys., 1963, 1(4):587-665

McKenzie D. P., Parker R. L. The north Pacific; an example of tectonics on a sphere. Nature, 1967, 216: 1276-1280

Meyerhoff A A, Meyerhoff H A, Briggs K S Jr. Continental drift V: proposed hypothesis of earth tectonics. Journal of Geology, 1972. 80(6):663-692

Meyerhoff A A, Toner I, Morris A E L, et al. Surge tectonics: a new hypothesis of Earth dynamics. In: Chatterjee S et al. eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech Univ. Press. 1992.

Morgan W. J. Deep Mantle Convection Plumes and Plate Motions. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 1972b, 56: 203-213

Morgan W. J. Plate Motions and Deep Mantle Convection. Studies in Earth and Space Sciences. Memoir - Geological Society of America, Geological Society of America (GSA), Boulder, CO, 1972a, 132: 7-22

Owen H G. Has the earth increased in size? In: Chatterjee S et al. eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech Univ. Press. 1992

Snider A. La eréation et ses mystéres dévoilées. Paris: Frand and Dentu. 1858

Taylor F. B. Bearing of the Tertiary mountain belt on the origin of the earth's plan. Geological Society of America Bulletin, 1910, 21: 179-226

Wegener A. Die Entestehung der kontinente. (=The origin of continents). Geologische Rundschau, 1912: 3: 276-292 (in German)

Wegener A. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Braunschweig, Germant: F Vieweg ung Sohns. 1915

Wegener, A. Die Entestehung der kontinente und Ozeane.(The origin of continents and oceans) ed. 4. Brunswick: Vieeweg. 1929

Wegener A. The origin of continents and oceans. Translated from the third German edition by J. G. A. Skerl. New York: E. P. Dutton and Company. 1924: 1- 212

Wegener, A. The origins of the continents. Journal of Geodynamics, 2001, 32: 31-63

Wegener A. The origin of continents and oceans (translated from German by John Biram). New York: Dover Publications. 1966: 1-246

Wilson J. T. A new class of faults and their bearing on continental drift. Nature, 1965, 207: 343-347

Wilson J. T. A possible origin of the Hawaiian Islands. Canadian Journal of Physics = Journal Canadien de Physique, 1963b, 41: 863-870

Wilson J. T. Evidence from islands on the spreading of ocean floors. Nature , 1963a, 197: 536-538

（注：本“地球科學(xué)原理”系列，是根據(jù)廖永巖著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科學(xué)原理》一書改編而來，轉(zhuǎn)載者請署明出處，請不要用于商業(yè)用途）