板块(plate)是
板块构造学说所提出来的概念。板块构造学说认为,
岩石圈并非整体一块,而是分裂成许多块,这些大块岩石称为板块。板块之中还有次一级的
小板块。板块在不停的运动之中,并在不同性质的构造部位产生各种机理的
岩浆活动、
成矿作用、地震等等。正因为
板块运动与上述
地质现象的对应性,板块构造学说可用以解释世界火山和
地震带的形成、矿产的分布和各地貌的形成等。
板块构造论
板块构造论(又称板块构造假说、
板块构造学说或
板块构造学)是为了解释
大陆漂移现象而发展出的一种地质学理论。该理论认为,地球的
岩石圈是由板块拼合而成;全球分为六大板块(1968年法国勒皮雄划分),海洋和陆地的位置是不断变化的。根据这种理论,地球内部构造的最外层分为两部分:外层的岩石圈和内层的
软流圈。这种理论基于两种独立的
地质观测结果:
海底扩张和大陆漂移。
详细情况
分布
1968年法国的勒皮雄根据各方面的资料,首先将全球
岩石圈分为
六大板块,即
太平洋板块、
亚欧板块、
印度洋板块、
非洲板块、
美洲板块和
南极洲板块。
环太平洋
板块边界的板块活动最为活跃,故此
地震作用和火山作用也最为频密。
板块实际上就是岩石圈,包含了地壳以及一小部分的上部地函(
地幔)。因此板块没有“
大陆板块”与“
海洋板块”的分法,只有依其成分组成命名为“大陆性的板块”与“海洋性的板块”.
板块运动
坚硬的地壳并不是“铁板一块”,位于地表以下70-100公里厚的
岩石层也不像蛋壳那样完整。无论是在大洋底下或大陆底下的岩层,原来都是由一块块
大板块构成的。在这些大板块之间不是
大洋中脊的裂口,就是几千米深的海沟或者是巨大的断层。
全球所有板块都在移动,
板块运动通常指一板块相对于另一板块的
相对运动。即符合欧勒定律,就是
岩石圈板块作为统计均匀的刚体在球面(即地球地面)绕一个极点发生转动(见
转动极),其
运动轨迹为小圆。
板块构造学认为岩石圈与
软流圈在物性上有明显的差别。软流圈相当于
上地幔中的
低速层,该层圈中
地震横波波速降低、介质品质因素
Q值亦明显降低,但
导电率却显著升高。这些都表明软流圈物质可能较热、较软、较轻,具有一定的塑性,是上覆
岩石圈板块发生水平方向上的大规模运动的基本前提。
引起
板块运动的机制是未解决的难题。一般认为板块运动的
驱动力来自地球内部,可能是
地幔中的物质对流。新生的洋壳不断离开
洋中脊向两侧扩张,在海沟处大部分洋壳变冷而致密,沿板块
俯冲带潜没于地幔之中。
随着
软流层的运动,各个板块也会发生相应的水平运动。据地质学家估计,大板块每年可以移动1-6厘米距离。
这个速度虽然很小,但经过亿万年后,地球的海陆面貌就会发生巨大的变化:当两个板块逐渐分离时,在分离处即可出现新的凹地和海洋;
大西洋和
东非大裂谷就是在两块大板块发生分离时形成的。当两个大板块相互靠拢并发生碰撞时,就会在碰撞合拢的地方挤压出高大险峻的山脉。位于
中国西南边疆的
喜马拉雅山,就是三千多万年前由南面的
印度板块和北面的
亚欧板块发生碰撞挤压而形成的。有时还会出现另一种情况:当两个坚硬的板块发生碰撞时,接触部分的岩层还没来得及发生
弯曲变形,其中有一个板块已经深深地插入另一个板块的底部。由于碰撞的力量很大,插入部位很深,以至把原来板块上的老岩层一直带到高温
地幔中,最后被熔化了。而在板块向地壳深处插入的部位,即形成了很深的海沟。西太平洋海底的一些大海沟就是这样形成的。
根据
板块学说,大洋也有生有灭,它可以从无到有,从小到大;也可以从大到小,在前寒武纪时,地球上存在一块
泛大陆。以后经过分合过程,到中生代早期,泛大陆再次分裂为南北两大
古陆,北为
劳亚古陆,南为冈瓦那古陆。到
三迭纪末,这两个古陆进一步分离、漂移,相距越来越远,其间由最初一个狭窄的海峡,逐渐发展成现代的
印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代,由于印度已北漂到
亚欧大陆的南缘,两者发生碰撞,
青藏高原隆起,造成宏大的喜马拉雅山系,
古地中海东部完全消失;南、北
美洲在向西漂移过程中,它们的前缘受到太平洋地壳的挤压,隆起为科迪勒拉—
安第斯山系,同时两个美洲在
巴拿马地峡处复又相接;
澳大利亚大陆脱离
南极洲。
什么力量驱使板块进行运动呢?
按照
赫斯的海底扩张说来解释,认为
大洋中脊是
地幔对流上升的地方,
地幔物质不断从这里涌出,冷却固结成新的
大洋地壳,以后涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移,自中脊向两旁每年以0.5~5厘米的速度扩展,不断为大洋壳增添新的条带。因此,
洋底岩石的年龄是离中脊愈远而愈古老。当移动的大洋壳遇到大陆壳时,就俯冲钻入地幔之中,在俯冲地带,由于拖曳作用形成
深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生一次断裂,产生一次地震,最后大洋壳被挤到700公里以下,为处于高温溶融状态的地幔物质所吸收同化。向上
仰冲的大陆壳边缘,被挤压隆起成
岛弧或山脉,它们一般与海沟伴生,
海洋地壳是由大洋中脊处诞生,到海沟岛弧带消失,这样不断更新,大约2~3亿年就全部更新一次。因此,海底岩石都很年轻,一般不超过二亿年,平均厚约5~6公里,主要由
玄武岩一类物质组成。而大陆壳已发现有37亿年以前的岩石,平均厚约35公里,最厚可达70公里以上。除
沉积岩外,主要由
花岗岩类物质组成。
地幔物质的对流上升也在大陆深处进行着,在
上升流涌出的地方,大陆壳将发生破裂。如长达6,000多公里的
东非大裂谷,就是地幔物质对流促使
非洲大陆开始张裂的表现。
运动方式
板块在
软流层之上运动,由
地幔对流柱产生驱动力而运动。板块之间有三种相对运动方式:聚合、张裂与保守(
错动)三种方式,所以板块之边界可分为张裂型
板块边界和聚合型板块边界和错动型板块边界三种类型。聚合型板块边界是板块相互挤压的地区,在地貌上表现为
海沟、
火山岛弧、褶皱山脉等。张裂型板块边界是板块相互拉张的地区,在地貌上表现为
裂谷、中洋脊等。错动型板块边界(
保守性板块边界)是两个板块互相摩擦的地区,
转换断层发育,其运动方式类似地表的走向滑移断层,面积无改变而称之为保守性。
运动停止后果
地球的大陆一直在以肉眼观察不到的速度缓慢移动,运动的动力来源就是地球内部的
地幔对流。
地幔在地下的缓慢移动,带动了地表处的岩石也一起运动,每年移动的速度只有几厘米,但是经过几百万年、几千万年的运动,就会使
大陆漂移到数千千米的远方。这就是
板块运动学说所描述的板块运动过程。
板块运动对地球的影响是深刻的,它改变了整个地球的地形,让一些地方高耸入云,让另一些地方深不见底。板块运动还导致了地球物质的循环。例如,植物消耗大气中的
二氧化碳,利用
光合作用产生氧气,动物以植物为食。二氧化碳还加强了
地球大气的
温室效应,把地球变成了一个温暖的行星。其实,大气中所含的二氧化碳或者溶解在海水中,或者以
碳酸钙的形式固定在地球的岩石中。岩石受到雨水的冲刷后,一部分物质进入海洋,沉积在海底。这部分沉积岩会随着
板块运动,在海沟位置插入地球内部,最终再通过
火山喷发,变成气体返回到大气中。除了二氧化碳外,地球上还有一些物质以这种方式在地球的表面和内部之间循环。
但是,假如板块运动停止了,地球会变成什么样呢?没有了板块运动,地球上的火山活动、地震以及
造山运动几乎不会发生。这样,地球原本凹凸不平的地形会因为上亿年的风吹雨打,将变成没有任何起伏的大平原。地球表面环境的雷同使
生物界发生根本性的变化,不会有高山物种存在,也不会有
深海生物繁衍,只有平原上的生物,以及一些适应浅水环境的生物生活在地球上。不论在地球的什么地方,物种都是千篇一律的组合。多样性的丧失令生物界变得很乏味。
地球上的气候也将发生根本性地改变。没有气体二氧化碳通过火山口喷出,大气中的二氧化碳依然会以碳酸钙的形式固化,导致温室效应减弱,地球变得越来越寒冷。
还有更危险的事情发生。
地球磁场也将不再存在。这样,原本被地球磁场屏蔽的
宇宙射线将穿透
大气层,到达地球表面,引起生物界的灾难,导致
生物大灭绝。当然,也许会有生物在宇宙射线的照射下顽强地活了下来,成为更具生命力的物种。
板块运动是否可能会停止呢?地球内部的热量主要来自两个方面,一个是地球形成时的残余热量,另一个是地球内部
放射性元素衰变的热量。
地核的热量缓慢地向外传导,穿过
地幔和地壳,地核正在慢慢冷却,只是这个过程比较漫长。地球内部的放射性元素来自它形成时积聚的尘埃元素,因此元素的量也是有限的。当放射性元素消耗殆尽的时候,这个地下热源就没有了。
因此,随着地核的逐渐冷却,以及放射性元素全部衰变掉后,地球的内部将逐渐冷却,驱动地幔产生对流的热源将不再存在,那么
地幔对流也就停止了。没有了地幔对流,地表的板块缺少动力来源,也就停止了运动。如果
数据显示,在地球寿终正寝之前
板块运动就将停止,也许人类要考虑提前搬家到其他星球了。
板块边界
板块边界是两个板块之间的
接触带。板块边界是构造
活动带,可分为3类。①离散型边界,又称
生长边界,两个相互分离的板块之间的边界。见于
洋中脊或
洋隆,以
浅源地震、火山活动、
高热流和引张作用为特征。洋
中脊轴部是
海底扩张的中心,由于
地幔对流,
地幔物质在此上涌,两侧板块分离拉开。上涌的物质冷凝形成新的洋底
岩石圈,添加到两侧板块的后缘上(见
地幔对流说)。②汇聚型边界,又称
消亡边界,两个相互汇聚、消亡的板块之间的边界。相当于海沟或
地缝合线。可分为两个亚类:
大洋板块在
海沟处俯冲
潜没于另一板块之下,称为俯冲边界,现代俯冲边界主要分布在
太平洋周缘(见
俯冲作用);大洋板块俯冲殆尽,两侧大陆相遇汇合开始碰撞称为碰撞边界,
欧亚板块南缘的
阿尔卑斯-喜马拉雅带是典型的板块碰撞带的实例(见
大陆碰撞)。③守恒型边界,两个相互剪切滑动的板块之间的边界。相当于
转换断层。地震、
岩浆活动、
变质作用、构造活动等主要发生在
板块边界。板块边界的研究是
板块构造学的重要内容之一。
板块边界为不稳定地带,地震几乎全部分布在板块的边界上,火山也特别多在边界附近,其它如
张裂、
岩浆上升、热流增高、大规模的水平
错动等,也多发生在边界线上,地壳俯冲更是碰撞边界划分的重要标志之一;可见板块边界是地壳的极不稳定地带
离散型
除
非洲和
北美西部的几个
裂谷带之外,现存的所有离散型边界几乎全被海水淹没,使得我们难以观察这些区域的特征。板块沿着
洋中脊离散并相背运动,高温的
地幔物质从地幔深部上涌充填
板块运动留下的空隙,部分物质喷发到地表形成
玄武岩,从而板块的后缘出现新生的
岩石圈。
大洋中脊地形较高,因为组成它的物质温度较高,而密度较低,所以
洋脊峰部的热流比洋脊两侧老
洋壳的热流高6倍。当古板块破裂并漂移时,新板块也同时形成,例如东非
裂谷被认为是沿初期离散型
板块边界形成的,以裂谷及火山活动为特点,进一步发展成为红海裂谷,几乎使
沙特阿拉伯完全从非洲分离出去。离散型边界以拉张作用为特征,
张应力产生断裂,
地幔部分熔融产生的玄武质
岩浆沿着这些裂隙侵入或喷出。这些岩浆冷却之后成为板块的一部分,地表面积的一半以上是由沿离散型边界的
火山作用产生的。
汇聚型
汇聚型边界两侧的板块
相向运动,是一个
地质作用复杂的地区,它以
岩浆作用和
构造变形变质作用为特征,又可以分成两种基本类型:
俯冲型边界和碰撞型边界。俯冲型边界有一侧的板块俯冲到
软流圈,并受热熔融并最终成为
地幔的一部分,由于
陆壳物质的密度较小,洋壳的密度较大,发生俯冲的板块通常是大洋板块,
俯冲作用通常会形成海沟、
岛弧、
弧后盆地的
地貌组合,称为沟—弧—盆体系;碰撞型边界两侧通常都是
大陆板块,二者不会发生俯冲而进入地幔,最终发生地壳的变形缩短并“焊接”在一起,在板块的结合处形成一系列的山脉。
转换型
转换型边界位于相邻板块相互错动的地方,沿
转换断层发育,两侧板块平行运动,在边界处既没有物质的增生,也没有物质的消减。转换型边界的地震影响如图1所示,它们分隔了大洋洋脊。断裂两边出现的
地质体年龄略有差别。值得注意的是在
断裂带附近,地壳减薄。转换断层以不同的形式将汇聚板块和离散型
板块边界连接起来。在被错断的各段
洋脊处,转换断层将两个离散型板块
边界连接起来,
转换断层也可以将山脊与海沟或海沟与海沟连接起来。但不管转换断层以何种方式连接其它板块边界,转换型边界都与板块相对运动的方向平行。
构造学说
要点
板块构造学说是1968年法国
地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出的一种新的
大陆漂移说,它是
海底扩张说的具体引伸。
板块构造,又叫全球大地构造。所谓板块指的是
岩石圈板块,包括整个地壳和
莫霍面以下的
上地幔顶部,也就是说地壳和
软流圈以上的
地幔顶部。
新全球构造理论认为,不论大陆壳或大洋壳都曾发生并还在继续发生大规模
水平运动。但这种水平运动并不象大陆漂移说所设想的,发生在
硅铝层和
硅镁层之间,而是岩石圈板块整个地幔
软流层上像传送带那样移动着,大陆只是传送带上的“乘客”。
主要板块
勒皮雄在1968年将全球地壳划分为
六大板块;
太平洋板块、
亚欧板块、
非洲板块、
美洲板块、
印度洋板块(包括
澳洲)和南极洲板块。其中除太平洋板块几乎全为海洋地壳外,其余五个板块既包括大陆地壳又包括海洋地壳。细分全球有八个主要板块:
欧亚板块
欧亚板块-
北大西洋东半部、欧洲及
亚洲和东南亚 (俄罗斯东北部、日本北部和印度除外)。
非洲板块
印澳板块
太平洋板块
太平洋板块-大部分的太平洋 (包含美国南加州海岸和墨西哥加利福尼亚半岛地区)。
纳斯卡板块
北美板块
北美板块-北美洲、亚洲东北部、北大西洋西半部及
格陵兰。
南美板块
南极板块
此外还有至少二十个
小板块,如
阿拉伯板块、加勒比板块、科科斯板块及
菲律宾海板块等。在
板块边界的地震发生异常频繁,将震央—点出即可明显看出板块的边界何在。
板块之间的边界是
大洋中脊或
海岭、
深海沟、
转换断层和
地缝合线。这里提到的海岭,一般指
大洋底的山岭。在大西洋和印度洋中间有
地震活动性海岭,另名为中脊,由两条平行脊峰和中间峡谷构成。太平洋也有地震性的海岭,但不在大洋中间,而偏在东边,它不甚崎岖,没有被中间峡谷分开的两排脊峰,一般叫它为
太平洋中隆。海岭实际上是海底分裂产生新地壳的地带。转换断层,是大洋中脊被许多
横断层切成小段,它不是一种简单的
平移断层,而是一面向两侧分裂,一面发生水平错动,是属于另一种性质的断层,威尔逊称之为
转换断层。两大板块相撞,接触地带挤压变形,构成褶皱山脉,使原来分离的两块大陆缝合起来,叫
地缝合线。一般说来,在板块内部,地壳相对比较稳定,而板块与板块交界处,则是地壳比较活动的地带,这里火山、
地震活动以及断裂、挤压褶皱、
岩浆上升、地壳俯冲等频繁发生。