三，沧海桑田说海陆变迁－大地构造活动过程的三部曲

　　(一)魏格纳的大陆漂移说
　　1． 地球在收缩还是在膨胀
　　地球表面为什么有高山和平原‚陆地和海洋？它们的分布，形状是否一直未改变？这样一个很基本的地学问题一直在争论不休。早期，最主要的是收缩说，认为原始地球是热的，一开始就收缩变冷，山的褶皱，冲断，升降作用都由冷缩所至。它盛行多年后，由于与地球物理学的新观测结果不符合，后被膨胀说所代替。由于地球内放射性物质生热，引力常数随时间减小，地球自转速率变缓，以及高压相物质转变为低压相物质均可导致地球膨胀。但由这些起因计算出的膨胀数量大的惊人，人们对它产生了怀疑，难以让人接受。20世纪初地质学界抛弃了上述以地球整体收缩或膨胀的观点，提出了地槽说。他认为世界上的山脉是在海底形成的，然后上升褶皱成连绵的高山。这些狭长的，曾剧烈升降的地质构造活动动区叫地槽，与地槽对应的是稳定的地台或地块，总称地槽说。地槽说可以解释很多地质和地理现象，但它和收缩，膨胀说一样侧重于垂直运动，与此相对立的，是侧重于水平运动的大陆漂移说。
[案例28]2． 大陆在漂移　　            　　　　　返回
　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   　大陆飘逸的观点提出得很早，只是到了魏格纳才形成理论。这位有力地撼动了传统的地质学基础的人，不是一位地质学家，而是一位研究气象的科学家。他那大胆而令人神往的大陆漂移的想法，竟然是来自一幅平淡无奇的地图。有一天，年方三十的他躺在病床上，无意中把眼光落到墙上挂着的一幅世界地图上，他发现大西洋两岸的轮廓竟是如此的吻合，特别是南美洲巴西东端的直角突出部分与非洲西海岸呈直角凹进去的几内亚海湾极为吻合而且巴西海岸每一个突出部分和海岸，恰好和非洲西岸每一个凹进去的海湾和突出部分非别对应吻合，在魏格纳的脑子里便产生了一个惊人的想法：南美洲大陆和非洲大陆本来是连接在一起的，只是后来分裂，漂移才出现了大西洋。1911年魏格纳从一本论文集中看到，根据古生物的证据，巴西和非洲曾有过大陆相连接。这为极富探索精神的科学家从此便选定了研究大陆，大洋的形成的课题，这一课题涉及地质，古生物，古气象，动植物，地理等多学科知识，在当时有很大难度。1915年，魏格纳在取得了一定研究成果的基础上，完成了《海陆的起源》一书，这本书震动了当时地质学界，引起了强烈的反响。

　　　　　　 　

　　魏格纳认为，在古生代末期，也就是距今大约2.5亿年前，整个地球表面只有一块完整的大陆。他的位置大约今天的北极和非洲的周围，叫泛大陆（古陆），它的周围都是海洋。由于地球自转形成的赤道膨胀部分对它的吸引，泛大陆发生离极漂移。同时，由于太阳，月亮对地球的潮汐长生的摩擦影响，是漂移板块落后于地球自西向东的旋转，泛大陆又作由东向西的相对漂移。到了中生代，泛大陆在漂移过程中产生了裂痕，成为了几块大陆。首先大洋洲分裂出去，以非洲为中心向南偏西漂移；然后是南极洲脱离古陆向南漂去，在后是北美洲分出来，向西漂移，并形成大西洋；同时印度次大陆，又脱离古陆向东飘去，产生印度洋；最后古陆顶部（北部）被分裂漂移，成为北冰洋，如此分裂演变到第3纪已基本形成现在的海陆分布轮廓。要证明大西洋只不过是古大路上的一条“缝”，不仅需要卓识和勇气，还需要证据。
　3． 魏格纳的证据
　分裂大陆除几何形状吻合之外，还应有相对应的地层和地质构造上的一致性。魏格纳对大西洋两岸大陆的地层和构造作了细微的比较，他发现横断非洲南端东西走向的开普山脉，与南美洲布宜诺斯艾利斯以南的古老褶皱山西地层岩性差不多，地质构造及近似。如果把两个大陆海岸线粗略吻合在一起，这些地层和构造竟能衔接在一起，浑然一体。再往北走，在非洲存在着一片未经褶皱的片麻岩为主体的高原，而在南美洲相对应位置的巴西高原也广泛分布着有同样特点的片麻岩。同时，他在对非洲和南美洲两块大陆进行拼合时，发现这两个远隔重洋的高原上火成岩，沉积物的成分，及古老褶皱的方向等具有惊人的一致性。这些证据都可以说明南美洲和非洲这两个大陆曾经连在一起。魏格纳对比大西洋两岸大陆在地质史上曾经是一个整体，直到第4纪大冰川期以后才开始分裂。魏格纳还从古生物化石和古气候学家在非洲，澳洲，南美洲，印度洋半岛相继发现石炭—2叠纪的冰川遗迹，来证明他的漂移理论的正确性。
　魏格纳学说问世后，曾是地质学界轰动一时，同时也遭到了激烈的反对，根据物理学的阿基米的浮力原理，地壳能够在一定条件下进行升降运动，并由此建立了地壳均衡理论，这个观点已被当时地质学界所接受。魏格纳这个非地质学家提出的大陆漂移说，以地壳水平运动为主的理论观点，向地质学界传统的固定论观点提出了无畏的挑战。魏格纳为使自己的学说逐步完善，又进行了大量的实地考察和研究，不幸的是，1930年冬，他在格陵兰岛探险中遇难，终年50岁，壮志未酬。大陆漂移学说与泛大陆漂移说的争论，在魏格纳逝世后几乎消声匿迹。沉寂并不意味着科学发展的终止。“与无声处听惊雷”，30年后，随着地球物理学的发展，大陆漂移的新的形式－“海底扩张”出现了，作为海底扩张的一个引申—“板块构造”学说横空出世，带来了一次影响深远的地学革命。
　(二）磁极移动，大陆漂移说绝路逢生
　 1． 分对与非难
　1926年11月，美国石油地质学家召开了一次讨论大陆漂移的会议，魏格纳也参加了这次会议，结果是在大会发言的14位科学家中，竟有7人坚决反对这一学说。为什么漂移？漂移的原动力是什么？魏格纳本人也好，支持漂移说的其他人也好，当时囿于观察的有限事实，都不能作出回答。魏格纳提出的漂移的“离极力”和“向西力”有悖于力学的平衡原理。地球的椭圆形状是它自转产生的惯性力与重力和弹性力平衡的结果，地球表面上任何位置的物体应处于平衡状态；魏格纳说漂移的大陆（硅铝钢性大陆）受到洋底硅镁层阻挡而被褶皱成山，为什么在这一相互挤压中，更有可塑性的硅镁层反而不被褶皱成山？泛漂移论者还尖锐指出整个地球几十亿年了，大陆也存在了几十亿年，而大陆漂移仅发生在地质历史最近的一个时间，那么这以前大陆地壳就没有漂移吗？为什么？这些非难与反对，直到1959年英国剑桥大学的地球物理学家杰佛里斯在他所著的 《地球》一书的第四版中，还说漂移说定性不当、定量不够。
　　2．是极移， 还是大陆漂移
　　始于20世纪20年代的古地磁学，其研究成果在50年代开始引起学术界的广泛注意，为漂移说的复苏及发展带来了生机。岩石的天然磁性，是岩石形成时期的古地磁场在磁性留在岩石的磁性痕迹，通过岩石的“化石磁性”的研究，可以了解岩石形成的那个时期地球的磁性。我们知道地球的磁场是一个偶极磁场，它有两个磁极，其磁性位置恰与地球的南北极相反。地磁轴的平均方向与地球自转轴的方向，在足够长的时间内（至少１万年）是一致的，即地磁极的平均位置和地理级的位置是吻合的。1954年，英国地球物理学家，诺贝尔奖获得者布莱克特（1897－1974）领导的小组，在浩瀚的古地磁资料的研究中惊喜发现，英格兰地区古地磁极的位置竟然向西偏离地球的地理极达30°之多，同时，他们还测出3叠纪英格兰地区的磁倾角为34°，而目前则为65°。这种差异，布莱克特他们认为，只有用英格兰本身的移动来说明。由于英格兰这块陆地从３叠纪以来由南向北移动若干度，它的磁倾角才由34°增到65°；同时英格兰在向北移动中，又按顺时针方向转动了30°左右，才使古磁极偏离地理极30°。这种解释和魏格纳的大陆漂移的设想是那么接近。这鼓舞了布莱克斯的研究组在更广阔的范围去探索大陆漂移之。1962年以英国人朗克恩为代表的另一批研究古地磁的科学家，把每一个大陆作为参照古地磁移动的参照物（布莱克斯则以地理极为参照物），得到了以欧洲古地磁资料为依据的“极移曲线”（磁极迁移的轨迹），他们把这两条“极移曲线”绘在同一张地图上，发现其形状相似，却不重合。对此如何解释？显然，欧洲和北美不可能各有各的磁极，唯一解释是在３叠纪开始，完整的大陆发生巨大裂缝而相对位移，中间出现了大西洋。如果将北美洲在地图上相对欧洲30°的旋转，这两条“极移曲线”就重合在一起了(图5.3)。欧洲和北美洲的移动证实了魏格纳当年大陆漂移的设想。布莱克特和朗克恩两个古磁极研究小组，对不同参照物锁紧的进行的研究，殊途同归，得到了几乎完全一致的结论：大陆发生了漂移，以后有关各大洲“极移曲线”的研究，均证明了这个结论是正确的。随后布拉德和他的同事们，利用最小均方根的计算方法和电子计算机技术，对非洲和南美洲进行拼合，发现拼合效果最好的，不是大陆海岸线而是在两个大陆的水下大陆坡约915米的等深线。然后他们用同样的方法把北美洲、格陵兰、欧洲拼合在一起。这些新的论证，是在近代科学技术基础上进行的，它具有相当多的定量的依据，定性也就更加不容怀疑了。大陆漂移论复活了，但它不是简单的复活，它是用大量的现代地球物理观测资料所充实和检验的学说，具有更加旺盛的生命力。

　　　　　

 　（三）古海新底，海底扩张说应运而生
　　1． 海底奇观
　　1953年，科学家发现，冰岛以及向南断续分布的岛链，原来是北大西洋海底山脉露出水面的几个山顶。后来发现了长6万余公里的纵贯三大洋的全球海底山脉，它的绝大部分都分布在大洋的中间，故称它为“大洋中脊”（或叫海岭），它没有褶皱，全部由火成岩（熔岩物质）组成；洋脊中央有数十米宽的深谷，叫中央裂谷，裂谷两坡对称地陡急升起；洋脊顶部热流量值最高；频繁的地震震中沿大洋中脊成带状分布。地震带的分布把大洋中主要的深海沟和大洋中脊联系在一起。深海沟主要分布在太平洋周围的海陆交接地带，它有较低的热流量值和低重力值。海沟与岛弧或海岸山脉总是相伴，靠大陆或岛弧一侧的沟坡较陡，靠海洋的沟坡较缓。在海洋考察中还发现，有约35亿年高龄的大海，它的底部的年龄却不超过2.3亿年。这些海底奇观和古海底之谜，必须由新的海洋地质学来回答。
　　2． 海底不断扩张
　　20世纪60年代初期，美国科学家赫斯和迪茨分别提出了海底扩张假说，他们认为，地幔中有一个圆环型的对流体，驱使地幔的炽热物质从洋脊的裂谷中涌出，冷却后在海岭处凝结成新的地壳（海底）它以每年约几厘米的速度推动原海底向两侧扩张，当扩张到海沟时，原来的老地壳又下沉到地幔之中，被熔融态的地幔吸收而升温，又从洋脊中涌出，于是像传送带一样，海底不断更新，大陆同海底一起，在地幔对流体上漂移，海底在两亿年便更新一次 。古海底之谜解开了，前述海底的种种奇观都可以从扩张的海底得到合理的解释。大陆漂移的动力源有了具体的说明。但这些成功还必须进一步接受更新的科学发现的检验。
　　3. 地磁再做证
　　古地磁学的研究成果对大陆漂移说的复活作出了决定性的贡献。海洋地质科学的研究有力地推动了古地磁学的发展，古地磁学的新的发现又为海底扩张提供了有力的证据。
　　早在1906年，法国古地磁学家赫斯（也称布容）发现，某些地质时期形成的岩石的化石磁性所指示的方向与现在的磁场方向相反。随后陆续在大陆发现这种地磁异常现象，迫使科学家作出了地球磁场本身在地质史上曾发生过转向的大胆设想。1961年梅森和拉弗在美国西部太平洋的测量中，发现海底地磁异常。异常区呈现南北伸展的带状分布，且正负异常带相间分布，但常被突然横向截断。这种现象只见于海底而不见于大陆。其原因何在，不得其解。1963年，英国剑桥大学年轻的海洋物理学家瓦因和马修斯认为，随着海底扩张，新涌到地表的岩浆，当温度降到居里点时，便受当地地磁场的影响而磁化。如果当时地磁极为正，便产生正磁异常，为负则产生负磁异常。其后洋底向两极扩张，大洋中脊又涌上新的岩浆，产生新的磁异常。扩张脊两侧的异常带基本对称。因此，在瓦因和马修斯看来，大洋底是一个“磁性记录带”，古地磁场方向的每一次倒转都被记录下来。由于海底地壳本身化石磁性的强弱和方向的变化，决定了海底现代地磁场的强弱变化。如果从现今测量结果中扣除显得磁场变化的“记录”了。海底扩张学说创始人之一赫斯，在1962年就预感到海底磁异常现象，这对他的学说具有生死攸关的重要意义。1963年，在他的倡议下，美国拉蒙特地质观测站在美国海军协助下，对冰岛附近海域进行了航磁测量，从测量的58条测线的磁异常结果中发现，大洋中脊磁异常十分突出，脊顶两侧磁异常呈对称分布，这与瓦因和马修斯的解释一致。1964年，考克斯等人把古地磁倒转与同位素测年法结合支撑了第一张地磁倒转年表。根据磁异常出现的位置，可得到它们与海岭的距离，再根据地磁倒转年表得到的时间，从而可以计算出海底扩张的速度为1—5厘米/年。这就是赫斯和迪茨提出海底扩张的基础，后来用钻井取样的方法，从南大西洋的海岭取出的玄武岩的样品发现：直接覆盖在玄武岩的沉积岩的古生物年龄，与从海岭算出的距离成正比，由此算出海底扩张速度为2厘米/年，此数值与由地磁倒转年表的出的数值一致。赫斯和迪茨提出的海底扩张假说得到了强有力的证明。
　　大陆漂移、海底扩张，对地质学的震动之大是空前的。它为研究全球地壳构造提供了丰富的资料和极其宝贵的一系列理论设想，全新的大地构造学说的诞生是不可阻挡的了。
　　（四）板块构造说，全新的大地构造观
 [案例29]1．岩石圈是由板块组成的　　 返回