科學(xué)技術(shù)史-5.4地學(xué)的重大突破

Word文檔科學(xué)技術(shù)史-5.4地學(xué)的重大突破第四節(jié)地學(xué)的重大突破

本世紀(jì)以來，地質(zhì)科學(xué)活動的規(guī)?？涨皵U(kuò)大，探測手段不斷更新，人們熟悉到了更多、更豐富的地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)學(xué)的理論性更強(qiáng)，它在實(shí)踐中的作用也更大了。

4.1大陸漂移說及其疑難

20世紀(jì)之前，人們普遍認(rèn)為地殼雖然會有升降，但大陸在地球上的位置是固定的，大洋盆地也是如此，這就是“大陸固定說”。不過，也有學(xué)者留意到世界地圖上非洲西海岸與南美洲東海岸的鋸齒狀擬合，由此而猜想這兩塊大陸原先可能連接在一起，后來才分別成為兩塊大陸，這就是說大陸曾經(jīng)發(fā)生過橫向的移動。到了20世紀(jì)，地球冷縮說的一些觀點(diǎn)受到懷疑，以此為據(jù)的大陸固定說也隨之動搖。德國氣象學(xué)家和地球物理學(xué)家韋格納(AlfredLotharWegener，1880～1930)也是受到非洲和南美洲海岸線的吻合這一事實(shí)的啟發(fā)開頭思索這個問題的。他還從這兩個大陸的地質(zhì)構(gòu)造、古氣候、古生物等方面查找依據(jù)，最終1912～1915年間提出“大陸漂移說”。他的主要觀點(diǎn)是：大陸為較輕的剛性硅鋁質(zhì)所組成，它漂移在較重的硅鎂質(zhì)之上，距今大約2．5億年前，大陸是一塊完整的、單一的大陸，它的位置約在今日北極到非洲的四周。到了大約2～0．7億年前，原始大陸分裂成若干塊并且各自漂移，最終才成了今日各個大洲和大洋的面貌。韋格納的學(xué)說比較圓滿地解釋了今日大西洋兩岸的輪廓、地形、地質(zhì)構(gòu)造、古生物群落的相像性等一系列現(xiàn)象。然而他的學(xué)說存在著一大疑難，這就是巨大的大陸漂移機(jī)制的問題。韋格納認(rèn)為，使大陸產(chǎn)生漂移的力氣來自兩個方面：一是地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的力；二是太陽和月亮的吸引所產(chǎn)生的自東向西推動的力。但是一些學(xué)者經(jīng)過計(jì)算指出，這兩種力都遠(yuǎn)不足以推動大陸的漂移，因而他的學(xué)說受到持大陸固定說的學(xué)者猛烈攻擊。從那時候直至本世紀(jì)40年月的幾十年內(nèi)，大陸漂移說幾乎銷聲匿跡。

不過此時仍有一些人在為查找大陸漂移的驅(qū)動力而思索，蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家霍姆斯(ArthurHolmes，1890～1965)就是其中之一。1928年霍姆斯就此提出了“地幔對流說”。地幔是堅(jiān)硬的地殼下面的厚約3000公里的層圈，他設(shè)想固體的地幔可以發(fā)生熱對流，地幔流在上升的過程中遇到大陸屏障就向兩邊分流而去，巨大的力氣將陸塊扯開并使之分別而隨地幔漂移。當(dāng)兩股地幔流相向流淌而匯合時將向下流淌，它的擠壓力和向下運(yùn)動的力氣使陸塊下沉而造成了海洋和地槽。這樣，地幔就不是韋格納所說的漂移大陸的“海洋”而是帶動大陸的“傳送帶”了。霍姆斯對他自己的想法沒有信念，說這只是“純屬臆想的概念”。他的假說發(fā)表之后也曾被視為“異端邪說”，受到多人的指責(zé)。然而，他所“臆想”的一些證據(jù)后來竟然在海洋里找到了。

4.2海洋地質(zhì)三大發(fā)覺

上個世紀(jì)人們就開頭了海洋地質(zhì)調(diào)查，1872～1876年英國調(diào)查船“挑戰(zhàn)者號”環(huán)球航行12萬公里，收集了海洋物理、海洋化學(xué)、海底地貌和海底沉積物等方面的大量資料，是為海洋綜合調(diào)查的開端。本世紀(jì)30年月以后，出于軍事上和漁業(yè)上的目的以及石油和其他礦產(chǎn)資源開發(fā)的需要，系統(tǒng)的海洋調(diào)查工作規(guī)模不斷擴(kuò)大。與此同時，觀看和探測技術(shù)也有了飛速的進(jìn)步。50年月以后更綻開了大規(guī)模的國際合作，為海底地貌、海底地質(zhì)和海底地磁供應(yīng)了非常豐富的資料，被海水所深深掩蓋著的洋底越來越清楚地呈現(xiàn)在人們的眼前。洋底地質(zhì)調(diào)查碩果累累，其中最重要的是全球裂谷系、洋底熱流特別和洋底磁條帶這三大發(fā)覺。

1925～1927年德國調(diào)查船“流星號”的調(diào)查使人們知道，洋底并不像過去想象那樣平坦，而是存在著一系列山脈。后來科學(xué)家們又弄清晰了大西洋上的冰島以及由此向南斷續(xù)分布的島嶼，其實(shí)都是海底山脈露出洋面的山頂。在1957～1958年的“國際地球物理年”活動中，各國調(diào)查船合作以聲納探測洋底，證明了存在著一個遍及全球，跨越各大洋盆地，延長達(dá)65000公里的海底山脈。由于這條山脈的絕大部分都分布在大洋的中部，因此稱為“大洋中脊”。大洋中脊突兀于海底，相對高差平均約為1～2公里，寬度在200～400公里左右。海底山脈不但比任何陸地山脈都大，而且它的物質(zhì)組成和詳細(xì)形態(tài)亦與陸地山脈不同。在海底山脈里找不到任何沉積巖的蹤跡，它完全由火成巖組成，巖石的年齡比大陸上的巖石年輕得多，最老的也不超過l～2億年。從外形上看，它的中軸線部位并非最高之處，有許多段落的中軸線竟然是深谷，谷底寬度約數(shù)十公里，這就是所謂“全球裂谷系”。根據(jù)原先的想象，遠(yuǎn)離大陸的大洋深處特別安靜，但人們發(fā)覺洋底頻繁發(fā)生地震，震中基本上都位于大洋中脊處。

從地球內(nèi)部傳向地表并散逸到空間中去的熱量稱為地?zé)崃?。地球表面熱流量的平均值約為1．25微卡／厘米2·秒，而洋底熱流量的平均熱流量約為1．30微卡／厘米2·秒，大洋中脊處的熱流量一般達(dá)2.5～3微卡／厘米2·秒，少數(shù)地方更達(dá)10微卡／厘米2·秒。這種特別狀況說明必定是有熱物質(zhì)從地幔流向洋底。

磁性巖石之所以具有磁性，是由于這些巖石形成時被地球磁場所磁化的原因，它的磁場方向必定與當(dāng)時地球磁場的方向全都。1909年科學(xué)家在法國發(fā)覺不同時代所形成的磁性巖石的磁場方向嚴(yán)格相反，其后人們又相繼在很多地方發(fā)覺同樣現(xiàn)象。這就表明地球磁極曾經(jīng)發(fā)生過多次倒轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在我們知道，在地球的整個歷史上，它的磁場極性曾經(jīng)發(fā)生過幾百次逆轉(zhuǎn)。50年月美國“先鋒號”調(diào)查船在美國西部測量海底地磁，發(fā)覺洋底巖石的磁場存在著有規(guī)律的變化，磁場的強(qiáng)度強(qiáng)弱相間并且磁場方向依次正逆變化。進(jìn)一步的探測更發(fā)覺，海底巖石磁場的這種變化以大洋中脊為中線呈東西對稱狀態(tài)。這就是“洋底磁條帶”。洋底磁條帶與大洋中脊平行的現(xiàn)象使地質(zhì)學(xué)家們想到兩者之間的關(guān)系。1963年英國劍橋高校博士討論生瓦因(FrederichJohnVine，1939～)和他年青的導(dǎo)師馬修斯(DrummondHoyleMatthews，1931～)認(rèn)為，洋底磁條帶可能是沿大洋中脊噴發(fā)出的巖漿凝固時所打上的那時地球磁場的印記。

4.3海底擴(kuò)張說的建立

1960年美國地質(zhì)學(xué)家赫斯(HarryHammondHess，1906～1969)提出了海底擴(kuò)張說。他構(gòu)想了這樣一個圖像：地幔對流的上升處位于大洋中脊，地幔向兩側(cè)分流時把地殼拉開，由此而產(chǎn)生了中央裂谷，地下的巖漿在中央裂谷處溢出，凝固形成新的洋底地殼，洋底地殼不斷生成并且受到地幔流的拖曳，持續(xù)地向兩側(cè)擴(kuò)張。地幔的下降處在海溝，老的洋底地殼在這里被帶進(jìn)地球內(nèi)部重新參加循環(huán)。他推算每隔兩三億年全部洋底地殼就要更新一次。后來經(jīng)過很多地質(zhì)學(xué)家的探討和更大規(guī)模的洋底地磁測量，海底擴(kuò)張說的論據(jù)令人信服。巖漿自大洋中脊裂谷溢出后漸漸冷卻，獲得了與當(dāng)時地球磁場方向相同的磁性，新的巖漿連續(xù)涌出，已凝固的巖石則被推離中脊的兩邊而去，在這個過程中地球磁場多次倒轉(zhuǎn)，這樣就形成了磁條帶。經(jīng)過推算，現(xiàn)在人們認(rèn)為太平洋洋底每年擴(kuò)張約5×2厘米，大西洋大約是每年1×2厘米。

4.4板塊構(gòu)造說的誕生

海底擴(kuò)張說表明，以大洋中脊為中心的海底擴(kuò)張必定引起大陸的運(yùn)動，大陸漂移的機(jī)制得到了說明。1968～1969年間，美國的摩根(WilliamJasonMorgan，1935～)、勒比雄(XavierLepichon，)和英國的麥肯齊(DanPeterMcKanzie，1942～)等幾位青年地質(zhì)學(xué)家差不多同時形成了大陸板塊運(yùn)動的想法，他們聯(lián)名撰寫一系列論文闡述他們稱之為“板塊構(gòu)造說”或“新全球構(gòu)造理論”的學(xué)說，其基本內(nèi)容如下：地球上的巖石圈存在著多條裂隙，板塊就是四周為巨大的斷裂帶所割開的層狀巖石圈塊體。勒比雄把整個地球巖石圈劃分為六大板塊，即太平洋板塊、歐亞板塊、澳洲板塊、非洲板塊、美洲板塊和南極洲板塊。這六大板塊還可以劃分為若干個次一級的板塊．如有人把以中國大陸為主的亞洲東部和東南部從歐亞板塊分出，稱為中國板塊等等。板塊的運(yùn)動造成了大陸的漂移。一般來說，每一板塊內(nèi)部的地殼都比較穩(wěn)定，而板塊的邊界處則是地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動最活躍的區(qū)域，板塊之間的相對運(yùn)動是全球地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的基本緣由。板塊邊界按其作用力的狀態(tài)可以分為三種狀況：擠壓性狀態(tài)，即兩板塊相對運(yùn)動而相互擠壓；引張性狀態(tài)，即兩板塊相背離去而相互牽引；剪切性狀態(tài)，即兩板塊之間有相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。板塊在運(yùn)動過程中造成了裂谷、地槽、海盆和摺皺山脈，板塊運(yùn)動是造成地震的