海底的撕裂:大陆是怎样漂移的?

2019-09-08   后宫地图三千

江山变换,岁月迢递,历史的泥沙把地球演变的征兆全埋葬了。多亏存在着岩石,岩石曾使古老的生物再现人间,岩石同样能将地球的运动史一页页揭开。

50年风水轮流转,古地磁硏究揭示了大陆漂移是从海底开始,洋中脊是两个相反运动的板块之间接合部。洋中脊下面上升的岩浆,将地壳从此向两边推开。运动的洋底壳埋葬地点是大洋边缘的海沟。

从岩石中刮起一股磁旋风

在20世纪60年代,新的宇宙观和新的地球观同时出现。板块构造地质学,从总体上把地球的各种科学联系在一起。地球不仅是一个圆球、支座或底盘,而是一个具有演变过程和历史发展的复杂生命体。这个生命体包含着地壳、地幔和地核。地壳覆盖着地幔,地幔包裹着炽热的地核。地球内部在不断地进行分离、组合、漂移、接近、碰撞(地震)、短路(火山喷发)。在历史长河中它还经受巨型陨石撞击,忍受冰期的寒冷和无端升温等冰与火的考验。

地球又是一个依附于太阳的星球,它同时也是一个完善、孤立和自主的世界。在太阳系和银河系的星球中,地球成了一个充满生命的极为罕见的星球。

60年代以后,人们对海洋的研究进入一个崭新的时代,上穷碧落下黄泉,两处茫茫都能见。透过黑暗的海水,用微妙的仪器,在漂动的船上,科学家对洋盆海底进行了广泛的探测,通过洋底古地磁的研究,发现了洋底也在“漂移”。从此,冷落了几十年的“大陆漂移学说”又风靡起来,一时洛阳纸贵,含冤40载的大陆漂移说终于迎来科学的春天。什么是古地磁呢?说得简练些,它是根据古老岩石中存在的剩余磁场现象,去研究地磁场历史变化的一门科学。

首先,我们知道磁铁是一种磁性物质,由它制成的罗盘指针可以随时指出地球磁场的南北极。中国人古代四大发明中指南针就是其中之一。有了指南针,航行在海上的船只,才能不迷航。但是,只有少数专业人员才能理解,所有岩石中都含有磁铁矿之类物质,在岩浆从地底喷发上来时,这些微量的磁性体就是亿万个小磁针,在流动的岩浆中,能够自由运动,最终指向地磁场方向,就像罗盘指针那烊。

当带有氧化铁或氧化钛的岩石从熔融状态冷却下来形成固体时,这种岩石“冻结”了,那些细小的指南针,它们也永远指向岩石凝固时的地球磁场方向,通常是指向地理极附近的磁北极。除非岩石在此期间发生了运动,才会改变那种原始的指向。由于地球磁场与地面有相同的弯曲状,因此,在北半球磁铁中指比针都向下倾,而在南半球则向上翘,这倾斜的角度称为磁倾角。

法国人布容1890年研究法国中部玄武岩的天然剩磁时发现,大多数岩石剩余磁性与现在地磁极一致。但有些岩石剩余磁性却是反常的:小磁铁不是指北极而是指南极,向上翘而不是向下倾。这种反常现象引起了不小的轰动。

1928年,松山基范对日本200万年以来火山岩进行了大量的测量,也发现了类似的现象,而且异常磁性倒转都发生在较老的玄武岩中,而年轻岩石剩磁都与现代地磁场一致。他从而突发奇想,地球磁极曾经倒转过:某个历史时期地球磁北极曾位于现在地理南极附近,而磁南极则靠近地理北极。松山的想法在当时有些像天方夜谭,因为过去人们总是天真地认为,地磁场是由埋在地球内部的巨大的固体磁铁引起的,比孙悟空的金箍棒大得不知凡几。要把这样一根大磁铁倒转是根本不可能的。

到了1960年,放射性测年技术已经取得了长足进步,火山岩中含有放射性钾是测年的好材料。从测量结果得出,距今240万年~70万年之间,确曾发生地磁极的倒转,为了纪念松山,人们把这一时期称为“松山反极性期”。松山之后,地球的磁场直保持现状,称为“正极性期”,又称为“布容期”——后人为纪念布容而命名的。并且也弄清楚了,地球内没有大磁铁棒,地球磁场是一种电磁场,就像电流流经线圈产生的磁场一样。地球核心就像一部庞大的发电机,液态核心的运动,加上地球自转就可产生十分接近地理极的地磁场。只要液体核心运动达到一定临界条件,就能引起地磁场的倒转。每次倒转大约需要几千年才能完成。

正当人们忙于研究测定陆地岩石极性时,斯克里普斯海洋研究所地球物理学家却乘船奔忙在波涛汹涌的太平洋上,调查洋底岩石的剩余磁性。他们认为,太平洋底也是由玄武岩构成的,它们的剩余磁性应该比陆地上更强。当他们把测量结果绘于图上时,发现另一种有趣现象:调查区域内狭长的强磁性海底条带与弱磁性的条带相间排列,条带的东西方向宽度从几公里到几百公里不等,南北长度可达数千公里,并以洋中脊作为分界线,洋中脊两边条带的强弱和宽度大体呈对称分布,就像象棋中楚河汉界那样。全球所有大洋中都是如此。这一发现,给地球物理学家带来无比兴奋,他们已隐约地感觉到,一个划时代的发现,将如一颗启明星那样出现在人类视野的天际。

海底的撕裂从洋中脊开始

洋中脊,又称海脊,是大洋海底中隆起的脊梁骨。它起自北冰洋,蜿蜒曲折纵贯大西洋,然后向东北插入印度洋中部,再向东南与南太平洋洋脊相接,全长75万公里。海脊在大西洋最为发达,它占据了大西洋中部的三分之一。这个洋脊比附近的洋底平均高出1~3公里,平均宽度为1500公里,洋脊的顶部有个宽24~48公里、边缘以下深约1800米的裂谷。裂谷的边缘本身在水下面的深度平均为1800米。它具有一些与众不同的特性:

1.陆地上的山脉,主要是由很厚的沉积物受到挤压、折叠、上升而成。而大洋底的海脊,全部是地底下岩浆上升凝固的结果。它没有受到挤压,也就没有形成褶皱。

2.大洋海脊的顶部,有一条很深的裂缝,它的长度几乎与海岭相当。裂缝里的岩石年龄很轻,从裂缝越往外,岩石年龄就越大。此外,根据地热流的测定,还看出海脊上热流比较高,越向两边越低。

3.裂缝两侧的岩石,向相反方向运动。运动速度是每年1~5厘米左右,最快的是太平洋海脊,最慢的是大西洋海脊和西北印度洋卡尔斯伯格海脊。

4.经过更详细的研究,发现这些洋脊并非像长蛇一样连成体,而是由于移动方向和速度不一样,披撕裂成若干段。每段本身,则保持相对稳定。段与段之间,是地震发生最多的区域。

一些人把中央海脊视为海底撕裂的起始处。当引起大陆漂移的力使海脊两边的地壳漂向两边时,熔岩在海脊的中央上升,并以板块漂移分裂的同样速度、同样总量凝固起来,以填补裂开的缝隙,使移走量与补充量基本相等。剑桥大学的F.J瓦因和D.H.马修斯说,如果海底扩张曾经发生过,那么,海脊中上涌的熔岩凝固时,其中小磁体应以当时地球磁场的方向磁化,且在海脊两边的海底应有磁化情况相同的条带存在。当地球磁场反转的时候,对应的磁性也应该产生反转,而且每个条带的宽度可作为两次反转时间的计算标准。

上面提出的这个论点很快就被证实了。瓦因和J.T威尔逊测量到,在温哥华岛附近的一个海脊的两边,其条带是对称的。哥伦比亚大学的一名教授也证实,在太平洋、大西洋和印度洋存在着同样的对称带,并最后确定了在7600万年中有171次反转现象。但是,条带的宽度却不相同,因为每次海洋的扩张速度是不同的。地球磁场两次反转之间的最长周期约为300万年,而最短的周期约为5万年,两次反转的平均周期为42~48万年。对于磁场反转原因,地质学家们曾提出过陨石对地球的撞击、地壳的造山运动和地球轨道的不规则性等多种解释,但其真正的原因还不清楚。

海底撕裂是怎样引起的

根据上面这些事实,重新提出一个古老的后来又为人们抛弃的观念:地球内部一直处于一种缓慢的热对流状态,它类似于水在锅中受热之后达到沸腾的情况。测量通过海底向上升起的热量表明,沿中央海脊的热流值为陆地上和海底其它地区测得的28倍。大洋边缘的海沟内的热流值下跌到这个平均值的十分之。这些发现和观测资料,有力地支持了关于热流循环的说法。在热流循环中,地心物质在中央海脊处缓慢上升,而在海沟地区又重新下降。这种热流循环为大陆漂移提供了推动力。关于海脊是拉伸(拉开)区而不是压缩区这一发现,也支持了上述的推理。把所有零散的研究集中在一起进行重大的检验,时机已经到来。1960年前后,普林斯顿大学的H.H.赫斯,提出了“海底扩张说”。海底扩张说是这样假设的:地球由地核、地幔、地壳组成,地幔厚度很大,达2900公里,由硅镁物质组成,占地球质量68.1%。由于地幔温度很髙,处于熔融状态,像沸腾的钢水,不断翻滚对流,具有强大的能量,大陆则被动地在地幔对流体上运动,而不是魏格纳所说那样,大陆像冰块浮在洋底上漂移。他设想大洋的海脊,是新地壳的诞生地。地幔中的物质,不断地从海脊当中的裂缝里流出来,冷凝固结,再为涌升流所推动,把老洋脊壳向两侧推移出去,使海脊不断向外扩张,形成了一浪接一浪、后浪推前浪的运动方式。而且,这种运动水不停歇。大洋底部,就是处在这样不断地更新过程中。当地幔涌升流把洋底抬升起来的时候,就像陆地上火山那样会伴随强烈的地震发生。大洋中脊浅源地震特别密集,就是这种理论的最好说明。高温的地幔物质在这里上升,然后水平地向两边扩展。因此,这里既是新大洋地壳出生地,又是老大洋地壳的坟墓。大洋中脊,正是地幔涌升将洋底抬升的结果。而中脊两侧峭壁夹峙、地形崎岖的中央裂谷,则是地幔上涌的通道,洋底诞生的地方。

洋底向两边运动,每年才1~5厘米,这已经了不起了。一年1个厘米,10万年就是1000米,2亿年就是1万公里。这是个很大的数字。太平洋洋底正是以这个速度向两边运动。

魏格纳说原来没有大西洋,是后来南美非洲大陆分开后才形成的,这是对的。但是,是什么力使它们分开?魏格纳不知道。在他当时,他也不可能知道,因为那时科学发展还不能让他知道这一点。现在我们知道了,这是地下岩浆从大洋中间上升之后,推开大陆,使大陆向两边运动。

但是,大洋中间岩浆老是上升,推动地壳,岩浆上升之后,如果没有东西去补充这是不行的。那样一来,地中心就要空了嘛。这当然不行。因此,岩浆从中间上升,推动地壳向两边运动。同时,它还能慢慢回到地球中心,从什么地方回去呢?就是太平洋西部——日本、中国一带;太平洋东部——美国和南美沿岸一带。地壳就从这里转弯,向地球中心运动,然后又慢慢回到太平洋中间去,从那里向上升,再流向两边,又推动大陆运动。

太平洋、大西洋是这样,红海、阿拉伯海也是这样,现在的红海还只是小海湾,有人预言:再经过几百万年后,它可能成为新的大洋。

拼成地球的七巧板

1965年,加拿大人威尔逊根据“大陆漂移说”和“海底扩张说”,加以提炼总结,又提出了“板块学说”。根据板块构造理论,地球的外壳是由二十来个刚性板块组成的。最基本的有六大块:太平洋板块,欧亚板块,印度洋板块,美洲板块,非洲板块,南极板块。板块的划分,不受海洋和陆地的限制。一个板块可以全是大洋地壳,也可以全是陆地.或者二者兼而有之。例如,在六大板块中,太平洋板块全为海洋,其余五块都是跨海洋和陆地。板块呈刚体,紧紧地固结在一起。其跨度可以达数千公里。至于板块的厚度现在还不能完全确定,有可能是在70~100公里之间。这些板块处于永恒的运动中。它们漂浮在灼热的液态塑性软流圈上。实际上人类居住的高山和平原,坐落在板块上当板块运动时也载着我们向前漂移。大陆板块是在海洋板块推动下运动的。因此,“海洋板块漂移”这个词可能比之“大陆漂移”更能说明问题。

板块以三种运动方式中的一种不断地相对运动着。这三种运动方式是,板块能在一个扩张轴(中央海脊)的两边相互拉开,也可能相互滑移,或是可能互相碰撞。当两个板块彼此滑过时, 便会形成一个大断裂带(例如加利福尼亚圣安得列斯断层);在发生碰撞的情况下,海洋板块因为密度较大(从地壳向下越深密度越大),会插到大陆板块下面(见前图中的那兹卡板块,插入美洲板块。);当两个相同密度大陆板块碰撞时,就会在它们的前沿处堆叠、翘曲,最后形成山脉。

在大洋板块向大陆板块俯冲过程中,俯冲的板块被迫向下插到大陆板块的下面,直到其角度达到30°~45°而趋于稳定,然后慢慢进入大陆下面的地幔中,在俯冲地带,形成了很深的海沟。太平洋的一个突出的特点是,最深的地方都在边缘,特别是太平洋的西部,有很多非常深的地方,其中主要有阿留申海沟(阿留申群岛以南),深达六七千米以上;千岛海沟(千岛群岛以东),深度达8千至1万米;菲律宾海沟,深度在8千至9千米之间,其最深处为马里亚纳海沟,最深处达1.1万米;在太平洋东部,有一个秘鲁海沟,深度也超过7千米。几乎所有太平洋海河都具有明显的沟状,在沟的旁边弧形分布着一连串的弧形岛屿。

海沟就像个“漏斗",洋底的物质随着俯冲不断进入这个“漏斗”中,俯冲的板块速度和板块漂移的速度相当,大约每年1~10厘米。由于温度随深度增加,下插的板块最终会被熔化并被软流层吸收。板块熔融和地幔同化的深度与其下沉的迳度有关,下沉速度愈快,其同化深度愈深。一般来说,不超过700公里,那里的温度为2200℃。在700公里以下,没有发现深层地震。在板块逐渐为地幔所吸收、增温和同化之后,再流回大洋海岭的底部,通过海岭顶部再流出来。这个假定的对流体,像传送带一样带动板块,也供给海岭产生裂缝所需的动力。这样,海洋地壳从大洋海岭处诞生,而消失于海沟岛弧一带。一面生长,面消失,处于不断的更新过程中。在鉴定海底岩石年龄时,发现都是比较年青的,没有比中生代更老的沉积岩,这也给“板块学说”提供了一个有力的证据。

把一块厚度为100公里的冷而致密的玄武岩板块,以缓慢而稳定的速度压入地球内部,同时逐渐提高其温度直到最后完全熔融为止,至少可以说这是一个笨重而又充满挤压的过程。这种挤压能量的周期性释放、以地震和火山活动的形式使入们能强烈感觉到它。世界地震带大都沿着中央海脊和板块相交的边界外分布,这绝不是偶然的。

世界上活火山主要东中在太平洋沿岸和一些岛屿上,也就是在太平洋板块与其它板块桕交界的地方。这里,形成了太平洋“火山圈”。世界上的活火山,共有552个,其中分布在太平洋的有322个,大西洋有67个,印度洋100个,亚洲、非洲和欧洲南部才33个。太平洋占了百分之六十。因此把太平洋周火山和地震,称作魔鬼的项链。

日本每年都要发生几次地震,那就是地底下岩石受挤压引起的。日本人为了减轻火山爆发和地震造成的灾害,居民房子是用木头做的,房屋塌下来,也不会伤害入。

我国也是一个多地震的国家。沿着太平洋这一线发生好多地震(大地震如唐山地震)。为什么这一带会有地震,那是和太平洋底地壳向我们这儿挤压有关系的。

还有印度洋底也向外挤,把印度大陆挤向我国云南、贵州、西藏,挤向有母性温柔的劳亚古陆。岁月悠悠,斗转星移。原来宁静安祥的喜马拉雅海,变得歇斯底里起来。狂怒咆哮,惊涛万丈,地心喷出的生命之火,直冲云霄,震憾着环宇。大地在角斗中断裂、隆起,耸起了巍巍壮观的昆仑山、帕米尔高原和西藏高原,挤出一个世界最高峰——珠穆朗玛峰。现在它还在上升。红日依旧,覆盖在这高山之巅的世纪之雪,却再也没有融解、几千万年过去了,大气从此稀薄,生命在此退却。

证明喜马拉雅山那儿原来是一片汪洋大海的是登山队员们。他们在山半腰发现了鱼的化石,就说明鱼曾在这儿生活过。鱼是不能爬山的,唯一的解释是,这儿从前不是高山,而是海洋,鱼曾在这里生活过,后来死亡了,就沉到海底,并被泥土埋葬起来。可是,由于地壳上升,埋鱼的泥土也逐渐被抬高起来。一直高到四五千米。要是不用这种观点,就解释不通。也正是由于印度大陆挤我们,西南地区也是一个地震带,云南、四川西边都时有地震发生。

六大板块充分说明了现今发生的大陆漂移的概貌,见地壳主要板块图,图中假定非洲板块是固定的。箭头表示其他五大板块运动的方向,其边界一般是海岭和海沟。有些小板块,尚未命名,也表示在图上。在一些区域,特别是在美洲板块和亚欧板块边缘处以及非洲南部,很难说板块边界在哪个地方。

正是由于地壳的不断变化,有可能在整个地质时代,载着大陆的板块都在运动着,大陆曾被撕裂过若干次,并形成新的海洋,有时大陆又互相碰撞,或者粘接在一起,于是原来的海洋变成了陆地,而在别的地方又撕裂成新的治洋。太平洋可能是地球上最古老的大洋,根据西太平洋底岩石标木分析,最古老的沉积岩是1-2亿年前,西太平洋已经有了一个广阔深邃的海底了。而大西洋在1.5亿年至4亿年前,确实是不存在的。但是,约在6.5亿年至4亿年前,在那里却有一个较老的海洋,它的沉积物现在位于欧洲和北美的加里东——海西——阿巴拉契亚山脉内。这个较老的海洋长期是封闭的。后来,欧美两个大陆又重新分裂,逐渐分离开,形成新的大西洋,至今仍在扩展中。