20世纪地球科学的发展
2000晕6曩蝗球鐾璞学进鼹第15卷笨2期
20世纪地球科学的发展刘光鼎
渖蕊辩拳院建鹱与魂辣暂瑾崭究所,藏寨1001艇)
穑簧:20世纪堆球辩掌餐掰了太陆漂移、海底扩张秘密若薏楹块夫琏祷造的发最蛙稷,涟
过磷梵的深化和认识的至赫,使撙许多孤立的地篮现象进一步褥割规律性的认识。岩嚣层扳
捷大地椅逸理论的基本内涌跫活劝论-誊清地球奇哿形成和演化历史-才能更深刻地认诚它.
美键词;太陆漂移;海底扩张;糟石层檄块大地构遗,滔动论
中辫分类昔:P315
文献标识秘:A
室黛绩每;t004—2903(2000)02—0001—06
1弓l畜
1970年,ThomasKuhn93掰“辩学革命”亲形容者苦痿授块大她梅遗斡俸席稆意义、他认为,板块构造对地球科学的贾献可以媲美予量子力学予物理学、分予遗传学于生物学,黻及控翩论子技术工鬟.
僵怒,应该说秘,岩石屡扳块大她擒造是农20擞缴里,扶大陵漂移,经过海底扩张面詹发袋起来的,它们的基本内涵是滔韵论.潘动论整将地球看成一个滔动体,地球不燕静业妁+霹定不变妁,蔼趋处乎不断她运动翻发展之中,它的整体和蔡个局郑嚣是可以研究的,佩必须将它的形成演化历史搞清楚,才能深刻地认识它.
2大陆漂移(ContinentalDrift)
1915年,奥地幂吐气象攀家魏祷纳(AIfred
麓起源”,酋先瞬砖提出大勰漂移翡概念:
(1)石炭纪(成煤期,300Ma),世界上只有~个超级大陆(Pangea),它由轻质的刚缝硅韬蔗缱或,两漂浮于熏攘懿疆镁接之上;
(2)侏罗纪(恐龙时期.Z00Ma),泛古陆解体,开始离析出南槛洲、澳大利监、非LotherWegener,1880~1930)发表“海牧蒋鞋麓:20∞_ol田l;嫠蠢鞫襄:2200*04-24
基盛来蔼【:中茸科学院资源等生态环城燕太域茸(12951。^l—401)
万方数据 髂嚣麓靠:麓光蒜,t929年受,要。出末蔫繁^,串鏊辩学莸靛±。逢肆耱纛学家鞍辩襻避震举塞
地球物理学进展2000往
i;}玎;
(3)白垩纪(100Ma)非洲与南燕东西分离:(4)冰期之拐(1Ma)簸堪地郡缭亚、格陵羔、搬拿大舞始襞解,璺观舞今基的大魅与太洋的位鹫.
由此可见,太陆漂移说认为大陆之间存在着相对运动.而且运动拄水平方向上是规模曩大的,
1930年,魏捂纳在穰陵兰兹探羧中,在球关雷她中,为薷教敞伴戳至心脏病莽然发作,辞世于冰原中心.应该说明,魏格纳是尽一生之精力+顽强而刻苦地搜索有关大陆漂移的佐证:
(i)在六嚣洋两裁海簿有旗互黠稼鹩岸线彩迹,驳焉试为,大西洋静盘褒,魁南j£美洲脱离非洲和欧洲并向西漂移的结果:
(2)在地屡层序上,腮西与南非十分相似.都有金刚石岩筒存在,从而表明,在太西洋痘开之蘸+它船营经楚联在一越妁;
(3)在动物种属的分布上,灵长掰狐猴仅发现于印度洋两侧(马达加斯、东非、锡兰、印度、东南亚),有钱目大袋鼠仪在澳大利皿与南美才有,然而+孤猴与大袋鼠均无跨越重洋的本锤,其能说大露洋两侧的藏地曾经是在一起懿;
<4)檀秘群落分布土,舌羊齿满藏类植物分布在印度、澳大利亚、南非、南投、从前它们曾集中谯一起,即冈瓦纳古陆;
(j)气候也曾有大规模变迁,北扳圈内的斯贬茨卑尔根群岛有热带植物棕榈辩化石;鸯搬束盖下寿媒系琏层,瓣建韪热带静南菲有陆冰遗鍪下来的砂、砾、黏主混舍瑶,
魏格纳不鼹艰险地搜集广泛分支学科的资料,五次修改褥版“海陆怒源”,但是,却遭到北美地质学家和地球物理学家的反对,以至掀起针锋姻对的争论,煦到魏格纳不幸遂{鎏,这场大辩论方逐巍滋霾下来。等鹫枣拉德(EdwardBuIlard:3])鬟诗算撬把嚣渊稻南麓洲拼合到一起时,已鬣是60年代末的事了.
3海底扩张(SeaFloorSpreading)
1950年前后,地质与地球物理研究在海洋中取得一系列的重大成就:
soundiag),(1)M.Ewing,B.C.Heezen¨’等对擞器大洋进褥了广泛的疑声测深(echo
发戢横贯全球规模豹巨大海底由脉——洋脊(ridge);
(2)M.Ewing等在世界大洋盆地中广泛采集沉积样品,并进行年龄测定,发现它们的绝对年龄都小于2亿年,丽太洋水的年龄则比大洋底沉积的年龄大的多:
(3)E.C。Bullard”发褒洋沓上蠢异常高秘热流燕,并试芳是来鑫戆凝的;
(4)P.M.B.Blackett和s.K.Runcorn“。研究地球上古老岩石的磁性时发现:地球磁轴与地球自转轴大体上保持着一致的方向,1iif各个大陆所对应的地磁极,在不同时期耷蘑甭弱豹位霆,放蠢说明备个大麓是有迁移斡+
万方数据 在大洋地球物理取得大量成果的旗础上,美围Princeton大学地质系主任HarryH.
第15卷第2期刘光鼎20世纪地球科学的发展・3・Hess口一掇出了海底扩张说(SeaFloorSpreading).在第二次世界大战期间,Hess从一名靛海长成长势驱逐麓秘艇长,彀累了丰鬻的盎弊走洋底抟观测数据,羧慝,毽劐Princeton大学任教,并系统她整理这些数据,发现海底平顶山(guyot)的演化,描绘出海底扩张现象,-7:1960年发表“洋金抟辑史”,键稚之炎“遗璧史诗”.1962掣形或海底扩张说,认为洋底的主要构造形态直接裘现出地球内部的对流过程:
(i)对流体在洋脊处上升,在洋脊鲍中央裂谷处滋出,形成新的洋底,并向两侧平移扩张;
(2)对流体牲海沟(trench)处下降,老洋底俯冲(underthrust)进入地球内部而熔融、消必:
(3)大洋盆地演化的机制如同传动带.一侧有洋底新生,~侧有洋底消亡,所以,六洋底在2~3亿年内要鼙薪一次.
1961年,R.S.Dietz:83在读了H.H.Hess的手稿之后,随即著文论述并宣传簿底扩张学说。鞋嚣,1957~1959颦髫琢撼球物理年、1980~1969年建壳主建嫒{卡划、1970~1979年地球动力学计划一直判1980年,国际合作对世界大洋进行了广泛的地质地球
SeaDrilling镑理漏粪,雹攥深海链搽(Deep
及其解释,证实海底扩张.Project,DSDP),越海底扩张说遂行了深入的验证,其中最著名的工作应是Vine和Matthews对印度洋洋脊两侧磁条带肆常的观测
4板块大地构造(PlateTectonics)
扳块大地构造是在大陆漂移、海底扩张的基础上发展起来的.在继承和发展的过程中,下弼这些避展都对板块大绝梅造的出现律出贡献:
(1)1965年,EdwardBullard口1应用电子计算机完成南美与非洲海岸线的拼台,从而後复泛吉陆静舔貔;
(2)1965年。J.TuzoWilson在平面上提比转换断层(transformfault)的概念,它瞧适应予璩蟊条搏。转换錾器翅子洋誉轴闼靠鸯弱部分,嚣数洋底龋袈带蠹其迹线;
(8)1
(slip967年,DanMckenzieC”3用转动极采描述地球上的板块运动,并用滑动向量vector)寒爱示越篾秘动,扶薅昌致乎行子扳块透凄豹擞界性嬲巢;
(4)1967年,RobertParker用墨卡托(Mercator)投影,使两个檄块之简的相对运幼扳与投影投有相同的坐标,从丽编制出绘制世界性图案的计算机程辟(supermap).如遮动极正确,则转换断层与滑勘向量墨水平状态.与j}{:同时,W,JasonMorgan采掰另外的投影方法,获得相同的结论;
(j>1967年,HenryW.Menard“”证瞬,洋底夫断裂带几乎帮符合于一缱大藤;
‘6)w.J.Morgan发现洋底断裂带精确地适应于绕运动极的一组小圆,所以,零直于转换断层与不活动断按静太强交点爵黻强定逶曩壤;
(7)根据磁条带异常与海底扩张率,也可以寻我出运动敏;
(8)1968簪,W.Jason万方数据 Morgan侔盘毽群大扳敦分蠢辩第一张黟{牛;
地球物理学进艘
(9)l968年,XavierLeP[chon编制出计算机程序,将I.amont—Doherty地质研究所鹊大量缝建秘溪资孝辜遴孬娃瑾,努据撼鲞界穴大板挟,著将扳块运菇抟厨竞遣携到磁条带异常与地质资料所能够认识的过去.
在上述这罄贡献的基础上,当对囊Lamont—Doherty研究嚣玫读堪士学位的一挑年轻地球物理学采将板坟太地构造的基本概念总结如下;地球表面有岩石层板块组成,岩石层(1ithosphere)板蛱在软流圈上遮魂。岩蠢层在厚度上棚当于地瓷与上她幔(upper—mantle)之和.下遗绶(10wermantle)由于鹾力和温度的增加不再璺刚性,而是容易形变和能够流动的,从而称为软漉圈(asthenosphere).在软流圈中的热对流(thermalvection)运动将牵委上覆岩石器扳块作承平落动.
由此,岩石层板块大地构造导致下列推论:
<1)岩石攥板袭翡边界是艳璩表露经常发生翘震和火出鹩活动带。其中包括洋脊裂谷、海淘和转换断层;
(2)岩石菇援块抟离教边界为洋黉裂芬,是海藏扩张嚣瑟塞石震增生的地方,出软流层中对流所产生的拉张作用。使下地幔中的高温高压物质从这里溢出地表,形成新的港舌层,造成浅漾地震,茹将老岩石滋岛两划作术乎接移,造成海纛扩张;
(3)岩石屡板块的聚敛边界为海沟,并与岛弧和弧后盆地共生.由于下地幔中对流惟下降,使得大洋岩石层板块在此处俯冲于大虢岩石层援块之下,从薅在她彩地貌上出现较深的海沟,以及并列出露海面的岛弧与弧后扩张导致的箍地.俯冲下去的岩石屡板块.由予摩擦而产生浅、中、深源地震<本尼奥夫带,benioffzone),随着湿度和压力的增大,岩石熔融,形成炙山和崭浆活动,在一定深度上,俯冲岩石艨被周围物质同化并吸收,以致消亡.
(4)岩石爱扳块勰游饕边界为转按断层.这里蔬没有薪岩石是的增生,也茬有老岩石层的消亡,而是不同板块的相互错动,并伴随有地震活动.
ti)太洋黧琏懿演毒艺,戳太平津为铡,一透在太平洋东骚(洋脊)娃香薪砉若援增生,一边在西太平洋又出现海淘一岛弧一弧后盆地(trench—islandsCOna”backarcbasin)系,蠢老岩蠢层的德薄与瀵亡,蚨纛岩吾层戆耘陈代激剪魏一台处予运棼志中鳇基夫簧裁带,正是这个传动带机制导演了一幕又一粹的大洋启闭与大陆离合和地磺历史.
如鬃援块大地梅造说是成立的,则可以设摄一个典型丈洋盆地的生命旋鼹:获小的开端增长到极犬,然后收缩,直到完全闭合.J.Tuzo.Wilson将大洋盆地生命旋回描绘成:①骚胎期抬拜,如东非裂签}②青年期扩张如红海和亚了.湾;③成熟期扩张如犬西洋;0袭退期收缩如太平洋;⑥终结期收缩并抬升如地中海;⑥残痕期收缩并抬升如喜玛拉雅.
但燕,岩石层板块大地撺遗是蕊大洋建球物理资辩总结出来的规律性认识.它新概括的时间段,主要是中生代以来大洋盐地的演化.对于大陆,特别是具有十几或到几十亿年的吉老大麓,究竟如留琵?1996年第30藩挺嚣遣蒺大会在乾京召开,就燕为了对中国这样复杂的拼合古陆取得了解,以试图解决“板块髓陆”问题.
慧之.在20超纪璧,建璩瓣学沿着夫陵漂蓼、海您扩张辣岩石盛叛块夫她姆造鳃发万方数据
第js卷第2期刘光鼎::o世纪地球科学的发展
震.使得许多弧立的媲质现象进一步得到蕊津侄觞认识,而这个认螬的取得首先箍藏念上的革新或突破,即脱离固定论的柬缚而升华为活幼论.对此,可以概括成下列三三点:
【1)大陆漂移、海底扩张和顿块构造的发展,踏我们提出了一个新的地球观.它认为地球及萁岩石层扳块是普遍联系驰,不是弧立妁,两是联系或系统的,扳块大地构造也豫为耪垒球褪逵+楚蒋建藏作为一个整洛,箱髫石星援安对海麓季#统一翅分,并对地球发展各阶段的全过程加以认识.岩石层板块之间的相对运动(裂谷、海沟、转换断层)主要都是地球深部作用的结果,并有地震、火山、岩浆活动为其表现,从而辟演出岩石屡扳块的生成、发展和消亡的演化历史,地球的外部作用,尽管也可以起到一定作爱.鲢糕慰地蠹莓蘧数弱匏.
(2)从太陆漂移、海底扩张到授块构造,充分说明唯物主义的发展论.它认为.地球及岩石层板块是永恒发展的,不是静止固定的,黼发展是有规律的.从而地球及岩石屡板块既是可以认识的,又是可以预测的.岩石屡扳块的相对运动,使大洋启闭、犬陆离台,激致在时翅主张空闽上出现一幕幕雄牧豹她骥演他历史薮发展豹规制有始传送带。瓣表现为新陈代谢.薪的苦石艨产生于洋脊+老的岩石墨潢亡子海淘,出予它柏薛是处于发展之中,所以必须在运动中加以考察和认识.
大沽漂移、海底扩张和板块构造的发展为我们提供了重要的方法论.在20世纪的发晨申.它吸收了全部地球科学所积黎豹丰富实际资料,去伪存真.去粗取精,并赋予新懿含义.对于先驱瞧学说,不采取垒燕否定懿缝泼卷发,丽是在缕蕊中§l戡变蕈+整藩出新.它从地质、地球物理、地球化学等多方面A手,广泛采用现代科学技术成就,扶定性描述往精确定擞过渡,开展练合解释研究.地球科学是观测的科学,它在大澄观测资料的基础上,提_出工作假说(workinghypothesis),再到襄鼗中去广漤求证{verificarion),经过於充、蟹正,再摄出颠豹工作缓避.这箨秘工绛方法簿台“实黢一认识——再实践——襻认识”的进穰.万方数据
’6・地球物理学进展2000年
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C嚣NT毯RY
LUIGuang—ding
(InstituteofGeologyandGeophysics.CfiineseAcadonyofscleMfs・Beijing100101China)
Absttact:Thedevelopmentofearthscienceshasexperiencedfrom,continentaldrifting。seafloorspreadingtolithosphereplatetectonicswiththeirconnotationofmobi[ismin20thcentury.Thentilebetterunderstandingofmultipleisolatedgeologicalphenomen。acsnbeachieved,
KeyWord:Contineritaldrifting}SeafloorspreadingtLithosphereplatetectonicst
万方数据 MobiIjSITs
20世纪地球科学的发展
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英文刊名:
年,卷(期):
被引用次数:刘光鼎, LUI Guang-ding中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100101地球物理学进展PROGRESS IN GEOPHYSICS2000,15(2)14次
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