全球板块构造说让地球面貌揭秘

美国的赫斯、迪茨都相信霍姆斯和万宁·迈尼兹的地幔对流说。尽管对地幔中存在的热对流现象有着长期的争论，并且在60年代初仍无法观察，但是从理论上讲，其存在是合理的。于是他们用地幔对流观点来归纳以上洋底科学所取得的种种进展。迪茨和赫斯均认为，中洋脊顶部的破裂带往下发育，可以穿透岩石圈而至软流层。中洋脊地热流量大，正说明由于地幔对流，迫使岩浆沿着中洋脊破裂带慢慢上升，然后冷却，逐渐在破裂带两边凝固成了薄薄的新的海洋地壳。这个过程不断进行，造成海底的扩张。由于地球总面积和大陆总面积基本固定，故海洋地壳总面积不可能有大的变化，所以随着新海底不断产生，就必然有相当数量的老海底插入地幔中被熔化消亡，也就是说在地球上有海洋地壳消减带存在。当时人们已发现近太平洋岸边及岛屿附近有着各种形式的深海沟。30年代初万宁·迈尼兹为避开海水上层的波扰，首先用潜水艇装载仪器，进行海底重力测量。随后，松山基范在日本的周围海域也做了同样测量。他们均发现海沟及其附近地区的重力场的负异常特别大。一般认为海沟是由于内在动力原因引起地壳断裂和下沉的。海洋地貌探测又发现，所有深海沟的横断面，几乎普遍作“V”字形，底部又很少沉积物，这说明海沟边缘的海底仍在下沉着。海沟的热流量大大低于中洋脊的事实也证明：同岩浆上升处的中洋脊相反，海洋地壳在海沟处有下沉运动。显然海沟就是要寻找海洋地壳消减带。海洋地壳不断产生和消减还得到当时其他洋底科学成就的支持，因此海底扩张概念明确起来。

1961年迪茨，1962年赫斯，各自独立提出海底扩张说。这个理论认为，地幔中有对流存在。地幔物质从地壳裂缝处上升，形成中洋脊，并不断生长新的海洋地壳。对流体又牵引中洋脊两边地壳以相同速率不断向两边扩展，海洋地壳碰到大陆地壳就下沉钻入地幔之中，大陆地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛屿。由于海洋地壳不断更新，海底没有比中生代更老的地层。海洋并非永存，大陆也并非固定不动。赫斯比较谨慎，在提出此理论的“洋盆的历史”论文的引言中说：“我的这一设想需要很长时间才能得到证实。因此，与其说这是一篇科学论文，倒不如请大家把它看作一首地球的诗篇。”

海底扩张说产生后，得到了各方面的重视。这不仅是因为观点新颖，而是为海底一系列新发现作了逻辑、系统的总结，进一步的验证也更加支持海底扩张的存在。1963年，凡茵—马修斯对地磁条带的假设有力地支持了海底沿中洋脊裂谷扩张的存在。1965年，威尔逊发现在中洋脊较普遍发育的转换断层，也有力证明海底扩张的存在。地磁反向时间表的建立以及转换断层等的发现，也有力地证明海底扩张的存在。地磁条带经常被巨大断层切割成段，其间发生水平错动，这种巨大错动的存在是大陆漂移存在的直接证据。目前在东太平洋发现的门多西诺大断裂有1150公里的水平错动。总之，通过广泛验证，海底扩张概念越来越深入人心，并且得到新的引申。

由于绵延数万公里的中洋脊存在，以及深海沟（负异常、毕鸟夫带）、转换断层等其他深大断裂的存在，整个地球岩石圈已不再是完整的壳体，而是被分割成几个巨大块体，这个块体被称为（岩石圈）板块。板块是岩石圈构造的基本自然单位，这种基本单位的边界和地震活动带正好吻合，全球90%以上的地震发生于此，因而进一步得到证明。根据海底新发现，可归纳成典型板块的边界有三种。其一为分离边界，为中洋脊，这里熔岩由中洋脊裂谷上升产生新的海洋地壳；其二为聚敛边界，它的位置和分离边界相对，这里两板块碰撞，或是海洋板块俯冲于大陆板块之下，而形成深海沟（俯冲带），或是两大陆板块相遇形成年轻褶皱山脉（地缝合线）；其三为转换边界，即为两个板块相互作剪切运动的转换断层，这里地壳无新生，也无消亡。由这三种边界组成的板块及其运动状况，不仅得到新的地球科学成就的广泛支持，并且基本上包含了以往大陆漂移理论的各种重要概念。

1968年，法国的勒皮雄（X.Le Pichon）、美国的摩根（W.J.Morgan），1969年英国的麦肯齐（D.P.Mckenzie）等人在大陆漂移、地幔对流、海底扩张等概念基础上，概括了当时一系列的洋底重大发现，不约而同地建立了板块构造说。这个理论认为：岩石圈的基本构造单元是板块，板块是位于软流层之上的刚性块体；板块边界是中洋脊、转换断层、俯冲带和地缝合线；由于地幔对流，板块在中洋脊分离扩张，在俯冲带和地缝合线消减；全球被分为欧亚、美洲、非洲、太平洋、澳洲、南极六大板块和若干小板块（参见图4.4）；全球地壳构造运动的基本原因是这些板块的相互作用；板块强度很大，板块的边缘是构造运动最剧烈的地方，主要变形在其边缘部分。板块构造说产生后，得到了越来越多的科学验证，特别是得到1968年之后海洋地质学的有力支持。

图4.4　全球板块分布图(www.xing528.com)

1973年威尔逊根据板块构造说，提出大洋盆地演化旋回设想，将大洋盆地的演化分为胚胎期、青年期、成熟期、衰退期、终结期和残痕期这样六个阶段。

板块构造说阐明了地球基本面貌的形成和发展，引人入胜。大西洋在不断扩大；太平洋在不断缩小；红海、东非裂谷和加利福尼亚海湾不断开裂，孕育着新的大洋；亚洲东面一系列岛弧、美洲西部科迪勒拉山系是大陆板块被海洋板块挤压变形而生成的；西藏高原是两个大陆板块相碰，印度板块跑到欧亚板块下面，彼此重叠而生成的；喜马拉雅山是两者挤压，迅速隆起形成的，等等。

大陆漂移理论以板块构造说的建立取得了新的形式。目前尽管还有不少问题在争论，例如地幔对流是否存在？板块移动的动力究竟是什么？中生代以前的大陆漂移形式是什么？大陆板块内部的地学特点是什么等等。但是大陆巨大漂移、海底不断更新已成为无法否定的事实。过去的大陆构造理论（甚至包括魏格纳大陆漂移说）都是在对大陆研究基础上推断海洋，所以对地球的了解是残缺不全的。板块构造说则是在海洋地壳同大陆地壳相结合研究基础上提出的一个全新的地壳运动模式，这个模式展示了统一以往各种大地构造假设、理论的前景。大陆漂移理论描绘了大陆有分有合、大洋有生有灭的一幅宏伟、发展的图景，否定了大陆固定、海洋永存的传统观念，开创了人类对地球史认识的新阶段。1968年威尔逊提出，板块构造理论在地质学史上的地位犹如哥白尼的太阳中心说，成为“地质学的一次革命”。自此之后，地质学革命的提法得到了越来越多的支持。板块构造说如今在探讨山脉和高原的成因、地震活动、矿带分布、古气候状况、生物演化等广泛领域中，发挥了巨大的指导作用。

大陆漂移理论在20世纪初曾为世界瞩目，风行一时，今天又得到广泛的确认和推颂，那么为什么这样一个正确理论会一度沉寂下来呢？这种认识上的大起大落现象在科学史上并不十分多见。所以如此，是有着深刻的认识论原因的。从根本上看，人类的认识能力是无限的，但是这种认识能力的发挥又总是受到时代的局限。人类对地球认识的实践水平，例如冲破地理禁区，追索地球历史，模拟地球某些运动等也是一步步提高的，并且几乎步步依赖于生产和科学技术的提高。更为重要的是大陆漂移涉及地球史问题。地球在空间上非常广阔，不仅包括地球浅层，还包括深层，特别是上地幔。地球史又十分漫长（45亿年），而人类史只有几百万年，有文字记载才几千年。地球史和人类文明史在时空上有着巨大差距，决定了人类对地球史的科学观察基本是间接的。地球又是极其复杂的综合体，人类根本不可能创造条件在实验室中重演地球的历史。任何模拟实验，也只能在不同程度上反映地球史某一部分的过程或侧面，何况要使模拟实验更大程度地接近实际过程，还需有强大的技术装备。由此可见，在一定社会历史阶段，人类对地球的认识水平和地球本身所具有的极其复杂的存在之间存在着尖锐的矛盾，因此在地球史探索中，用少数局部资料进行由小到大、由浅层到深层、由局部到全球的推论似乎是很难避免的。地球科学这种认识方法上的局限性增大了认识的片面性和对具体现象的多解性，因此在地球科学史上，理论、学说之多是突出的，学派争鸣是经常的。在争论中，各对立学派似乎都掌握一大批论据，但这些论据都不特别过硬。在力学、物理学、化学中的某些领域有所谓判决性实验，可用于确定某理论的正确与否，但在地球史研究中根本不存在判决性实验。于是在地球史研究中，对立观点可以长期共存，甚至在传统的力量下，正确的理论可以较长时间被视为谬论而抛弃，错误的理论又可以较长时间被视为真理而膜拜。20世纪30—40年代，地球物理学没有得到巨大进展，自然史还不能有效追索；古地磁学还不存在，洋底一系列巨大发现也尚未产生，大陆漂移的直接证据还未找到，而大陆漂移的动力和机制却是毫无说服力的。因此当时无法抵挡传统的大陆固定论的强大反击，沉寂下来是历史的必然现象。大陆漂移理论发展的曲折历程清楚地告诉人们，在地球科学研究中，特别是重大的复杂问题探索中，我们特别要坚持贯彻百家争鸣政策，要特别理解认识地球史的艰巨性，因此各学派首先要通力合作观测并获取尽可能多、尽可能全的地球资料，然后在扎实的基础上进行理论探索，各抒己见进行争论。在争论中敢于坚持真理，敢于修正错误，取长补短，共同为建立科学的全球理论而作出各自的贡献，这是大陆漂移理论曲折历程对我们的最大教育意义所在。