中生代：距今2.3亿年至6700万年，美丽的地球的中生代时期

中生代时期的划分

中生代从距今2．3亿年开始，延续的时间大约1．6亿年，到距今6700万年结束。它处在古生代和新生代之间，所以叫它中生代。

中生代划分成3个纪：三叠、侏罗和白垩。

三叠纪这个名称是因为它的标准剖面在德国分做上、中、下3个部分而确定的。

“侏罗”这个名称来自法国瑞士间的侏罗山。

白垩纪是因欧洲这一时期的地层主要是白垩沉积而得名的。

三叠纪结束、侏罗纪开始的时间是距今1．95亿年，侏罗纪结束、白垩纪开始的时间是距今1．37亿年。

超级大陆的解体

中生代开始以后，在地球史发展中出现了的新的转折。

从前面的章节我们知道，古生代岩石圈演变的总趋势是稳定的地台区阶段性地扩大，而且在古生代末期，稳定的大陆连成了一片，形成了所谓潘加亚古陆——一个超级大陆。

可是到了中生代，潘加亚古陆又逐步解体了，各个陆块渐渐趋向于漂移到现代所处的位置。岩石圈又经历了一系列重要的变动。

中生代开始经两三千万年，到了三叠纪末期，在北美、南美之间和欧亚、非洲之间发生了分裂，此外，在南部的几个陆块之间也发生了裂缝，开始互相移开。

又过了五六千万年，到了侏罗纪晚期，各陆块进一步分裂。最值得注意的情况是，在北美和欧亚大陆之间、南美和非洲之间产生了一条大体上是南北方向的巨大裂隙，陆块向两边移开，海水浸进去。这就是以后的大西洋。

大陆漂移说

又过了7000万年，到了白垩纪晚期，情况又进一步发生了变化，各大陆继续互相移开，最显著的是南美和非洲之间的距离加大，也就是说南大西洋有了明显的扩张。

那么，中生代大陆分裂的历史是根据什么得出来的？果真是这样吗？分裂的原因又是什么？

这要从大陆漂移假说起。

我们知道，现今大西洋两侧的欧洲、非洲大陆的西缘和北美、南美大陆的东缘轮廓线十分相似。从图上可以看出，两侧的大陆好像曾经拼合在一起，后来被某种巨大的力量撕裂、拉开一样，以至现在隔着一个宽4000英里（1英里≈1．61千米）的大西洋。

自从第一张比较精确的世界地图在16世纪问世以来，上面所说的现象就曾经激发不少的人去思考：大陆是否曾经发生过分裂和水平方向的大规模移动呢？

最早见之文字提到这个问题的是17世纪英国哲学家弗兰西斯·培根（1561～1626年）。此后还不断有人提到过类似的思想。不过，提出比较系统的科学假说的，却是奥地利地球物理学家魏格纳。

大陆漂移过程示意图

魏格纳尽力收集当时能得到的证据（包括地质、地球物理、古气候、生物地理、大地测量……），证明世界的大陆曾经连结在一起，后来逐步分裂，漂移到现在的位置。魏格纳的假说——大陆漂移假说，1912年写成论文，1915年又增订成书出版，书名叫《海陆的起源》，1920年以后曾先后3次再版，此后10多年之间被翻译成多种文字，得到了广泛的传播。魏格纳的假说表述得十分完美，用比较简单、容易被理解的叙述解释了大量的地理、地质现象，这是他的假说得以在1920～1930年风靡一时的原因。这个假说当时得到地质界、生物地理界以及从事自然科学其他领域工作的学者的广泛响应和支持。

大陆漂移假说的主要内容是什么呢？它的根据是什么呢？

首先是大西洋东西两岸轮廓线的相似，如果把分列在大西洋东西两侧的大陆重新拼合起来，还可以发现，两侧大陆上的某些地质构造可以互相连接。这就好像一张被撕成两块的报纸，把它们重新拼合以后，被分开的一行行文字又能重新接起来一样。

其次是古生物的资料，魏格纳似乎更注重这方面的资料。那个时代的古生物研究已经证明，南半球的几个大陆上，石炭纪时期的爬行动物中，有64%的种是共同的。到了三叠纪时期，也就是推测南半球的几个大陆已经分裂了一段时间之后，几个大陆上爬行动物中共同的种数已经下降到34%。另一个事实是，一种生活在二叠纪时期的叫作舌羊齿的植物群对于南半球的几个大陆（包括印度）来说是共同的，而在世界其他地方却没有这个植物群。这个事实的最合理的解释当然是推测二叠纪时期这几个大陆曾经是相连的。

南半球几个大陆如今是相距很远的。如果按照固定论的想法，认为地质历史时期海陆的相对位置没有发生过变动，那么石炭纪、二叠纪生活在南半球几个大陆上的动植物是怎样互相联系以致那样相似呢？当时比较流行的解释之一是说，大陆之间存在着狭窄的极长的所谓“陆桥”，这样动植物就不必从水上漂洋过海了；后来经过一段时间，陆桥又都沉入海底了。魏格纳认为，构成所谓陆桥的岩石密度比海底的岩石小，按照当时已经弄清楚了的均衡作用原理，陆桥沉入海底是不可能的，即使沉下去也还会浮起来。魏格纳的这个反驳是很有道理的。

大陆漂移的第三方面的根据是古气候的资料。魏格纳的那个时代，地质学家已经知道，石炭、二叠纪时候，南半球几个大陆上都发育过广泛的冰川活动。魏格纳认为，南半球各大陆上的冰碛原来都是相连的，石炭、二叠纪时候曾经有过类似现代南极洲冰盖那样的东西。这就是我们前面提到过的冈瓦纳大陆冰盖。魏格纳还利用一些能反映古气候条件的特殊沉积物，如热带植物形成的煤层、反映干热气候条件的盐类沉积等进行分析。魏格纳注意到，反映古赤道气候的由热带植物形成的煤和盐类沉积跑到了今天的高纬度地区（接近极区），而反映古极区的冰碛却跑到了今天的赤道地区，根据这一事实，他提出大陆在地质历史时期曾经发生过相对于地极的移动，这种移动后来被称作极移。

大陆漂移还有第四方面的证据——地球物理证据。魏格纳在讨论大陆漂移假说的时候，利用了当时在地球物理学领域里所取得的成果。20世纪初已经知道，地壳在沉积盖层之下是花岗岩层（硅铝层），再往下是玄武岩层（硅镁层），并且还知道大洋区是没有硅铝层的；当时还知道，在刚硬的地球上层之下存在着具有塑性的层。限于当时认识水平，魏格纳不正确地认为硅铝层的大陆壳是刚性的，而硅镁层的洋壳具有塑性。他设想大陆浮在洋壳上，就像冰浮在水上那样，并且进行着长距离的漂移，这个过程也有点像耕地的犁在土中移动时候的情况。

对大陆漂移的动力来源，魏格纳是怎样设想的呢？他把大陆壳（硅铝层）在洋壳（硅镁层）上的漂移跟地球的自转运动联系起来，他认为大陆壳的运动有两个方向：一个是向西运动，是由于月球引力（所谓潮汐摩擦作用）引起的；另一个是由两极向赤道方向的运动。

从以上介绍的情况，我们可以看到，魏格纳的假说确实收集和解释了多方面的地理、地质证据，对于大陆是怎样运动和为什么发生运动的问题，也作了初步讨论，称得上是一个比较系统的假说。

但是，限于20世纪初地球科学发展的水平，魏格纳假说所根据的地质、古生物、大地测量等方面的资料，有不少是不确切的，或者是模棱两可的。特别是魏格纳不正确地认为，大陆漂移是硅铝层在硅镁层上移动（后来证明这是不可能的）和把漂移的动力仅仅归因于地球自转运动（后来证明这个力很微小，不足以推动地壳发生运动），是导致他在20世纪30年代以后遭到大多数地球科学家（特别是地球物理学家）反对的重要原因。

在地质学家看来，大陆漂移假说跟大量具体的大陆地质资料脱节。有人批评这个假说只考虑石炭纪以后的地质历史；有人批评它不能解释大陆上具体区域的地质发展和演变历史。

20世纪50年代古地磁研究的兴起，掀起了一股复活大陆漂移假说的浪潮，使已经消沉下去的争论又激化起来。

设想在南半球有一个由3个地层所组成的陆块，3个地层自下而上、由老到新分别是石炭系、下二叠统和上二叠统。为了确定这个陆块从石炭纪到晚二叠世这段历史中位置有没有发生过变动，我们只要知道各个时期这个陆块相对于古地磁极的位置有没有变化就行了。

岩石里的铁磁性矿物能反映出岩石形成时期的地磁场。例如，我们先在这个陆块的最上面一层（上二叠统）里采一块岩石标本，用非常敏感的磁力仪可以测得铁磁性矿物所反映出来的磁轴，它的方位就是晚二叠世时期这个采样地点的磁场方位，它的倾角反映这一地点所处的磁纬度。

当然这样分析问题的前提是，当时的地磁场跟今天的地磁场一样，也是一个南极一个北极，两者遥相对应。如果根据所采标本决定的磁轴倾角很大，甚至近于直立，那么很明显，这块岩石形成在近磁极的区域。同样不难理解，如果磁轴的倾角很小，或近于平行当时的地面，那么可以认为，这块岩石形成在近磁赤道的区域。这就是根据岩石标本的磁轴倾角确定古磁纬度的道理。

地磁轴跟旋转轴是什么关系呢？这牵涉到古磁纬度跟古地理纬度是否一致的问题。近年来的研究表明，虽然现代的地磁轴对地球的旋转轴倾斜11．5°，但是近2．5千万年以来，地磁轴的平均位置却跟今天的旋转轴位置一致。因而科学家们有理由推想，在不太久远的地质历史时期中，例如从古生代以来，古地磁轴也跟地球旋转轴的位置大体一致，也就是说，古磁纬度能反映古地理纬度。

决定古地磁极位置的方法道理简单，然而实际做起来却非常困难，因为岩石形成以后，在漫长的地质历史时期中遭受过各种因素的改造作用，使岩石里原来就很弱的铁磁性矿物所反映的古磁轴方向更加模糊了。为了得到某个时期地磁极的位置，需要在相当大的范围里在同一地层里采许多块岩石进行测量，如果所测得的古地磁极位置大致集中在一个不太分散的范围里，才能认为得到了比较可靠的结果。目前科学家们所得到的各大陆不同时代古地磁极位置的可信数据已经有几百个，怀疑这种方法可靠性的人越来越少了。

假定我们根据上二叠统地层里所采标本确定当时陆块在南纬50°；下二叠统地层里所采标本确定当时陆块在南纬60°，而石炭系地层里所采标本确定当时陆块在南纬70°。根据以上结果，可以得知这个陆块相对于古磁极也就是古地理极位置变化的情况。我们能够想到陆块从石炭纪到晚二叠世期间向北漂移了20°。

那么，如果设想这个陆块在这段时间里不动，而是古地磁轴发生了位置的变化，不是也可以有同样的结果吗？的确是这样的。但是，有些科学家认为，地球在绕旋转轴自转的时候形成赤道区稍膨大的椭球，这种形状的球体在旋转运动的惯性力影响下，旋转轴，也可以说是地磁轴，相对球体的各部分发生位置变动的可能性是不大的。

海底扩张假说

美国普林斯顿大学的赫斯（1906～1969年）1960年发表了一份报告，题目是《海洋盆地历史》，1962年正式出版。他自己把报告里提出的海底扩张假说称作“地质诗篇”，意思是还需要有更多的事实来证明它。(www.xing528.com)

海底扩张假说示意图

右面的图表示了海底扩张假说的基本思想。热的、具有一定塑性的物质从下面的软流圈里上涌，通过岩石圈里的裂缝，在未来的洋脊轴部侵入，形成新的洋底，并且使大陆壳（密点子区）裂开，如图上A所示。经过一段时间以后，新的洋底不断加宽，已经裂开的大陆壳被带到离大洋裂谷更远的地方，如图上B所示。

由密度比较小的岩石所组成的大陆地壳相对地比较轻，所以总是浮在上面，随着整个岩石圈运动着。它可以比作粥锅里浮在表面的泡沫，随着粥的对流被从中心带到锅边去。

板块构造学说的出现

前面说过，大陆漂移假说一度遭到否定的重要原因之一是，它所设想的大陆壳硅铝层像船一样在大洋壳硅镁层上漂移被证明是不可能的。可是大陆漂移假说所主张的在地质历史中大陆曾经发生过分裂、漂移的思想和所根据的地质、古气候等多方面证据，在地球科学家的头脑里一直没有完全忘却过。海底扩张假说出现以后，有关大陆分裂和漂移过程的问题可以说是一下子找到了依据。

让我们再回过来看一看上面的图A，最上面的带密点子的板表示大陆壳，它在海底扩张的作用下被分裂和推向两边去了。可是大陆的分裂和漂移并不像当年魏格纳设想的是大陆壳在洋底上移动，而是跟它下面的岩石圈部分一起在移动。也许有的读者乘过北京火车站的自动扶梯，或者看到过运送行李的传送带，大陆壳的漂移正像人和行李那样是被动地在运动。这样，大陆漂移和海底扩张互相结合起来了。

板块构造学说示意图

20世纪60年代末期终于被大多数学者所接受的海底扩张学说就像是一条神奇的绳索，它把地球科学中散乱着的环节一个个地联系起来，形成了一个完整而系统的、能从宏观上阐述地球上层发生的各种运动的学说。这个学说就是板块构造学说，也叫全球构造学说。

板块构造学说的基本思想可以用上面的一张图来表示。这是一张极粗略的示意图，像切西瓜那样把地球一刀切开，不过为了多表示一些内容，这一刀并不是沿赤道切的，而是斜着切的，用+字表示的是大陆壳；点子表示的是岩石圈的其余部分；岩石圈以下、虚线以上是软流圈。箭头表示软流圈物质和岩石圈的运动方向。

我们看到，岩石圈在洋脊的部位产生，而在伴有海沟的大陆边缘俯冲、消亡，用+字表示的大陆壳就驮在岩石圈上运动着。

按照现在所掌握的大洋岩石圈增生（或消亡）的速度是每年几厘米计算，大约每过2亿年，洋底就要更新一次，也就是说，现代的洋底最老的部分年龄也不应该大于2亿年。这个推测跟洋底钻探、取样所得到的洋底年龄资料是吻合的。洋底在中脊处最新，越向两边越老，但是最老也不老于2亿年。

我们要注意的是，洋底虽然在不断更新，海水却是老的，这就像是一个有活动槽底的水槽，我们抽动槽底，水却保持在原处。

从下面的图看，岩石圈在剖面上并不是完整的一圈，而是被分成若干段。假如从三度空间来看，岩石圈被分成若干块，这就叫板块。所谓岩石圈的运动，实际上是这些板块在做相对的运动。所以板块内部是比较稳定的，而板块的边界处是相对活动的。

板块的划分原则上按照地震带的位置。这里我们再一次看到全球地震活动性的研究对板块构造学说建立的意义。

最初始的板块划分是20世纪60年代末期提出来的，全球共划分成六大板块，这就是太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、南极洲板块、非洲板块和美洲板块。随着工作的深入，近年来又增加了一些更细的划分。

板块相对运动的方式主要有3种：

第一，以洋中脊作为边界的两个板块是背道而驰的，这里也是板块的增生带，就是新大洋岩石圈形成的地方。这种边界叫发散型边界。

全球划分成六大板块

第二，以海沟作为边界的两个板块是相向运动的，这里也是板块的消亡带。这种边界叫汇聚型边界。

以上这两种边界是最主要的。

第三种类型是相邻板块沿着一个断裂带互相错动，这种类型的边界主要跟板块在球面做运动所决定的一系列特征有关。这方面的问题比较专门，我们不再去详细叙述了。

海底扩张和环太平洋火圈形成

上面我们谈到中生代开始以后统一大陆的解体，后来又介绍了板块构造理论是怎样解释这个现象的。现在让我们来看一看，岩石圈板块发生大规模水平运动的时候在大陆边缘和内部引起了什么样的地质作用。

潘加亚大陆解体之后，先是出现了狭窄的大西洋和印度洋，以后这两个新生的大洋面积不断扩大，而原来统一的大洋——古太平洋的面积却不断缩小，好像环绕太平洋东西两侧的大陆一齐向着它挤过去似的。这就使位在古太平洋周围的大陆边缘发生强烈的火山和岩浆活动、沉积和随后的造山作用，这就是地学界科学家们早已密切注意的环太平洋构造带，也是世界上重要的成矿带。

环太平洋的大陆边缘发生强烈活动的原因解释示意图

为什么偏偏在环太平洋的大陆边缘上发生这样强烈的活动呢？下面用几张图来解释一下：

A图的左边表示的是古太平洋的一部分，右边是古美洲大陆的西缘，时代属晚古生代时期，距今大约2．5亿年以前。从图上可以看出，那时的古美洲西缘是平静的，只有厚度不大的从古大陆剥蚀来的沉积物（带点子的区域）。

B图表示的是中生代的三叠、侏罗纪时期，距今大约2亿年的情况。这时大洋岩石圈（虚线的区域）下插到大陆岩石圈之下，也就是发生了所谓俯冲的作用。俯冲引起了发生在大陆边缘的一系列重要现象。

第一，在大洋岩石圈开始下弯的部位产生了一条古海沟。

第二，在下插大洋岩石圈的上部生成了岩浆，岩浆的运动用弯曲的箭头来表示；由于岩浆的上升，在曲折的海岸线之外形成了成串的现象。

第三，下插大洋岩石圈所引起的水平方向的压力使早先在大陆边缘形成的沉积层发生褶曲，并且在地表产生一列山脉。

C图表示的是事件进一步发展以后的情况。大家看到，在原来成串岛弧（火山岛屿）分布的区域又形成了一列雄伟的山脉。这是发生在白垩纪早期的事情，距今大约1亿年。在新旧两排山脉之间可能有残留的海水。从弯曲箭头所代表的岩浆发生源的位置来判断，新的火山将向东移动一段距离。

上面所说的俯冲作用一直持续到今天，雄踞在美洲西岸的落基山和安第斯山就是这一作用的产物。

以上叙述的过程虽然举的是太平洋西岸的例子，但是大体上可以代表整个环太平洋带的情況。我国的东部，包括贺兰山、六盘山、四川西部、云南东部诸山一线以东的广大地区，都处在环太平洋带作用的影响之下，对于研究发生在大陆边缘的各种作用，以及这一作用在大陆内部的各种反映，这是一个很重要的区域。

在地球科学中，把受到大洋岩石圈俯冲作用的大陆边缘叫作活动大陆边缘，或太平洋型大陆边缘。

大西洋两侧的大陆边缘

中生代时期，大西洋两侧大陆边缘的情况跟上面说的环太平洋大陆边缘的情况不同。它们的区別主要在于，这里没有发生大洋岩石圈的俯冲作用。这种没有受到大洋岩石圈俯冲作用的大陆边缘叫稳定大陆边缘，或大西洋型大陆边缘。

大西洋两侧大陆边缘的情况跟上面A图所表示的古生代晚期古太平洋边缘的情况相似，只有单纯的沉积作用。由于在这样的区域有丰富的浅海生物，它们死后的遗体随着沉积物一起被埋藏在海底，日久天长，富含生物遗体的沉积物往往能够积累到几千米厚。在一定的条件下，生物遗体转化成石油，并且在孔隙比较多的沉积物里富集起来。所以这类地区早已被寻找石油资源的科学家们所瞩目。

为什么俯冲作用在太平洋边缘而不在大西洋边缘发生呢？比较流行的解释是这样的：

软流圈物质沿着一个岩石圈裂缝上涌所形成的新大洋岩石圈（它的顶面就是新海底）仍然具有比较高的温度，所以这时它的密度和软流圈物质的密度相差不大。当新大洋岩石圈不断增生，先前形成的部分不断被推到离增生带越来越远的时候，温度也就越来越低了。读者都知道热胀冷缩的原理。逐渐变冷的大洋岩石圈体积收缩，密度逐渐增大，终于变得比它下面的软流圈物质的密度大了。重的东西被托在轻的东西之上是不稳定的，随时都有沉入轻的东西的趋势。只有当一个大洋扩张到一定的程度，或者说达到一定的宽度，在它边缘部分才会发生大洋岩石圈沉入软流圈的情况，也就是说才有发生俯冲作用的可能性。

当然我们不能说现代的大西洋东、西边缘部分的岩石圈密度不比下面的软流圈密度大，但是大洋岩石圈开始它的俯冲运动还需要克服阻力，要有一定条件，情况是复杂的。可以这样说，扩张到今天的大西洋还没有具备开始俯冲作用的条件。也许再过几百万年之后，它的边缘才会出现俯冲作用。不过这只有留待未来的人类去观测了。