科學技術史-5.4地學的重大突破

Word文檔科學技術史-5.4地學的重大突破第四節(jié)地學的重大突破

本世紀以來，地質科學活動的規(guī)?？涨皵U大，探測手段不斷更新，人們熟悉到了更多、更豐富的地質現(xiàn)象，地質學的理論性更強，它在實踐中的作用也更大了。

4.1大陸漂移說及其疑難

20世紀之前，人們普遍認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，這就是說大陸曾經發(fā)生過橫向的移動。到了20世紀，地球冷縮說的一些觀點受到懷疑，以此為據(jù)的大陸固定說也隨之動搖。德國氣象學家和地球物理學家韋格納(AlfredLotharWegener，1880～1930)也是受到非洲和南美洲海岸線的吻合這一事實的啟發(fā)開頭思索這個問題的。他還從這兩個大陸的地質構造、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”。他的主要觀點是：大陸為較輕的剛性硅鋁質所組成，它漂移在較重的硅鎂質之上，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。韋格納的學說比較圓滿地解釋了今日大西洋兩岸的輪廓、地形、地質構造、古生物群落的相像性等一系列現(xiàn)象。然而他的學說存在著一大疑難，這就是巨大的大陸漂移機制的問題。韋格納認為，使大陸產生漂移的力氣來自兩個方面：一是地球自轉所產生的力；二是太陽和月亮的吸引所產生的自東向西推動的力。但是一些學者經過計算指出，這兩種力都遠不足以推動大陸的漂移，因而他的學說受到持大陸固定說的學者猛烈攻擊。從那時候直至本世紀40年月的幾十年內，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動力而思索，蘇格蘭地質學家霍姆斯(ArthurHolmes，1890～1965)就是其中之一。1928年霍姆斯就此提出了“地幔對流說”。地幔是堅硬的地殼下面的厚約3000公里的層圈，他設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?；裟匪箤λ约旱南敕]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。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海洋地質三大發(fā)覺

上個世紀人們就開頭了海洋地質調查，1872～1876年英國調查船“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、海底地貌和海底沉積物等方面的大量資料，是為海洋綜合調查的開端。本世紀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資源開發(fā)的需要，系統(tǒng)的海洋調查工作規(guī)模不斷擴大。與此同時，觀看和探測技術也有了飛速的進步。50年月以后更綻開了大規(guī)模的國際合作，為海底地貌、海底地質和海底地磁供應了非常豐富的資料，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。洋底地質調查碩果累累，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年德國調查船“流星號”的調查使人們知道，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，而且它的物質組成和詳細形態(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。

從地球內部傳向地表并散逸到空間中去的熱量稱為地熱流。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2.5～3微卡／厘米2·秒，少數(shù)地方更達10微卡／厘米2·秒。這種特別狀況說明必定是有熱物質從地幔流向洋底。

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時地球磁場的方向全都。1909年科學家在法國發(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發(fā)生過多次倒轉?，F(xiàn)在我們知道，在地球的整個歷史上，它的磁場極性曾經發(fā)生過幾百次逆轉。50年月美國“先鋒號”調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，磁場的強度強弱相間并且磁場方向依次正逆變化。進一步的探測更發(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)象使地質學家們想到兩者之間的關系。1963年英國劍橋高校博士討論生瓦因(FrederichJohnVine，1939～)和他年青的導師馬修斯(DrummondHoyleMatthews，1931～)認為，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海底擴張說的建立

1960年美國地質學家赫斯(HarryHammondHess，1906～1969)提出了海底擴張說。他構想了這樣一個圖像：地幔對流的上升處位于大洋中脊，地幔向兩側分流時把地殼拉開，由此而產生了中央裂谷，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)地向兩側擴張。地幔的下降處在海溝，老的洋底地殼在這里被帶進地球內部重新參加循環(huán)。他推算每隔兩三億年全部洋底地殼就要更新一次。后來經過很多地質學家的探討和更大規(guī)模的洋底地磁測量，海底擴張說的論據(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，這樣就形成了磁條帶。經過推算，現(xiàn)在人們認為太平洋洋底每年擴張約5×2厘米，大西洋大約是每年1×2厘米。

4.4板塊構造說的誕生

海底擴張說表明，以大洋中脊為中心的海底擴張必定引起大陸的運動，大陸漂移的機制得到了說明。1968～1969年間，美國的摩根(WilliamJasonMorgan，1935～)、勒比雄(XavierLepichon，)和英國的麥肯齊(DanPeterMcKanzie，1942～)等幾位青年地質學家差不多同時形成了大陸板塊運動的想法，他們聯(lián)名撰寫一系列論文闡述他們稱之為“板塊構造說”或“新全球構造理論”的學說，其基本內容如下：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。板塊的運動造成了大陸的漂移。一般來說，每一板塊內部的地殼都比較穩(wěn)定，而板塊的邊界處則是地質構造運動最活躍的區(qū)域，板塊之間的相對運動是全球地質構造運動的基本緣由。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運動。板塊在運動過程中造成了裂谷、地槽、海盆和摺皺山脈，板塊運動是造成地震的