板塊構造
板塊構造(來自拉丁文構造,來自古希臘語 τεκτονικός ( Tektonikós ) “與建築有關”)是科學理論,即地球的岩石圈包括許多大型構造板,自從大約3.4以來,它們就一直在緩慢移動 十億年前。該模型建立在大陸漂移的概念上,這是在20世紀前幾十年中發展的。在1960年代中期,在海底蔓延後,地球科學家接受了地球科學家的接受。
地球的岩石圈是行星的剛性外殼,包括外殼和上地幔,被骨折成七個或八個主要板(取決於它們的定義方式),許多次要板或“弱板”或“血小板”。在板相遇的地方,它們的相對運動決定了板邊界的類型(或故障):收斂,發散或變換。板的相對運動通常每年從零到10 cm。斷層往往是地質活躍的,經歷地震,火山活動,山區建造和海洋溝渠形成。
構造板由海洋岩石圈和較厚的大陸岩石圈組成,每個岩石圈都有自己的外殼。沿收斂板邊界,俯衝的過程將一個板的邊緣向下沿另一個板下方的邊緣帶入地幔。這個過程減少了地球的總表面積(地殼)。丟失的表面通過海底散佈沿發散邊緣形成新的海殼,使總表面積保持在構造“傳送帶”中。
構造板相對剛性,並漂浮在下面的延性軟化層上。地幔中的橫向密度變化導致對流電流,地球固體地幔的緩慢運動緩慢。在海底蔓延的山脊上,板從山脊上移開,山脊是地形高的山脊,新形成的外殼在移開時會冷卻,從而增加了其密度並有助於運動。在俯衝帶上,相對較冷,密集的海殼下下地幔,形成了地幔細胞的向下對流肢,這是板運動的最強驅動器。其他提出的因素的相對重要性和相互作用,例如主動對流,地幔內部上升以及月球的潮汐阻力仍然是辯論的主題。
關鍵原則
地球的外層分為岩石圈和軟圈。該分裂基於機械性能的差異和熱量轉移的方法。岩石圈更涼爽,更剛性,而軟圈更熱,並且更容易流動。在傳熱方面,岩石圈通過傳導失去熱量,而軟圈也通過對流傳輸熱量,並且具有幾乎絕熱的溫度梯度。不應將這些相同層的化學細分混淆到地幔中(包括運動層和岩石圈的地幔部分)和地殼:給定的地幔可能是岩石圈的一部分或不同的運動層的一部分時間取決於其溫度和壓力。
板塊構造的關鍵原理是岩石圈作為單獨且不同的構造板的存在,它們騎在流動性的固體上。板的運動在中大西洋山脊的10至40毫米/年不等(大約與指甲生長一樣快)到納斯卡板的每年約160毫米/年(大約與頭髮長大的快)。
構造岩石圈板由岩石圈地幔組成,由一種或兩種類型的地殼材料覆蓋:海洋殼(在矽和鎂的較舊文本中)和大陸殼(矽和鋁)。海洋殼和大陸地殼之間的區別是基於它們的形成方式。海層是在海底蔓延中心形成的。大陸地殼是通過弧形火山和通過板塊構造過程的岩層形成的。海洋殼比大陸地殼更稠密,因為它的矽和大陸殼的較重元素少。由於這種密度差異,海洋殼通常位於海平面以下,而大陸殼則浮出水面以上的海拔高度。
海洋平均岩石圈通常為100公里(62英里)。它的厚度是其年齡的函數。隨著時間的流逝,它通過從下方進行熱量並將其放射釋放到太空中來冷卻。下面的相鄰地幔通過此過程冷卻並添加到其底座中。因此,由於它是在海洋中部山脊上形成的,並向外擴散,因此其厚度是其與中山脊形成的距離的函數。對於典型的岩石圈必須在俯沖之前必須行駛的典型距離,厚度從大約6 km(4英里)厚的海脊中的約6 km(4英里)不等,到俯衝帶的大於100 km(62英里)。對於較短或更長的距離,俯衝帶,因此平均值分別變小或更大。大陸岩石圈的厚度約為200公里,儘管這在盆地,山脈和穩定的大陸室內室之間有很大差異。
兩個板遇到的位置稱為板邊界。板塊邊界是發生地質事件的地方,例如地震和地形特徵的創造,例如山脈,火山,中海山脊和海洋溝。世界上絕大多數活躍的火山都發生在板塊邊界上,太平洋板塊的火環是最活躍和廣為人知的。一些火山發生在板的內部,這些火山歸因於內部板的變形和地幔羽。
構造板可能包括大陸殼或海洋殼,或兩者兼而有之。例如,非洲板塊包括大西洋和印度洋地板的大陸和部分。
在破壞性板塊邊界處的大陸殼下,一些海洋殼(稱為蛇綠岩)未能在大陸地殼下進行俯衝。取而代之的是,這些海洋的地殼碎片被向上推動,現在將其保存在大陸地殼中。
板界的類型
存在三種類型的板邊界,其特徵在於板相對移動的方式。它們與不同類型的表面現像有關。不同類型的板邊界是:
- 差異邊界(建設性邊界或擴展邊界)。這些是兩個板彼此滑動的地方。在海洋至海洋裂谷的區域,海底蔓延形成了不同的邊界,從而形成了新海盆,例如中大西洋山脊和東太平洋上升。隨著海板分裂,山脊在擴張中心形成,海盆膨脹,最後,板塊增加了許多小火山和/或淺層地震。 At zones of continent-to-continent rifting, divergent boundaries may cause new ocean basin to form as the continent splits, spreads, the central rift collapses, and ocean fills the basin, eg, the East African Rift , the Baikal Rift Valley, the西南極裂谷,里奧格蘭德裂谷。
- 俯衝帶有兩種類型:海洋至聯邦的俯衝區,密集的海洋岩石圈凹陷在密度較小的大陸下方,或海對海的俯衝下方,其中較大,冷卻器,較冷,濃密的海洋corl骨在密度較低的海洋corl質下滑動。深海溝通常與俯衝區有關,沿著活躍邊界發展的盆地通常稱為“前陸盆地”。
- 地震在下降到動態圈時,追踪向下移動板的路徑,當溝渠形成溝渠,並且隨著俯衝板的加熱,它會釋放出揮發物,大多數是從液壓礦物質的水,進入周圍的地幔。添加水會降低俯衝板上上方地幔材料的熔點,從而導致其融化。結果通常會導致火山岩。
- 在海洋俯衝的區域,深深的溝渠形成了弧形。然後,俯衝板的上層地幔加熱,岩漿升起,形成了火山群島的彎曲鏈,例如阿留申群島,瑪麗安娜群島,日本島弧。
- 在俯衝山脈山脈形式的區域,例如安第斯山脈,級聯範圍。
- 在大陸碰撞區域,有兩個質量的大陸岩石圈融合。由於它們的密度相等,因此兩者都不是俯衝。盤子邊緣被壓縮,折疊和振奮的形成山脈,例如喜馬拉雅山和阿爾卑斯山。海洋盆地的關閉可能發生在大陸至歐洲大陸邊界。
- 在板未產生也不破壞的情況下,發生變換邊界(保守邊界或滑移邊界)。相反,兩個板滑動,或者更準確地互相磨碎,沿變換故障。兩個板的相對運動要么是sinistral (朝向觀察者的左側)或右側(朝向觀察者的右側)。轉換故障在擴展中心發生。強烈的地震可能沿斷層發生。加利福尼亞州的聖安德烈亞斯斷層是表現出右旋運動的變換邊界的一個例子。
- 在相互作用不清楚的情況下發生其他板塊邊界區,並且通常沿著寬帶發生的邊界沒有很好地定義,並且可能在不同的發作中顯示各種類型的運動。
板運動的驅動力
由於海洋岩石圈的相對密度和軟圈的相對弱點,構造板能夠移動。從地幔中耗散熱量是通過對流或大規模上升和污垢驅動板構造所需的能量的原始來源。結果,強大的來源產生板塊運動是俯衝帶中海洋岩石圈下沉的過量密度。當新的外殼在中山脊形成新的外殼時,這種海洋岩石圈最初的密度低於基礎軟圈,但隨著電導性冷卻和變厚,隨著年齡的增長而變得越來越密集。舊岩石圈相對於基礎軟圈的密度較高,使其可以在俯衝帶的深陸上凹入,從而為板運動提供了大部分的驅動力。軟圈的弱點使構造板很容易向俯衝帶移動。
在20世紀第一季度的大部分時間裡,構造板運動背後的驅動力的主要理論設想了上地幔中的大規模對流電流,可以通過低尚圈傳播。這一理論是由亞瑟·福爾摩斯(Arthur Holmes)和一些先驅者在1930年代發起的,並立即被公認為是接受該理論的解決方案,如20世紀初關於阿爾弗雷德·韋格納( Alfred Wegener)論文中所討論的那樣。然而,儘管接受了它,但長期以來一直在科學界進行了辯論,因為領先的理論仍然設想了一個靜態地球,而沒有移動大陸,直到六十年代初期的重大突破為止。
地球內部(地震斷層掃描)的二維成像和三維成像顯示,整個地幔中的橫向密度分佈都不同。這種密度變化可以是物質(來自岩石化學),礦物質(來自礦物結構的變化)或熱能(通過熱能的熱膨脹和收縮)。這種不同的橫向密度的表現是浮力的地幔對流。
地幔對流如何直接和間接與板運動有關,這是地球動力學中正在進行的研究和討論的問題。不知何故,必須將這種能量轉移到岩石圈中才能移動構造板。本質上,有兩種主要的機制類型被認為存在與地幔的動力學有關的,這些動力學會影響板運動的板運動,這些動力學是主要的(通過大規模對流細胞)或次要的。次級機制觀察了由小圈中的對流電流與更剛上覆蓋的岩石圈的對流電流之間的摩擦驅動的板運動。這是由於與俯衝帶的俯衝帶上的向下拉動板相關的地幔材料的流入所致。平板拉力可能發生在地球動力學環境中,在該環境中,基底段繼續在板上俯衝到地幔時(儘管可能在更大程度上起作用在平板的下側和上側)。此外,被折斷並沉入地幔的平板可能會導致粘性地幔力通過板驅動板驅動。
羽狀構造
在1990年代的羽流構造理論之後,眾多研究人員,使用了修改的地幔對流電流概念。它斷言,超級羽質從更深的地幔中升起,是主要對流單元的驅動因素或替代品。這些想法在1930年代初在Beloussov和van Bemmelen的作品中發現了它們的根源,它們最初反對板塊構造,並將機制置於固定的垂直運動框架中。範·貝梅倫(Van Bemmelen)隨後在他的“不合格模型”中修改了這一概念,並將“地幔水泡”用作水平運動的驅動力,使引力遠離區域地殼圓頂。
這些理論在現代理論中發現了共鳴,該理論設想了固定的熱點或地幔羽流,這些羽流和地幔羽流被海洋和大陸岩石圈板隨著時間的流逝而被覆蓋,並將其痕跡留在地質記錄中(儘管這些現象並未作為真實的駕駛機制,但並不是將其痕跡作為實際的駕駛機制,而是將其痕跡留在地質記錄中。而是作為調節器)。
仍主張該機制解釋特定地質時期內超強的破裂。它在參與地球擴展理論的科學家中有追隨者。
激增構造
另一個理論是,地幔既不在細胞中也沒有大羽流,而是作為一系列地下地殼下方的通道,然後向岩石圈提供基礎摩擦。該理論稱為“激增構造”,在1980年代和1990年代普及。基於三維計算機建模的最新研究表明,板的幾何形狀受披風對流模式和岩石圈強度之間的反饋控制。
在更通用的駕駛機制的框架內,將與重力相關的力作為次要現象,例如上述各種形式的地幔動力學。在現代觀點中,通過沿俯衝帶拉的平板將重力作為主要驅動力。
引力遠離擴散的山脊是擬議的驅動力之一,它提出的是板運動是由海山脊上板的較高抬高驅動的。由於海洋岩石圈是從熱地幔材料中擴散山脊時形成的,因此它會逐漸冷卻並隨著年齡的增長而變厚(從而增加了距山脊的距離)。涼爽的海洋岩石圈明顯比從中得出的熱地幔材料顯著濃密,因此隨著厚度的增加,它逐漸逐漸消退到地幔中以補償更大的負載。結果是側向傾斜,距脊軸的距離增加。
這種力被視為次要力量,通常被稱為“山脊推”。這是一個錯誤的名稱,因為沒有水平的力“推動”,實際上緊張的特徵是沿山脊占主導地位。將這種機制稱為“重力滑動”更為準確,因為整個板上的地形可能會發生很大變化,而擴散的山脊只是最突出的特徵。產生這種引力二次力的其他機制包括岩石圈在岩石圈下彎曲的彎曲凸起,在相鄰板下面潛水,產生明確的地形特徵,可以抵消或至少影響地形海脊的影響。也假定地幔羽和熱點會撞擊構造板的底面。
平板拉力:當前的科學意見是,軟圈不足以勝任或剛性,無法直接通過岩石圈底部引起摩擦。因此,最廣泛地認為平板拉力是作用在板上的最大力量。在當前的理解中,板運動主要是由寒冷,密集的板的重量驅動的,這些板塊沉入溝渠的地幔中。最近的模型表明,溝槽吸力也起著重要作用。但是,儘管北美板塊在運動中,但北美板塊沒有俯衝,這是一個問題。非洲,歐亞和南極板塊也是如此。
引力從地幔別上滑動:根據較舊的理論,板的驅動機制之一是存在大規模的運動層/地幔圓頂,這會導致岩石圈平板的重力滑動遠離它們(請參閱地幔機制上的段落)。這種引力滑動代表了這種基本垂直定向機制的次要現象。它在範·貝梅倫(Van Bemmelen)的不合格模型中找到了根源。從一個小島的小規模到整個海洋盆地的較大尺度,這可以在各種尺度上起作用。
作為氣象學家的阿爾弗雷德·韋格納(Alfred Wegener)提出了潮汐力和離心部隊作為大陸漂移背後的主要駕駛機制。但是,這些力被認為太小了,無法引起大陸運動,因為該大陸是通過海洋殼耕作的大陸。因此,韋格納後來改變了他的立場,並斷言對流電流是1929年他的書的最後一部版本中板塊構造的主要動力。
但是,在板塊構造的環境中(自海底傳播赫斯,赫斯,迪茨,莫利,藤蔓,藤本和馬修斯(見下文)(在1960年代初)接受),建議海洋殼與大陸一起運動引起與地球旋轉相關的提議進行重新考慮。在最近的文獻中,這些驅動力是:
小且通常可以忽略的力是:
為了使這些機制是整體有效的,應該在變形的方向和運動學之間以及地球本身的地理緯度和縱向網格之間存在系統關係。這些系統的關係研究在19世紀下半葉和二十世紀上半葉的情況恰恰相反:板未及時移動,相對於地球的赤道和軸固定了變形網格,並且重力驅動力通常垂直起作用,僅引起局部水平運動(所謂的預板構造,“固定師理論”)。因此,後來的研究(下面在此頁面上進行了討論),援引了在此預板構造期間認可的許多關係,以支持其理論(請參閱與地球旋轉有關的這些各種機制的評論。
可能對板塊構造的潮汐作用
在上面討論的許多力量中,潮汐力量仍在高度爭論中,並作為板塊構造的主要驅動力辯護。其他力僅在不使用板塊構造概念的全球地球動力學模型中使用(因此,除了本節中處理的討論之外)或在整體板塊構造模型中被提議為次要調製。 1973年, USGS和RC Bostrom的喬治·W·摩爾(George W. 。他們得出的結論是,潮汐力(潮汐滯後或“摩擦”)是由地球旋轉引起的,月球作用於月亮的力是板塊構造的驅動力。當地球向東旋轉在月球下方時,月球的重力曾如此稍微向西拉回地面層,就像阿爾弗雷德·韋格納(Alfred Wegener)所提出的那樣(見上文)。自1990年以來,該理論主要由Doglioni及其同事( Doglioni 1990 )提倡,例如在2006年最近的一項研究中,科學家對這些想法進行了審查和提倡。洛維特(Lovett,2006)中有人提出,這種觀察也可以解釋為什麼金星和火星沒有板塊構造,因為維納斯沒有月亮,火星的衛星太小,無法對地球產生重大潮汐作用。另一方面,在一篇論文中,可以很容易地觀察到許多盤子正在向北移動和向東移動,並且太平洋盆地的主要向西運動僅來自太平洋蔓延中心的東方偏見(這不是這種月球力量的預測表現)。然而,在同一篇論文中,作者承認,相對於較低的地幔,所有板的運動中都有一個略微向西的組成部分。他們證明,僅在過去30 mA中看到的向西漂移歸因於穩定增長和加速的太平洋板塊的優勢增加。辯論仍然是開放的,以及Hofmeister等人最近的一篇論文。 (2022)恢復了這個想法,再次提倡地球旋轉與月球之間的相互作用作為板的主要驅動力。
每個驅動力機制的相對意義
板運動的向量是作用在板上的所有力的函數。但是,其中每個過程對每個構造板的總體運動有貢獻的程度存在問題。
地球動力學設置的多樣性和每個板的特性是由於各種過程的影響會積極驅動每個單獨的板。解決此問題的一種方法是考慮每個板移動的相對速率以及與每個過程與板上整體驅動力的重要性相關的證據。
迄今為止發現的最重要的相關性之一是,與其他類型的板相比,岩石圈板的移動速度快得多。例如,太平洋板塊本質上被俯衝區域(所謂的火環)包圍,並且移動的速度比大西洋盆地的板塊快得多,這些板的板子附著(也許可以說“焊接”)到相鄰大陸而不是俯衝板。因此,人們認為與下板相關的力(平板拉力和平板吸力)是決定板運動的驅動力,除了那些未俯衝的板。然而,這種觀點與最近的一項研究相矛盾,該研究發現太平洋板塊和與東太平洋上升相關的其他板塊的實際動作主要與平板拉或平板推動,而是與地幔對流上升的水平相關沿著各個板的基部擴散通過與粘度相關的牽引力沿著它們沿著它們驅動。板運動的驅動力繼續是地球物理和構造物理學中正在進行的研究的積極主題。
理論史
概括
板塊構造理論的發展是在50年的科學辯論期間發生的科學和文化變革。接受本身的事件是一種範式轉變,因此可以歸類為科學革命。在20世紀初,各種理論家未能成功地解釋大陸之間的許多地理,地質和生物學連續性。 1912年,氣象學家阿爾弗雷德·韋格納(Alfred Wegener)描述了他所謂的大陸漂移,這一想法在五十年後的現代板塊構造理論中達到了最高水平。
韋格納(Wegener)在1915年的《大陸和海洋的起源》中擴展了他的理論。從這個想法開始(也由他的先驅者表達),當前的大洲曾經形成一個單一的土地質量(後來稱為Pangea ),Wegener建議這些大洲分開並散開,將它們比作“冰山”,低密度唾液漂浮在海上的海中密集的Sima 。這個想法的支持證據來自南美東海岸的鴿子尾概述,非洲西海岸的安東尼奧·斯奈德·佩爾利格里尼(Antonio Snider-Pellegrini)在他的地圖上繪製了這一點,以及沿這些邊緣的岩層的匹配。對他們以前的連續性的確認也來自化石植物的glossopteris和Gangamopteris ,以及Therapsid或類似哺乳動物的爬行動物lystrosaurus ,它們都廣泛分佈在南美,非洲,非洲,南極,印度和澳大利亞。這些大陸加入的這種昔日加入的證據為在南半球工作的現場地質學家提供了專利。南非亞歷克斯·杜·托伊特(Alex du Toit)在他的徘徊大洲的1937年出版物中匯集了大量此類信息,並比韋格納(Wegener)越來越多地認識到岡瓦納碎片之間的牢固聯繫。
韋格納的工作最初並未被廣泛接受,部分原因是缺乏詳細的證據,但主要是由於缺乏合理的身體支持機制。地球可能具有堅固的地殼和地幔和液態芯,但似乎不可能四處走動。當時的許多傑出科學家,例如哈羅德·杰弗里斯(Harold Jeffreys )和查爾斯·舒切特(Charles Schuchert ),是大陸漂移的直言不諱的批評者。
儘管有很多反對,但大陸漂移的觀點得到了支持,“漂流者”或“移動主義者”(理論的支持者)和“固定主義者”(反對者)之間的辯論開始了。在1920年代,1930年代和1940年代,前者達到了重要的里程碑,提出對流電流可能驅動了板的運動,並且散佈可能發生在海洋殼內的海洋下方。地球物理學家和地質學家(包括固定師和移動主義者)等貼合構造中的元素的概念是Vening-Meinesz,Holmes和Umbgrove提出的。 1941年,奧托·安普特(Otto Ampferer)在他的出版物“對大西洋地區的電影的思想”中描述了預期現在所謂的海底蔓延和俯衝的過程。用來支持岩石圈板運動的第一批地球物理證據之一來自古磁性。這是基於以下事實:不同年齡的岩石顯示出可變的磁場方向,這是自十九世紀中葉以來研究證明的。磁性北極和南極逆時遠,並且在古晶型研究中尤其重要,磁性北極的相對位置隨時間變化。最初,在二十世紀上半葉,通過引入所謂的“極地徘徊”來解釋後一種現象(參見明顯的極地徘徊)(即,假設北極位置一直在隨著時間的流逝而變化)。不過,另一種解釋是,大陸相對於北極移動(移動和旋轉),實際上,每個大陸都顯示了自己的“極地徘徊路徑”。在1950年代後期,兩次成功地表明,這些數據可以顯示大陸漂移的有效性:基思·倫科(Keith Runcorn)在1956年的一篇論文中,以及沃倫·凱里(Warren Carey)在1956年3月舉行的一次研討會上。
支持大陸漂移的第二個證據是在1950年代末和60年代初,來自深海地板測深的數據以及海洋殼的性質,例如磁性特性,更普遍地,隨著海洋地質的發展。這證明了海底沿著中山脊和磁場逆轉的蔓延的證據,並於1959年至1963年之間由Heezen,Dietz,Hess,Mason,Vine&Matthews和Morley出版。
沿著許多大陸邊緣的溝渠沿瓦達蒂 - 貝諾夫區域及其周圍的早期地震成像技術的同時進步,以及許多其他地球物理(例如,倉庫)和地質觀察,表明了海洋殼如何消失到地幔機構中,從而提供了機制平衡海盆的延伸,並沿其邊緣縮短。
從海底和大陸邊緣開始,所有這些證據都明確表明,大陸漂移是可行的。在1965年至1967年之間的一系列論文中定義了板塊構造的理論。該理論徹底改變了地球科學,解釋了各種地質現象及其在其他研究中的影響,例如古地理和古生物學。
大陸漂移
在19世紀末和20世紀初,地質學家認為地球的主要特徵是固定的,並且大多數地質特徵(例如盆地發展和山脈)都可以用垂直的地殼運動來解釋,垂直地殼運動在所謂的地球渠道理論中描述。通常,由於地質時間相對較短的熱量損失,這是在收縮行星地球的背景下放置的。
早在1596年,大西洋的相對海岸(或更確切地說,是大陸架子的邊緣)的形狀相似,並且似乎曾經安裝在一起。
從那時起,就提出了許多理論來解釋這種明顯的互補性,但是地球的假設使這些各種建議難以接受。
1895年的放射性及其相關的加熱性能的發現促使地球明顯時代重新檢查。以前,在地球表面像黑體一樣輻射的假設是通過其冷卻速率估計的。這些計算表明,即使它從紅熱開始,地球也會在數千萬年內降至目前的溫度。科學家們意識到地球會年齡較大,並且其核心仍然足夠熱,以至於液體是液體的。
到1915年,阿爾弗雷德·韋格納(Alfred Wegener)在1912年發表了第一篇文章後,就大陸和海洋起源的第一版中的大陸漂移想法做出了嚴重的論點。在那本書中(在1936年最後一本書中重新發行了四個連續的版本),他指出了南美東海岸和非洲西海岸的看上去好像曾經是曾經依附的。 Wegener並不是第一個注意的人(亞伯拉罕·奧特里烏斯,安東尼奧·斯奈德·佩萊格里尼,愛德華·蘇斯,羅伯托·曼托瓦尼和弗蘭克·伯斯利·泰勒(Frank Bursley Taylor)在他之前提到了一些),但他是第一個概括大量的化石和古老的化石和古蹟和調節學,以及調節和調節學的,以及支持這一簡單觀察的證據(在此研究人員中得到了Alex du Toit等研究人員的支持)。此外,當單獨大陸邊緣的岩石地層非常相似時,它表明這些岩石的形成方式相同,這意味著它們最初是加入的。例如,蘇格蘭和愛爾蘭的部分地區包含的岩石與紐芬蘭和新不倫瑞克省的岩石非常相似。此外,歐洲的喀裡多尼亞山脈和北美阿巴拉契亞山的部分地區在結構和岩性方面非常相似。
但是,許多地質學家並沒有認真對待他的想法,他們指出,沒有明顯的大陸漂移機制。具體來說,他們看不到大陸岩如何通過構成海洋殼的濃密岩石耕作。韋格納無法解釋驅動大陸漂移的力量,直到1930年去世後,他的辯護才得以實現。
漂浮大陸,古磁和地震區
正如早期觀察到的那樣,儘管大洲存在花崗岩,但海底似乎是由濃密的玄武岩組成的,但二十世紀上半葉的普遍概念是,有兩種類型的地殼,命名為“ Sial”(Continental Type Croust)和“ Sima”(海洋型地殼)。此外,人們認為在大陸下存在靜態地層。因此,很明顯,一層玄武岩(SIAL)是大陸岩石的基礎。
然而,基於秘魯安第斯山脈(Andes)的鉛垂線偏轉異常,皮埃爾·布格(Pierre Bouguer)推斷出,較少密集的山必須向下投射到下面的濃密層中。喬治·B·艾里( George B.因此,到1950年代中期,關於山根是否緊握在玄武岩周圍還是像冰山一樣漂浮在其周圍的問題上。
在20世紀,地震儀等地震儀器的改進和更多地使用,使科學家得知地震傾向於集中在特定地區,最著名的是沿著海洋的戰es和山脊傳播。到1920年代後期,地震學家開始識別出幾個突出的地震區,平行於溝渠,通常從水平傾斜40-60°,並將數百公里延伸到地球。這些區域後來被稱為Wadati – Benioff區域,即簡單的Benioff區域,以紀念首次認可它們的地震學家,日本的Kiyoo Wadati和美國的Hugo Benioff 。通過建立全球標準化地震儀網絡(WWSSN),對全球地震性的研究大大提高,以監視1963年禁止在地面測試核武器的條約的遵守情況。 WWSSN儀器的數據大大改進,使地震學家能夠精確地繪製全球地震濃度的區域。
同時,圍繞極地流浪現象的辯論發展。自從大陸漂移的早期辯論以來,科學家就討論並使用了證據表明發生了極地漂移,因為過去似乎在不同的氣候區中移動了各大洲。此外,古磁數據表明,磁極在時間期間也發生了變化。以相反的方式推理,大陸可能已經移動和旋轉,而桿子保持相對固定。 1956年,基思·朗科恩(Keith Runcorn)的一份論文中,第一次使用磁性極地徘徊的證據來支持大陸的動作,而他和他的學生泰德·歐文(Ted Irving)的連續論文(實際上是第一個相信這一事實的人)古磁性支持大陸漂移)和肯·克里爾(Ken Creer)。
緊隨其後的是1956年3月,由S. Warren Carey教授組織的塔斯馬尼亞大陸漂移研討會,自從本次研討會上的三十年代以來,他一直是大陸漂移的支持者和促進者之一,一些參與者使用了證據。幾十年前其他工人提出的全球地殼擴展理論。在這一假設中,大陸的轉移是通過地球形成以來大小的大小增加的。但是,儘管該理論仍然具有科學方面的支持者,但通常認為這是不令人滿意的,因為沒有令人信服的機制來產生大量的地球擴張。在接下來的幾年中,其他工作將很快表明,證據同樣支持穩定半徑的地球儀上的大陸漂移。
在1930年代後期, Vening-Meinesz ,Holmes, Umbgrove以及許多其他人概述了與現代板塊構造理論緊密或幾乎相同的概念。特別是,英國地質學家亞瑟·福爾摩斯(Arthur Holmes)在1920年提出,板條接頭可能位於海底,而在1928年,地幔內的對流電流可能是驅動力。通常,這些貢獻被遺忘了:
- 當時,大陸漂移不被接受。
- 其中一些想法是在廢棄的固定師思想的背景下討論的,該想法是在沒有大陸漂移或擴展地球的情況下進行變形的地球儀。
- 它們是在極端政治和經濟不穩定的一集中發表的,阻礙了科學交流。
- 許多人是由歐洲科學家出版的,最初在1960年代美國研究人員發表的有關海底蔓延的論文中沒有提及或幾乎沒有信譽。
中大洋山脊傳播和對流
1947年,由莫里斯·尤因(Maurice Ewing)領導的一組科學家利用伍茲洞海洋學機構的研究船亞特蘭蒂斯( Atlantis)和一系列樂器,證實了中大西洋中部的崛起,發現海底的地板在地面上,沉積物層由玄武岩組成,而不是大洲主要成分的花崗岩。他們還發現,海洋殼比大陸殼薄得多。所有這些新發現提出了重要而有趣的問題。
在海盆上收集的新數據還顯示了有關測深的特徵。這些數據集的主要結果之一是,在全球範圍內,檢測到了一個中裂脊的系統。一個重要的結論是,沿著該系統,正在創建新的海底,這導致了“巨大的全球裂痕”的概念。這是在布魯斯·海森(Bruce Heezen,1960)的關鍵論文中根據他與瑪麗·塔普(Marie Tharp)的合作所描述的,這將引發思維的真正革命。海底蔓延的一個深刻後果是,新的外殼曾經是而且仍然是沿著海洋山脊不斷創造的。因此,Heezen最初提倡所謂的S. Warren Carey的“擴展地球”假設(見上文)。因此,關於如何在不增加地球大小的情況下如何連續添加新地殼的問題仍然存在。實際上,在1940年代和1950年代,像亞瑟·福爾摩斯,vening-meinesz,coates和許多其他許多科學家已經解決了這個問題:沿著所謂的海洋戰es,所謂的海洋戰es,coats和其他許多其他問題已經解決了這個問題。俯衝發生”。因此,當1960年代初期的各種科學家開始推理有關海底的數據時,該理論的部分很快就到位了。
這個問題特別吸引了普林斯頓大學地質學家和海軍預備役后海軍上將哈里·哈蒙德·赫斯(Harry Hammond Hess) ,以及美國沿海和大地測量調查的科學家羅伯特·S·迪茨(Robert S. Dietz和Hess(前者一年前在自然界中發表了同一想法,但優先屬於Hess,他們已經在1960年到1960年發表了他的1962年文章未出版的手稿)是少數人,他們確實了解了海底傳播的廣泛含義以及它最終如何與當時的大陸漂移的非常規且不接受的思想以及福爾摩斯(Holmes)這樣的工人提出的優雅和動機模型的觀念。
同年,美國地質調查局的羅伯特·R·科特斯(Robert R. Coats)描述了阿留申群島(Aleutian Islands)島弧形俯衝的主要特徵。此後,他的論文雖然很少有人注意到(有時甚至被嘲笑),但此後被稱為“開創性”和“先見之明”。實際上,它實際上表明,歐洲科學家在1930年代在1930年代進行和出版的歐洲科學家的作品,直到1950年代也在美國應用和讚賞。
如果地殼沿著海洋山脊膨脹,赫斯和迪茨像福爾摩斯和其他人一樣被推理,那麼它必須在其他地方縮小。赫斯跟著赫茲(Heezen),暗示新的海洋殼不斷地從傳送帶(傳送帶)運動中散開。而且,使用以前開發的動員概念,他正確地得出結論,數百萬年後,海洋殼最終沿著大陸邊緣下降,海洋戰es(非常深,狹窄的峽谷)形成了,例如太平洋海洋盆地的邊緣。 HESS邁出的重要步驟是,對流電流將是此過程中的驅動力,得出的結論與福爾摩斯在數十年前的結論相同,唯一的區別是,使用Heezen沿著山脊擴散的機制進行了海殼的稀疏。因此,赫斯得出的結論是,大西洋在太平洋萎縮時正在擴大。由於舊的海殼在戰es中被“消耗”(例如福爾摩斯和其他人,他認為這是通過岩石圈的增厚而不是通過在大規模上以更大規模的海洋殼本身降低義務來完成的) ,新的岩漿沿著散佈的山脊升起並爆發,形成了新的外殼。實際上,海洋盆地永遠被“回收”,隨著新的外殼的形成和同時發生的舊海洋岩石圈的破壞。因此,新的動員概念整齊地解釋了為什麼海底散佈的地球不會變得更大,為什麼海底的沉積物積聚了這麼少,以及為什麼海洋岩石比大陸岩更年輕。
磁條帶
從1950年代開始,像Victor Vacquier這樣的科學家使用磁性儀器(磁力計)適用於第二次世界大戰期間開發的空中設備以檢測潛艇,並開始認識到整個海底的奇特磁變化。這一發現雖然出乎意料,但並不完全令人驚訝,因為眾所周知,玄武岩(構成海底的鐵岩岩石)連接了強烈磁性礦物(磁鐵礦),並且可以局部扭曲羅盤讀數。早在18世紀後期,冰島水手就會認識到這種扭曲。更重要的是,由於磁鐵礦的存在具有可測量的磁性特性,因此這些新發現的磁變化提供了研究深海底的另一種手段。當新形成的岩石冷卻時,當時,這種磁性材料記錄了地球的磁場。
隨著越來越多的海底映射在1950年代,磁變化並非是隨機或孤立的,而是揭示了可識別的模式。當這些磁性模式被映射在較大的區域上時,海底顯示出類似斑馬的圖案:一種帶有正常極性的條紋,毗鄰的條紋具有相反的極性。這些正常和反向極化岩石所定義的整體模式被稱為磁條帶,並由羅恩·G·梅森(Ron G.幾年後,海底傳播的條款,例如藤,馬修斯和莫利。
磁條帶的發現需要解釋。在1960年代初期,諸如Heezen,Hess和Dietz之類的科學家已經開始理論上,中山脊標誌著結構較弱的區域,其中海底沿著山脊波峰沿兩個縱向撕裂(請參閱上一段)。來自地球深處的新岩漿很容易通過這些薄弱的區域升起,並最終沿著山脊的頂部爆發,以形成新的海洋殼。這一過程最初以“傳送帶假說”為名,後來稱為海底蔓延,在數百萬年內運行,在整個50,000公里長的海洋山脊系統中繼續形成新的海底。
出版了具有“斑馬圖案”的地圖僅四年後,出版了磁條紋的“斑馬圖案”,海底擴散與這些模式之間的聯繫被正確放置,由勞倫斯·莫利(Lawrence Morley)獨立,弗雷德·弗雷德(Fred Vine )和德拉蒙德·馬修斯(Drummond Matthews)獨立於葡萄藤 - 馬特犬 - 莫里假設。該假設將這些模式與地磁逆轉聯繫起來,並得到了幾條證據的支持:
- 條紋在中山山脊的冠峰周圍對稱。在山脊的頂峰上或附近,岩石很年輕,它們逐漸遠離山脊波峰。
- 山脊波峰上最年輕的岩石總是具有當今(正常)極性。
- 岩石條紋在磁極(正常的正常等)中平行於山脊波峰替代品,表明它們是在不同時期內形成的,記錄了地球磁場的正常和反轉發作(從獨立研究中已知)。
通過解釋斑馬樣磁條帶和中山脊系統的構建,海底擴散假設(SFS)迅速獲得了轉換,並代表了板塊構件理論的發展另一個重大進步。此外,現在,海洋地殼被視為地球磁場的地磁磁場逆轉(GMFR)歷史的天然“膠帶記錄”。如今,廣泛的研究致力於一方面校準海洋殼中的正常反轉模式,以及源自沉積序列中玄武岩層的日期(磁性地層學)的已知時間尺度,以達到過去的估計。和板重建。
定義和完善理論
經過所有這些考慮,板塊構造(或最初稱為“新的全球構造”)在科學界迅速被接受,並且遵循了許多論文,這些論文定義了這些概念:
- 1965年, Tuzo Wilson一直是海底傳播假設和大陸漂移的推動者,從一開始就將轉換故障的概念添加到了模型中,完成了使盤子在全球範圍內移動所必需的故障類型的類別鍛煉。
- 1965年,在倫敦皇家學會舉行了關於大陸漂移的研討會,必須將其視為科學界接受板塊構造的正式開始,並將摘要發行為Blackett,Bullard&Runcorn(1965) 。在本次研討會上,愛德華·布拉德(Edward Bullard)和同事通過計算機計算了大西洋兩岸的大陸如何最適合關閉海洋,這被稱為著名的“布拉德(Bullard)合適”。
- 1966年,威爾遜(Wilson)發表了該論文,該論文提到了以前的板塊構造重建,介紹了現在所謂的“威爾遜週期”的概念。
- 1967年,在美國地球物理聯盟的會議上,傑森·摩根(W.
- 兩個月後, Xavier Le Pichon以其相對動作的六個主要板塊發布了一個完整的模型,這標誌著板塊構造科學界的最終接受。
- 同年,麥肯齊(McKenzie )和帕克(Parker)獨立地展示了與摩根(Morgan)相似的模型,並使用球體上的翻譯和旋轉來定義板塊運動。
- 從那一刻開始,討論一直集中在驅動板構造的力的相對作用上,以從運動學概念發展為動態理論。最初,這些概念的重點是在A. Holmes的腳步上,並通過Elsasser,Solomon,Sleep,Uyeda和Turcotte的作品引入了俯衝板引力的重要性。其他作者由於月球和其他天體的潮汐阻力而引起了外部驅動力,尤其是自2000年以來,隨著計算模型的出現,將地球的披風行為重現為一階,隨後遵循了範·貝梅倫(Van Bemmelen)的舊統一概念,作者重新評估了地幔動力學的重要作用。
對生物地理學的影響
大陸漂移理論可幫助生物地理學家解釋在不同大陸上發現但具有相似祖先的當今生活的分離生物地理分佈。特別是,它解釋了甘德瓦南的分佈和南極菌群的分佈。
板重建
重建用於建立過去(和將來的)板構型,有助於確定古代超強的形狀和構成,並為古地理提供基礎。
定義板邊界
當前的板界由它們的地震性定義。從現有板中的過去板邊界是從各種證據中鑑定出來的,例如表現出消失的海洋的蛇纖維的存在。
過去的板塊運動
據信,構造動議已在3至38億年前開始。
各種類型的定量和半定量信息可用於限製過去的板塊運動。大陸之間的幾何擬合度,例如西非和南美洲之間的幾何擬合度仍然是板塊重建的重要組成部分。磁條帶模式為回到侏羅紀時期的相對板運動提供了可靠的指南。熱點的軌道可提供絕對的重建,但這些曲目只能回到白堊紀。舊的重建主要依賴於古磁極數據,儘管這些數據僅限制了緯度和旋轉,但不限制經度。將特定板中不同年齡的極點組合以產生明顯的極性徘徊路徑,這提供了一種比較隨時間的不同板的運動的方法。其他證據來自某些沉積岩類型,特定化石群顯示的動物省的分佈以及造山帶的位置。
大陸的形成和分裂
板的運動隨著時間的流逝導致了大陸的形成和破裂,包括偶爾形成的超大陸,其中包含大多數或全部大陸。在2,000至18億年前形成的超大陸哥倫比亞或NUNA成立,並在大約1,500至13億年前分解。據認為,超大陸的羅迪尼亞大約是1 十億年前,體現了地球大陸的大部分或整個大陸,並在6億年前分成了八大大洲。後來,八大洲重新組裝成另一個叫做Pangea的超大陸。 Pangea闖入勞拉西亞(成為北美和歐亞大陸)和岡瓦納(成為其餘大洲)。
喜馬拉雅山是世界上最高的山脈,被認為是由兩個主要盤子的碰撞形成的。在提升之前,他們目前站立的地區被特提斯海洋覆蓋。
電流板
根據它們的定義方式,通常有七個或八個“主要”板塊:非洲,南極,歐亞,北美,南美,太平洋和印度澳大利亞人。後者有時會細分為印度和澳大利亞板塊。
有數十個較小的盤子,其中七個是阿拉伯人,加勒比海,胡安·德·富卡,可可,納斯卡,菲律賓海和斯科舍省。
在21世紀的二十年代,新提案提出,將地球的地殼分為許多較小的盤子,稱為Terranes,這反映了一個事實,即板塊的重建表明,較大的板塊已內部變形,海洋和大陸板已經被碎片了時間。這導致了CA的定義。將海洋板,大陸街區和移動區域(山皮帶)內的1200個地面分開。
如今,構造板的當前運動是由遙感衛星數據集確定的,該數據集用地面站測量進行了校準。
其他天體(行星,月亮)
陸地行星上板塊構造的出現與行星質量有關,其巨大行星比預期表現出板塊構造的地球更大。地球可能是一個邊界案例,其構造活性歸功於豐富的水(二氧化矽和水形成深層的晶狀體)。
金星
金星沒有活躍板構造的證據。有爭議的證據表明地球遙遠的過去有效構造。但是,自那時以來發生的事件(例如,在數百萬年的時間裡,金星岩石圈在幾億年內大大增強了合理且普遍接受的假設)已經使其限制了其地質記錄的過程。但是,保存完好的衝擊火山口已被用作約會維納斯表面的約會方法(因為到目前為止,尚無可靠的方法的維納西亞岩石樣品來使用更可靠的方法)。儘管已經計算出多達12億年前的年齡,但得出的日期主要在500至7.5 億年前的範圍內。這項研究導致了一個相當公認的假設,即維納斯在其遙遠的過去至少進行了一次完全完整的火山重塑,最後一次事件大約發生在估計的表面年齡範圍內。儘管這種令人印象深刻的熱事件的機制仍然是維納斯地球科學中的一個爭論問題,但一些科學家在某種程度上倡導涉及板塊運動的過程。
金星缺乏板塊構造的一種解釋是,在金星上,溫度太高,無法存在大量水。地殼被水浸泡,水在剪切區的發展中起著重要作用。板塊構造需要在地殼上可以移動的地殼中的弱表面,而且很可能由於缺水,這種弱化從未在金星上發生。但是,一些研究人員仍然相信板塊構造是或曾經在這個星球上活躍的。
火星
火星比地球和金星小得多,並且有證據表明其表面和地殼上有冰。
在1990年代,有人提出,火星甲殼二分法是由板塊構造過程產生的。今天的科學家不同意,並認為它是通過在火星地幔中上升到增強了南部高地的地殼並形成塔爾西斯的地殼或通過挖掘北部低地的巨大衝擊而創造的。
Valles Marineris可能是構造邊界。
1999年,火星全球測量師航天器對火星磁場製定的觀察結果顯示,在該星球上發現了磁條帶模式。一些科學家將其解釋為需要板塊構造過程,例如海底擴散。但是,他們的數據失敗了“磁反轉測試”,該測試用於查看它們是否是通過全局磁場的極性翻轉形成的。
冰冷的衛星
木星的某些衛星具有可能與板岩樣式變形有關的特徵,儘管材料和特定機制可能與地球上的板岩活性不同。 2014年9月8日,美國宇航局報告了歐羅巴(Europa)的板塊構造證據,歐羅巴(Europa)是木星的衛星,這是地球以外其他世界上俯衝活動的第一個跡象。
據報導,泰坦(Titan)是土星最大的月球,顯示出霍根斯探測器拍攝的圖像中的構造活動,該探針於2005年1月14日降落在泰坦。
系外行星
在地球大小的行星上,如果有水海洋,則板塊構造更有可能。然而,在2007年,兩支獨立的研究人員團隊對較大的超級地球上板塊構造的可能性進行了反對結論,一個團隊說,板塊構造將是情節性或停滯不前的,另一個團隊說,板塊構造很可能是超級超級超級的。 - 即使行星乾燥,地球也是如此。