书城科普读物探索神秘的大自然:变幻莫测的大自然
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第13章 海陆构造的奥秘

古陆的萌生

在地质过程中,地壳的行为主要由地球上部力场决定。所谓上部力场,表现为地球形状变化带来的两极压缩力、地球自转变化带来的惯性力和地球半径变化带来的侧向作用力。尽管这些变化的量不大,但对地球内部的力平衡的破坏则是相当明显的。

在地球形成之初,作为一个旋转着的长椭球的地球,在其逐渐变扁的过程中,来自两极的挤压力在南、北纬45°左右最强,其强度可达重力的1/10,是它今日之值的100倍。虽然这种压缩力会随着时间的增长而变小,即使在20亿年前它也是现在值的10倍,它在18亿年前的作用比其后强得多,并且由于那时地球内部热能积累尚不十分高,推动地质运动的主要是这种两极挤压力。

地球自转产生的离心惯性力和纬向惯性力,不仅有区域性特征,而且有时间上交替变化的特点。在7亿年以前,离心惯性力一直是赤道向两极的,并且也发育在南、北纬45°附近;而纬向惯性力则一直是向西的。

两极压力和自转惯性力所形成的地球上部力场,是萌生古陆的驱动力。2个南北向力场、两极挤压力和离心惯性力,在南、北纬45°附近交汇,造成原始地球表面发生变化的特殊区域。纬向惯性力比较复杂,虽然方向向西,但升高半球与降低半球有差别,总的效果是升高半球的向西力大于降低半球的向西力。在这样的力场作用下,在7亿年以前的漫长地质史中,升高半球可能形成一个两向的牛轭形古陆,其北翼在北纬45°附近,南翼在南纬45°附近,两端跨赤道连接南北翼,在这牛轭形古陆之间是古海洋,降低半球的部分也是古海洋,但其中可能萌生一小块古陆——太平洋古陆。也就是说,形成地球的一半为大陆,陆中有洋;另一半为海洋,洋中有陆。这是一个对称的格局。

由于地球胀缩的交替发生,原始古陆经过古大西洋开闭过程而过渡到联合古陆,然后又破裂解体,冈瓦纳和劳亚以相反的方向旋转,直至南、北美洲向西漂移而重开大西洋。具体过程按时段分述如下:在前7亿~前5亿年间,地球收缩,自转加速,水平作用力向南向西期中,古大陆在前6.5亿年张开而形成大西洋,靠北极的澳大利亚向赤道漂移。在前5亿~前3亿年间,地球膨胀,自转减速,水平作用力向极向西期中,前4亿年古大西洋闭合,形成联合古陆,已越过赤道的澳大利亚向南极漂移。在前2.8亿~前1亿年间,地球收缩,自转加速,水平作用力向赤向东期中,联合古陆解体,冈瓦纳部分逆时针旋转、劳亚部分顺时针旋转各约20°,印度由南半球向赤道漂移。1亿年以来,地球膨胀,自转减速,水平作用力向极向西期中,南、北美洲向西运动,重新张开大西洋,已越过赤道的印度向北漂移。板块运动的总体方向和海陆分布的大格局就这样由地球上部的力场造就了。

海陆构造的变迁

关于海陆变迁莫过于柏拉图记载的“大西洲神秘消亡”的传说令人刻骨铭心了。他在《蒂迈欧》和《克里蒂亚斯》两篇对话中,介绍了梭伦游历埃及记事中一段迷人的故事。埃及的一位祭司告诉梭伦说,在海格立斯(今直布罗陀)之外的滔天大洋中,一个名为亚特兰提斯的大陆及其上的繁荣的大帝国,在距今11500年前的某个时候突然消亡了。柏拉图把它叫做大西洲,并说它的面积比非洲的一部分和整个亚洲加起来还要大,从它可到达的彼岸为大洋环抱的大陆。柏拉图把大西洲描写成地球上的伊甸园,其上强大的亚特兰提斯王国有12个属国。对这个传说的研究几乎形成了一门学问——亚特兰提斯学。

亚特兰提斯之谜虽至今未有定论,但这个谜本身提出的是海陆变迁的问题。

人类对局部海水进退的认识较早,唐代的颜真卿曾根据今江西南城县麻姑山有蚌壳认为“高山石中犹有螺蚌壳,或以为桑田所变”。但对全球海陆结构格局的真实了解则是16世纪初环球航海以后的事,而对于人类所见的这种海陆格局是如何演变而来的思考还要晚一二百年,直至20世纪初大陆漂移说的提出及20世纪60年代海底扩张说和板块结构理论的提出,才算有了真正解决它的明确目标。

海陆变迁按运动方向可分为水平运动和垂直运动。①水平运动指组成地壳的岩层,沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系,以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。②垂直运动,又称升降运动、造陆运动,它使岩层表现为隆起和相邻区的下降,可形成高原、断块山及坳陷、盆地和平原,还可引起海侵和海退,使海陆变迁。地壳运动控制着地球表面的海陆分布,影响各种地质作用的发生和发展,形成各种构造形态,改变岩层的原始状态,所以有人也把地壳运动称构造运动。按运动规律来讲,地壳运动以水平运动为主,有些升降运动是水平运动派生出来的一种现象。

地壳运动按运动的速度可分为2类:①长期缓慢的构造运动。例如大陆和海洋的形成,古大陆的分裂和漂移,形成山脉和盆地的造山运动,以及地球自转速率和地球扁率的长期变化等,它们经历的时间尺度以百万年计。例如冰期消失、地面冰块融化引起的地面升降,也属以万年计的缓慢运动。②较快速的运动。这种运动以年或小时为计算单位,如地极的张德勒摆动,能引起地壳的微小变形;日、月引潮力不但造成海水涨落,也使固体地球部分形成固体潮,一昼夜地面最大可有几十厘米的起伏;较大的地震可引起地球自由振荡,它既有径向的振动,也有切向的扭转振动。

贝类化石传统地质学最早发现了地球表层的垂直升降运动,证据是在高山上发现海相的沉积岩,并且有海中特有的贝类化石。这表明某些大陆地区的地壳在过去的地质年代中曾经是海洋。地质学中有所谓海进和海退之说,表明局部地壳是有升降变化的。但是传统地质学否认地球表层曾有过大尺度的水平运动。

20世纪60年代以后总结了一系列的地学研究成果,证明地球表层在地球的历史中曾经有过大规模的水平位移,各大陆的相对位置曾有过显著的变化。最主要的证据是:全球地震带勾画出6大板块的轮廓,证明地球表层的岩石圈不是完整的一块。古地磁学的研究表明,由各大陆岩石磁性所得到的古地磁极位置不相重合,而根据各大陆不同地质年代的岩石磁性所绘制的极移曲线,在近代趋向重合于今地磁极位置。大洋中脊两侧的磁异常条带,表明海底地壳在不断从中脊向两侧扩张,各板块所负载的大陆岩石圈随之发生水平漂移。

地壳运动的动力源是上述起作用的各种力的综合,在地球的脉动中,基本上都得以体现,表现为地球上部的力场导引下的地球内部的平衡移动。蒋志的《地质体运动理论及其应用》(1995年)在这种思路下描述了当今地球的海陆结构的形成过程。

褶皱运动

褶皱运动,是指使岩层和面理发生反复褶皱的构造运动。在地壳强烈活动的地槽区,水平挤压产生的褶皱运动,导致线性褶皱带形成;在地壳相对稳定的地台区,褶皱运动常形成穹窿、长垣和排列不规则的开阔褶皱。