从海底扩张学说到板块构造假说
1912年,魏格纳提出大陆漂移假说。大陆漂移假说认为,地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块,称之为泛大陆。泛大陆于中生代开始分裂并漂移,逐渐达到现在的位置。不过,是什么促使大陆漂移(即大陆漂移的动力机制)的呢?受当时科技水平和认识水平的限制,魏格纳未能说明这一点,也未能提供大陆拼合的最佳方案。
20世纪60年代初,美国海洋地质学家赫斯和迪茨认为大陆漂移是海底扩张的结果,并提出了海底扩张学说。海底扩张学说认为:大洋中脊(又叫海岭)是新的大洋地壳诞生处。离大洋中脊愈近,岩石年龄愈轻;离大洋中脊愈远,岩石年龄愈老,而且在大洋中脊两侧呈对称分布。
海底扩张学说的证据主要有以下两点:大洋中脊区域的磁异常(指某地实际上测得的地球磁场强度和理论磁场强度有所区别)呈条带状,正负相间,平行于中脊的延伸方向。并以中脊为轴呈两侧对称,其顺序与地磁反向的年表一致,这就证明了洋底是从洋中脊向外扩展而成;1965年,加拿大地球物理学家威尔逊提出了转换断层的概念,转换断层就是岩石圈的各个板块在地球表面运动的轨迹,这也证明了海底在扩张。
转换断层的提出为一门新的学说——板块构造学奠定了重要的理论基础。板块构造学说认为地球的岩石圈不是整体一块,而是被分割成许多构造单元,这些构造单元叫做板块。全球的岩石圈分为亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块和南极洲板块,共六大板块。其中太平洋板块几乎完全是在海洋,其余五大板块都包括有大块陆地和大面积海洋。大板块还可划分成若干次一级的小板块。这些板块漂浮在“软流层”之上,处于不断运动之中。一般说来,板块内部的地壳比较稳定,板块与板块之间的交界处,是地壳比较活动的地带,地壳不稳定。地球表面的基本面貌,是由板块相对移动而发生的彼此碰撞和张裂而形成的。
不过,海底扩张学说真的是正确的吗?中科院地质学家梁光河根据自己研究,提出了反驳海底扩张学说的几条理由。
海底扩张学说存在漏洞
海底扩张假说没有得到地球物理的数据的认可。根据海底扩张假说——洋中脊区的磁异常呈条带状,正负相间,平行于中脊的延伸方向,并以中脊为轴呈两侧对称,但真的是如此吗?地质界公认的事实是红海和非洲裂谷是新生代正在形成的海洋,那么它们的洋中脊也应该呈现这种磁异常条带特征,事实却并非如此,它们的磁异常并没有显示出明显的以洋中脊为中心平行分布的特征。在印度洋和南大西洋及东南太平洋的广阔区域,也没有这种特征。多数情况下即便存在磁异常条带,也是洋中脊切割磁异常条带,而不是正好平行分布。
此外,海底扩张学说认为海底扩张的动力来源于地幔对流,但遗憾的是,地幔对流一直只是一种假说,尚无有力证据证明地幔对流的存在。那么什么是地幔对流呢?软流层中的地幔物质由于靠近地球内部,会吸收热量而导致体积膨胀、密度减小而上升。上升的地幔物质遇到地壳底部向四周分流,推动板块运动。随着温度下降,地幔物质密度增大,又沉降到地幔中,这一过程称为地幔对流。但这一循环是否真实存在还是不得而知。梁光河做了一个类比实验证明地幔对流不可能发生:干木头的密度是0.6(单位kg/m3,下同),水的密度是1。梁光河证明了干木头只能浮在水的表面,是不可能在水中对流的。干木头与水的密度差0.4,而根据密度资料证明,地壳的密度是2.9,软流层的密度是3.3,洋壳和软流层密度差也是0.4,所以地幔对流也不可能发生。
板块俯冲假说违背常识。两个板块相遇时,一个板块会下插到另一相对被动的板块之下。海底扩张会产生洋壳,因为洋壳由硅镁质物质构成,密度较大,相对于陆壳而言更易下沉,所以其更容易插到陆壳的下部。大洋中海底普遍存在厚度高达数百米的现代海洋沉积,按照海洋沉积物平均厚度100米计算,板块下插的地方刮蹭到的沉积物堆积起来至少应该有数百公里厚,但是现在在这些下插的地方都看不到非常厚的沉积物,这违背了常识。
目前,地质学仍然在向前发展。关于地质到底是怎么变迁的,仍然众说纷纭,每一种说法都有其道理,也有不足之处。不过,科学家们正在突破层层阻碍,人类正在接近真正的真相。