經(jīng)典地質(zhì)動(dòng)圖,，徹底搞明白板塊構(gòu)造！

十五1515 2020-05-29

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在過(guò)去幾十億年的地質(zhì)歷史中,，

地球板塊運(yùn)動(dòng)始終是其

極其重要的一部分,。

山脈高原、海溝火山......

地球上最神奇構(gòu)造的形成

幾乎都與之相關(guān),！

那么,，板塊構(gòu)造究竟是什么,？

又是如何運(yùn)動(dòng)的呢？

第

則

-構(gòu)造板塊-

基于機(jī)械性能和傳熱方法的差異,，

地球的外層可分為巖石圈

（ lithosphere）和

軟流圈（asthenosphere）,。

巖石圈較冷且較堅(jiān)硬，

軟流圈較熱且較易流動(dòng),。

在傳熱方面,，

巖石圈通過(guò)傳導(dǎo)來(lái)傳熱，

而軟流圈通過(guò)對(duì)流來(lái)傳熱,。

這種劃分方法與這些層

被分為地幔（mantle）

(包括軟流圈和巖石圈的地幔部分)

和地殼（crust）等

的化學(xué)劃分法不同：

一塊給定的地?？赡苁?/section>

巖石圈的一部分，

也可能是軟流圈的一部分,，

這取決于它的溫度和壓力,。

板塊構(gòu)造的基本原理是

巖石圈作為獨(dú)立的、

明顯的構(gòu)造板塊存在,，

它位于流體狀

(粘彈性固體)軟流圈之上,。

世界板塊分布英文版（圖源@USGS）

板塊運(yùn)動(dòng)范圍可達(dá)

每年10-40毫米

(大西洋中脊；

約和指甲增長(zhǎng)速度相近),，

甚至每年160毫米

（納斯卡板塊,；

約與頭發(fā)生長(zhǎng)速度相同）。

板塊運(yùn)動(dòng)

兩個(gè)板塊相交的地方

被稱為板塊邊界,。

板塊邊界通常與地質(zhì)事件

（如地震）和地形特征

（如山脈,、火山、洋中脊和海溝）

的形成有關(guān),。

世界上大多數(shù)活火山

都發(fā)生在板塊邊界上,，

其中太平洋板塊的火山環(huán)是

目前已知的最活躍的。

大多數(shù)的構(gòu)造板塊

同時(shí)包括陸殼和洋殼,。

大洋地殼形成于海底擴(kuò)張中心,，

大陸地殼形成于弧火山作用和

構(gòu)造過(guò)程中的地體增生。

例如,，非洲板塊包括

非洲大陸以及大西洋和

印度洋部分海底,。

第

則

-板塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力-

人們普遍認(rèn)為，

由于巖石圈和軟流圈的特征,，

構(gòu)造板塊是移動(dòng)的,。

盡管仍有爭(zhēng)論，

但一個(gè)多數(shù)人接受的觀點(diǎn)是：

由于在俯沖帶中下沉的

洋殼密度過(guò)大,，

形成了板塊運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)大動(dòng)力源,。

雖然俯沖被認(rèn)為是

驅(qū)動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)的最強(qiáng)力量，

但它并不是唯一的力量,。

目前科學(xué)家們所倡導(dǎo)的

驅(qū)動(dòng)力可分為以下3大類,。

與地幔動(dòng)力學(xué)有關(guān)的驅(qū)動(dòng)力

在過(guò)去的四分之一

世紀(jì)的時(shí)間里,，構(gòu)造板塊運(yùn)動(dòng)

背后驅(qū)動(dòng)力的主導(dǎo)理論設(shè)想了

上地幔大規(guī)模對(duì)流，

而這種對(duì)流可以

通過(guò)軟流圈傳導(dǎo),。

地幔對(duì)流（mantle convection）

這一理論由

亞瑟·霍姆斯和一些先驅(qū)者在

20世紀(jì)30年代提出,。

但由于在60年代早期的

重大突破之前，

多數(shù)人仍然認(rèn)為

地球是靜止的,，板塊不會(huì)運(yùn)動(dòng),，

因此它在科學(xué)界

曾一直存在爭(zhēng)論。

直到地球內(nèi)部的二維和

三維成像(地震層析成像)

顯示了整個(gè)地幔不同的

橫向密度分布,。

這種密度變化可以是

物質(zhì)(來(lái)自巖石化學(xué)),、

礦物(來(lái)自礦物結(jié)構(gòu)的變化)或

熱能(來(lái)自熱能的熱膨脹和收縮)。

這種變化的橫向密度

正體現(xiàn)了地幔對(duì)流

（mantle convection）的浮力,。

地球的溫度與深度（虛線:層狀地幔對(duì)流,；固體曲線:全地幔對(duì)流。）（圖源@Brews ohare）

地幔對(duì)流如何直接或

間接地與板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān),，

這是地球動(dòng)力學(xué)中現(xiàn)在

仍在研究和討論的問(wèn)題,。

這種能量必須以某種方式

轉(zhuǎn)移到巖石圈，

以使構(gòu)造板塊移動(dòng),。

科學(xué)家認(rèn)為,，

影響板塊運(yùn)動(dòng)的力

主要有兩種：摩擦力和重力。

基礎(chǔ)阻力(摩擦力friction)：

軟流圈的對(duì)流與剛性

上覆巖石圈之間的

摩擦所引起的板塊運(yùn)動(dòng),。

板塊吸力(重力gravity)：

在俯沖帶內(nèi),，由對(duì)板塊

產(chǎn)生向下拉力的局部

對(duì)流驅(qū)動(dòng)的板塊運(yùn)動(dòng)。

與重力有關(guān)的驅(qū)動(dòng)力

與重力（gravity）有關(guān)的力

在諸如上述各種

地幔動(dòng)力學(xué)形式的

更一般的驅(qū)動(dòng)機(jī)制的框架內(nèi)

常被援引為次要現(xiàn)象,。

但在在現(xiàn)代觀點(diǎn)中,，

重力被認(rèn)為是主要驅(qū)動(dòng)力，

表現(xiàn)在板塊沿

俯沖帶的牽引作用中,。

目前科學(xué)家認(rèn)為,，

軟流圈的強(qiáng)度不夠堅(jiān)硬，

無(wú)法直接通過(guò)巖石圈

底部的摩擦引起運(yùn)動(dòng),。

因此,，板塊拉力（Slab pull）

被廣泛認(rèn)為是作用在

板塊上的最大的力。

根據(jù)許多研究者的觀點(diǎn),，

洋殼是由熱地幔物質(zhì)在

擴(kuò)張脊處形成的，

它隨著年齡的增長(zhǎng)

逐漸變冷變厚,。

冷洋殼比熱地幔物質(zhì)

密度大很多,，

因此隨著厚度的增加，

它逐漸沉降到地幔中,，

形成一個(gè)側(cè)斜面,，

并逐漸增加與洋脊軸部的距離,。

與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)的驅(qū)動(dòng)力

Alfred Wegener，

作為一名氣象學(xué)家,，

提出潮汐力和離心力

是大陸漂移背后的

主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制,。

Alfred Wegener

但在當(dāng)時(shí)，這些力量

被認(rèn)為太小而無(wú)法

引起大陸運(yùn)動(dòng),，

因?yàn)樵摳拍钍侵?/section>

大陸正在穿越洋殼,。

而到了20世紀(jì)60年代早期

Heezen、Hess,、Dietz,、

Morley、Vine和Matthews的

海底擴(kuò)張理論被

廣泛接受之后,，

洋殼（ oceanic crust）

被認(rèn)為與陸殼一起運(yùn)動(dòng),，

這導(dǎo)致了與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的

理論被重新考慮。

這些與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的

驅(qū)動(dòng)力對(duì)板塊運(yùn)動(dòng)的影響

主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面,。

第

則

-板塊邊界-

板塊邊界是指

不同板塊之間的結(jié)合部位,，

表現(xiàn)為持續(xù)活動(dòng)的

火山帶和地震帶，

是全球地質(zhì)作用最為活躍的地區(qū),。

板塊邊界劃分的主要依據(jù)是

板塊邊緣的構(gòu)造,、活動(dòng)性和

板塊內(nèi)部的整體性，

可主要分為以下3類,。

離散型邊界常見(jiàn)于

洋中脊或洋隆,，

以淺源地震、火山活動(dòng),、

高熱流和引張作用為特征,。

離散型邊界（冰島）

如果板塊張裂

位于大洋中，則形成海嶺,。

由于海底洋殼比陸地陸殼要薄,，

因此巖漿涌出冷卻形成海嶺。

如大西洋的中部因

美洲板塊,、亞歐板塊和

非洲板塊就形成了一個(gè)大洋中脊,。

若板塊張裂位于

大陸上，則形成裂谷,。

由于陸殼比洋殼要厚

所以很少有火山巖漿涌出,。

如東非大裂谷，由非洲南部的

贊比西河口一直延伸到

紅海,、地中海,。

東非大裂谷（圖源@Pete Chonka）

匯聚型邊界兩側(cè)的板塊

相向運(yùn)動(dòng)，又稱消亡邊界，

是一個(gè)地質(zhì)作用復(fù)雜的地區(qū),。

它以巖漿作用和

構(gòu)造變形變質(zhì)作用為特征,，

可分為兩個(gè)亞類：

俯沖型邊界和碰撞型邊界。

匯聚型邊界（喜馬拉雅山脈）

俯沖型邊界有一側(cè)的

板塊向下俯沖至軟流圈,，

并受熱熔融成為

地幔的一部分,。

由于陸殼物質(zhì)的密度較小，

洋殼的密度較大,，發(fā)生俯沖的

板塊通常是大洋板塊,，

俯沖作用通常會(huì)形成海溝、

島弧,、弧后盆地的地貌組合,。

俯沖帶

碰撞型邊界的兩側(cè)

通常均為大陸板塊，

二者不會(huì)發(fā)生俯沖并進(jìn)入地幔,，

而是發(fā)生地殼的變形縮短,，

并“碰撞”在一起，在板塊的

結(jié)合處形成一系列的山脈,。

歐亞板塊南緣的

阿爾卑斯-喜馬拉雅帶是

典型的板塊碰撞帶實(shí)例,。

喜馬拉雅山脈形成模擬

守恒型邊界也稱剪切型邊界。

位于相鄰板塊相互錯(cuò)動(dòng)的地方,，

沿轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育,，

在邊界處既沒(méi)有物質(zhì)的增生，

也沒(méi)有物質(zhì)的消減,。

守恒型邊界（圣安德烈亞斯斷層）

值得注意的是,，

斷裂帶兩邊出現(xiàn)的

地質(zhì)體年齡略有差別，

且附近地殼減薄,。

轉(zhuǎn)換斷層可以以不同的形式

將離散型板塊和

離散型板塊邊界連接起來(lái),。

但不管以何種方式

連接其它板塊邊界，

守恒型邊界都與板塊

相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向平行,。

圣安德烈亞斯斷層是

典型的守恒型邊界實(shí)例,。

圣安德烈亞斯斷層（圖源@John Wiley）

參考資料

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USGS、NASA,、BBC,、UNsplash、flichr,、YouTube,、Cary Graham、百度百科,、維基百科

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