[科普中国]-板块构造学说

板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上提出的。根据这一新学说，地球表面覆盖着不变形且坚固的板块（岩石圈），这些板块确实在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。

由于地球表面积是有限的，地球板块分类为三种状态：其一为彼此接近的汇聚型板块边界；其二为彼此远离的分离型板块边界；其三为彼此交错的转换型板块边界。板块本身是不会变形的，地球表面活动便都在这三种状态下集中发生。

演化历史

1910年，德国气象学家魏格纳（Alfred Lothar Wegener,1880-1930）偶然发现大西洋两岸的轮廓极为相似。

1912年德国气象学家兼地质学家魏格纳( A. Wegner )最先提出大陆漂移说。他认为在前寒武纪时，地球上存在一块统一的大陆：泛大陆。以后经过分合过程，到中生代早期，联合古陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆（Laurasia），南为冈瓦那古陆（Gondwanaland）。到了三迭纪末，这2个古陆进一步分离及漂移，相距越来越远了，其间由最初一个狭窄海峡，逐渐发展成印度洋、大西洋等巨大的海洋。到了新生代，因为印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生了碰撞，青藏高原隆起，造成了宏大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失了；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到现规模；欧洲南部被挤压成了阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程里，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉-安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到新生代的位置。于是海陆的基本轮廓发展成新生代的规模。

由于受当时科技水平和认识水平的限制，大陆漂移说也未能正确说明大陆漂移的动力机制，未能提供大陆拼合的最佳方案。大陆漂移学说在当时学术界引起很大争议，大陆漂移理论提出后不久，便被视为是一种荒唐的臆想。随着魏格纳本人在科学探险中献身于格陵兰雪原，大陆漂移说一度陷于沉寂。

1915年魏格纳在《大陆与大洋的起源》一书中提出了大陆漂移的概念，然而他所提出的证据未能使地学界相信大陆漂移的真实性。60年代初H.Hess提出了海底扩张的概念，并得到古地磁学、地球年代学以及海洋地质学和地球物理等方面一系列新证据的支持。三种不同的现象：熔岩序列中磁极性转向的年代；深海岩心中剩余磁化转向的深度，以及平行于海洋中脊的线状磁异常的宽度，都以同样的比率变化着，都是由于扩张海底的地壳从洋中脊迁移而造成的。地学界普遍接受了活动论的观点，并逐渐形成了板块运动学说。

由于与被称为“环太平洋带”的太平洋板块周围的状态相关，这个地区内的大地震、深源地震和火山活动等都十分活跃。由于印度洋板块与亚欧板块间的碰撞，形成了喜马拉雅山脉和西藏高原。在大陆板块彼此碰撞的汇聚型板块边界下，形成了大陆与大陆间的冲突带，也造成了大褶皱山脉。

20世纪60年代，海底扩张和板块构造的提出给早期的大陆漂移说注入了新的生命力。2015年及以前获得的大量证据表明，魏格纳大陆漂移的基本设想是正确的。

六十年代初，美国地震地质学家迪茨（R.Dietz,1961）提出了"海底扩张" 的概念。接着，郝斯（Hess,1962）加以深入阐述。

迪茨提出：由于地幔中放射性元素衰变生成的热使地幔物质以每年数厘米的速度进行大规模的热循环，形成对流圈，它作用于岩石圈，成为推动地壳运动的主要力量。洋壳的形成与地幔对流有关。洋底就是对流圈的顶，它在洋底的离散带形成，并缓慢地向敛合带扩张。总的看来，洋底构造是地幔对流的直接反映，洋脊是地幔物质上涌的部位，海沟是地幔物质的下降部位。

郝斯认为大洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，太平洋周围分布岛屿与海沟、大陆边缘山脉以及火山、地震就是这样形成。

由于板块构造学说的进展，迄今被视为不解之谜的地球活动大多得到了解释。70年代以来，以证实板块构造学说为目的的世界规模的地球观测蓬勃开展。通过这些观测，海底的年代分布被详尽确定，弄清了以往地质时期板块运动的过程，更由于空间观测技术的发展，就连每年一厘米的板块运动，也能够连续数年进行观测。

上世纪五十年代，海洋探测的发展证实海底岩层薄而年轻（最多二、三亿年，而陆地有数十亿年的岩石）；另1956年开始的海底磁化强度测量发现大洋中脊两侧的地磁异常是对称的。据此，美国学者赫斯（H.H.Hess）提出海底扩张学说，认为地幔软流层物质的对流上升使海岭地区形成新岩石，并推动整个海底向两侧扩张，最后在海沟地区俯冲沉入大陆地壳下方。

正是海底扩张学说的动力支持，加上新的证据（古地磁研究等）支持大陆确实很可能发生过漂移，从而使复活的大陆漂移学说（板块构造学说也称新大陆漂移学说）开始形成。

由于“极移动曲线”和海底扩大等提供的证据，大陆漂移的确是正在发生的事实。1965年，科学家运用计算机使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起。再者，海底地形、地震位置、火山活动等活跃部位都连接成为带状，于是"板块构造学说"这一革命性的见解应运而生。1

基本内容1968年，剑桥大学的麦肯齐（D.P.Mckenzin）和派克（R.L.Parker），普林斯顿大学的摩根（W.J.Morgan）和拉蒙特观测所的勒皮雄（X.Lepichon）等人联合提出的一种新的大陆漂移说--板块构造学说，它是海底扩张学说的具体引伸。

板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的理论基础上，又根据大量的海洋地质、地球物理、海底地貌等资料，经过综合分析而提出的学说。因此有人把大陆漂移说、海底扩张说和板块构造说称为全球大地构造理论发展的三部曲。 板块构造学说是近代最盛行的全球构造理论。这个学说认为地球的岩石圈不是整体一块，而是被地壳的生长边界海岭和转换断层，以及地壳的消亡边界海沟和造山带、地缝合线等一些构造带，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（又译“欧亚板块”）2、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。在板块张裂的地区，常形成裂谷和海洋，如东非大裂谷、大西洋就是这样形成的。在板块相撞挤压的地区，常形成山脉。当大洋板块和大陆板块相撞时，大洋板块因密度大、位置较低，便俯冲到大陆板块之下，这里往往形成海沟，成为海洋最深的地方；大陆板块受挤上拱，隆起成岛弧和海岸山脉。太平洋西部的深海沟和岛弧链，就是太平洋板块与亚欧板块相撞形成的。在两个大陆板块相碰撞处，常形成巨大的山脉。 喜马拉雅山就是印度板块在向亚欧板块碰撞过程中产生的。 板块构造理论已被用来解释火山、地震的形成和分布，以及矿产的生成和分布等。但是，是什么力量驱动着板块作大幅度、持续运动的驱动力问题，意见还不一致。

该学说成功解释了许多地理现象，如大西洋两岸的轮廓问题；非洲与南美洲发现相同的古生物化石及现代生物的亲缘问题；南极洲、非洲、澳大利亚发现相同的冰碛物；南极洲发现温暖条件下形成的煤层等等。但它有一个致命弱点：动力。根据魏格纳的说法，当时的物理学家立刻开始计算，利用大陆的体积、密度计算陆地的质量。再根据硅铝质岩石（花岗岩层）与硅镁质岩石（玄武岩层）摩擦力的状况，算出要让大陆运动，需要多么大的力量。物理学家发现，日月引力和潮汐力实在是太小了，根本无法推动广袤的大陆。因此，大陆漂移学说在兴盛了十几年后就逐渐销声匿迹了。

板块构造板块构造，又叫全球大地构造。所谓板块指的是岩石圈板块，包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部，

也就是说地壳和软流圈以上的地幔顶部。新全球构造理论认为，不论大陆壳或大洋壳都曾发生并还在继续发生大规模水平运动。但这种水平运动并不象大陆漂移说所设想的，发生在硅铝层和硅镁层之间，而是岩石圈板块整个地幔软流层上像传送带那样移动着，大陆只是传送带上的“乘客”。

地球是唯一一个适合板块构造学说的行星

太阳系外发现的巨大类地行星被命名为“超级地球”。“超级地球”引发科学家们研究他们在哪些方面可能像地球的浓厚兴趣。2014年，哈佛大学科学家们指出，这些类地行星也适用于地球板块构造学说。板块构造学说是指构成地球固态外壳的巨大板块的运动学说。板块运动常导致地震、火山和其它大地质事件。从本质上来讲，板块决定了地球的地质历史。地球是人们所知道的唯一一个适合板块构造学说的行星。地球板块运动被认为是生命进化的必要条件。

“超级地球”也适合适合板块构造学说的行星

然而，哈佛行星科学家黛安娜·巴伦西亚和她的同事在《天体物理学》杂志上发表的一篇论文预测，“超级地球”（其质量是地球的一倍至十倍大）同样也会通过板块构造来提供维持生命的必要条件之一。该论文的作者巴伦西亚称，“这些超级地球中的一些可能在他们的太阳系中也处于‘可居住区域’，这就是说他们离他们的母恒星的距离恰好合适，有液态水存在，因此会有生命。尽管最终只有这些行星的热和化学进化能够决定是否他们适合居住，但是这些热和化学特性却极其依赖于板块构造学说。”通过全面模拟这些具有大片陆地的超级地球的内部结构，巴伦西亚和他的研究小组发现“超级地球”的质量与其板块与板块应力值之间的存在的联系。这些应力值，部分是很慢的，慢慢地改变着地球的地幔。应力值是板块变形和潜没（一个板块沉入另一个板块的下面）的背后驱动力。因为这些“超级地球”质量比地球大，所以这股驱动力也要比地球大得多。

研究成果研究小组发现随着行星质量的增大，切变力就会增加，板块厚度减小。这两种因素削弱了板块，使板块减少，这是板块构造学说中的关键部分。因此科学家们称，“超级地球”很容易满足板块变形和潜没所需要的条件。他们的研究结果显示，板块构造学说特别适用于更大质量的超级地球。巴伦西亚说，“人们的研究证明，‘超级地球’存在板块构造运动，即使这些行星上没有水存在。”未来，人们可以使用美国宇航局的陆地行星探测者或欧洲航天局的达尔文项目来验证这些结论。欧洲航天局达尔文项目将由三个天文望远镜组成，旨在于搜寻类地行星。

构造划分六大板块勒皮雄在1968年将全球地壳划分为六大板块；太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块（包括澳洲）和南极洲板块。其中除太平洋板块几乎全为海洋外，其余五个板块既包括大陆又包括海洋。此外，在板块中还可以分出若干次一级的小板块，如把美洲大板块分为南、北美洲两个板块，菲律宾、阿拉伯半岛、土耳其等也可作为独立的小板块。板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。这里提到的海岭，一般指大洋底的山岭。

海底地形在大西洋和印度洋中间有地震活动性海岭，另名为中脊，由两条平行脊峰和中间峡谷构成。太平洋也有地震性的海岭，但不在大洋中间，而偏在东边，它不甚崎岖，没有被中间峡谷分开的两排脊峰，一般叫它为太平洋中隆。海岭实际上是海底分裂产生新地壳的地带。转换断层，是大洋中脊被许多横断层切成小段，它不是一种简单的平移断层，而是一面向两侧分裂，一面发生水平错动，是属于另一种性质的断层，威尔逊称之为转换断层。两大板块相撞，接触地带挤压变形，构成褶皱山脉，使原来分离的两块大陆缝合起来，叫地缝合线。一般说来，在板块内部，地壳相对比较稳定，而板块与板块交界处，则是地壳比较活动的地带，这里火山、地震活动以及断裂、挤压褶皱、岩浆上升、地壳俯冲等频繁发生。

运动原因什么力量驱使板块进行运动，按照赫斯的海底扩张说来解释，认为大洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳，以后涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移，自中脊向两旁每年以0.5～5厘米的速度扩展，不断为大洋壳增添新的条带。因此，洋底岩石的年龄是离中脊愈远而愈古老。当移动的大洋壳遇到大陆壳时，就俯冲钻入地幔之中，在俯冲地带，由于拖曳作用形成深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生一次断裂，产生一次地震，最后大洋壳被挤到700公里以下，为处于高温溶融状态的地幔物质所吸收同化。向上仰冲的大陆壳边缘，被挤压隆起成岛弧或山脉，它们一般与海沟伴生。太平洋周围分布的岛屿、海沟、大陆边缘山脉和火山、地震就是这样形成的。所以，海洋地壳是由大洋中脊处诞生，到海沟岛弧带消失，这样不断更新，大约2～3亿年就全部更新一次。因此，海底岩石都很年轻，一般不超过二亿年，平均厚约5～6公里，主要由玄武岩一类物质组成。而大陆壳已发现有37亿年以前的岩石，平均厚约35公里，最厚可达70公里以上。除沉积岩外，主要由花岗岩类物质组成。地幔物质的对流上升也在大陆深处进行着，在上升流涌出的地方，大陆壳将发生破裂。如长达6，000多公里的东非大裂谷，就是地幔物质对流促使非洲大陆开始张裂的表现。

根据板块学说，大洋也有生有灭，它可以从无到有，从小到大；也可以从大到小，从小到无。大洋的发展可分为胚胎期（如东非大裂谷）、幼年期（如红海和亚丁湾）、成年期（如大西洋）、衰退期（如太平洋）与终了期（如地中海）。

运动区别板块构造学说将地球表面划分为若干刚性的岩石圈板块，板块之间为俯冲、碰撞带，中洋脊，以及转换断层等活动带。板块构造学说认为地球表面的运动主要由板块之间的断层活动来完成，而板块边界之间的宽阔的块体变形很小，在全球尺度上可以忽略不计，也就是可以认为板块是刚性的。 板块运动认为刚性的岩石圈（包括大陆与大洋的地壳）的薄板在上地幔中粘性较小的软流圈上移动。它是从大陆漂移说发展起来，而却不同于大陆漂移说。

它们的差别主要为：

(1)魏格纳等把大陆只包含大陆硅铝层；而板块学说中岩石圈板块包含地壳与软流圈之上的岩石圈（岩石圈地幔）。

(2)魏格纳等把大陆看成是主动的单元，而板块学说中大陆是被动的。大陆漂移说认为大陆是穿过壳下硅镁

层而漂移的；而板块学说引入了象在传送带上被携带的被动大陆的概念。由于它们在组成上密度较低，通常较有浮力并能逃脱被消减的命运，成为输送带上稳定的被动浮性块。

(3)魏格纳等把大陆硅铝层看成是与地幔硅镁层互相独立的、完全不同的东西；而板块学说认为陆地是地幔分异产生而上浮的化学产物，陆地与其下伏的部分地幔是联系在一起的。板块构造为地幔对流说提供了发展的空间。岩石圈包括地壳与软流圈之上的岩石圈（岩石圈地幔）。从热力学观点来看，它相当于岩石固相线之上的部分。从力学观点看，它是能承受长期应力的地球表壳。板块学说逐渐在地学界取得了普遍的承认，它看似简单，其实有深刻的道理。板块构造，也可以说是缝块构造，在地球表面各种尺度的构造中都有表现，甚至在变形最剧烈的台湾碰撞带上，陡立的褶皱也是由一系列相对完整的灰岩块体和它们之间的断裂所组成。

从构造物理观点来看，由于岩石流变性质的非线性，地壳变形主要集中在一些狭长的带上，而这些活动带之间的广阔区域则只承担很小的变形。这些广阔区域就是块体，而狭长的活动带则是块体间的边界。流变学本构关系的非线性主要表现为应变速率与应力关系中应力项的指数n上，n越大则非线性越强烈，活动带越窄。正是这种流变学基础决定的板块构造的几何学在各种不同尺度的构造中都有所表现。

板块移动随着软流层的运动，各个板块也会发生相应的水平运动。据地质学家估计，大板块每年可以移动1-6厘米距离。

这个速度虽然很小，但经过亿万年后，地球的海陆面貌就会发生巨大的变化：当两个板块逐渐分离时，在分离处即可出现新的凹地和海洋；大西洋和东非大裂谷 就是在两块大板块发生分离时形成的。当两个大板块相互靠拢并发生碰撞时，就会在碰撞合拢的地方挤压出高大险峻的山脉。位于我国西南边疆的喜马拉雅山，就是三千多万年前由南面的印度板块和北面的亚欧板块发生碰撞挤压而形成的。有时还会出现另一种情况：当两个坚硬的板块发生碰撞时，接触部分的岩层还没来得及发生弯曲变形，其中有一个板块已经深深地插入另一个板块的底部。由于碰撞的力量很大，插入部位很深，以至把原来板块上的老岩层一直带到高温地幔中，最后被熔化了。而在板块向地壳深处插入的部位，即形成了很深的海沟。西太平洋海底的一些大海沟就是这样形成的。

根据板块学说，大洋也有生有灭，它可以从无到有，从小到大；也可以从大到小，从小到无。Development of the oceans can be divided into the embryonic period (such as the Great Rift Valley), childhood (such as the Red Sea and Gulf of Aden), adulthood (Atlantic), a period of recession (Pacific) and ending on (such as the Mediterranean)。大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的。在前寒武纪时，地球上存在一块泛大陆。以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆，南为冈瓦那古陆。到三迭纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代，由于印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，造成宏大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉—安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到的位置。于是海陆的基本轮廓发展成的规模。

板块边界地震几乎全部分布在板块的边界上，火山也特别多在边界附近，其它如张裂、岩浆上升、热流增高、大规模的水平错动等，也多发生在边界线上，地壳俯冲更是碰撞边界划分的重要标志之一；可见板块边界是地壳的极不稳定地带。

面临问题板块的驱动机制

尽管已经提出了各种可能的设想，如地幔对流，板块自大洋中脊向外推动，海沟的牵引作用，地幔的拖曳力作用以及重力影响下从中脊向两侧的下滑作用等，但至今还没有人能确切地核实是什么力量在驱使板块运动。因而，驱动机制问题能否完善的得以解决，可能是板块构造学说最终成败的关键。3

垂直运动

板块构造学说认为，岩石圈板块的水平运动是地球的主要构造运动，并且只有在板块收敛处，它们才有可能转变为斜向的和垂直运动。因此，岩石圈内的垂直运动和斜向构造运动都未能为该学说视作独立的主要运动，而只当做是水平运动的分量。果真如此的话，该学说就全然不能解释代表下伏地幔中物理化学作用的直接垂直反映的那些地壳运动——例如，整个大陆或其某一部分的造陆性质的隆起和拗陷。有人认为，岩石圈的垂直运动，倘若不是更重要的话，至少也会是与水平运动同等重要的。所以，为了弄清楚板块的基本水平运动是如何在何处可能与垂直运动有关，就要求板块构造学说作出进一步的阐明。

板块学说存在的错误与问题问题与错误1：

原来的地壳哪里去了？

依据板块学说绘制的板块生长与消亡图，大西洋和印度洋均向东西两侧扩张。在大西洋的南部，大西洋由中脊向东扩张3000多公里，因为大西洋宽度6000公里以上。印度洋向西扩张3000多公里。二者合计6000多公里，这原有的6000多公里宽地壳哪里去了？

印度洋和太平洋向南扩张，使南极洲板块移动到现在的南极位置，那么原来的南极洲地壳那里去了？

问题与错误2：

海脊扩张方向和板块相撞方向矛盾，怎么解释？

印度洋海脊为“入”字型，北部海脊为南北向，而且还有两条次级南北向海脊并行分布，大洋由海脊向两侧扩张，即印度洋北部向东西向扩张。

那么，印度洋板块怎么会向北与欧亚板块相撞？怎么会形成青藏高原隆起？

问题与错误3：

海底地形与海底扩张不吻合，怎么解释？

板块学说的观点是：大洋地壳是由大洋中脊向两侧扩张而形成的。已经形成的大洋海脊地形不会消失，随着大洋海脊向两侧扩张而张开向两侧移动。以此理论，大洋洋底地形应全为海脊。

通过海底地图，清楚标明大洋中脊位于大洋中心，中脊两侧是大洋盆地。大洋盆地怎么形成的？大洋地形否定了板块学说。

问题与错误4：

两条大洋中脊相交处是怎么扩张的？

大西洋中脊与印度洋中脊呈 “⊥”型连接，两条大洋中脊向外扩张的方向是“对抗”的，怎么扩张？

在印度洋的大洋中脊呈“入”字型连接，两条大洋中脊向外扩张的方向也是“对抗”的。

怎么向外扩张？

问题与错误5：

在大西洋海底存在两条海沟，怎么解释？

大西洋波多黎各海沟：最深9219米，位于大西洋北部，波多黎各岛北9218公里，长约1550公里，平均宽度120公里。
大西洋新赫布里底海沟：最深9174米，位于万那杜岛(新赫布里底岛)与新喀里多尼亚岛之间的珊瑚海边缘。长约1200公里，平均宽度70公里。

板块学说的观点是大洋板块由大洋中脊诞生，然后向两侧扩张增生，在海沟处俯冲到大陆板块下消亡。

以大西洋中脊为界，将大西洋西部与北美洲、南美洲一同划分为美洲板块，那么对于大西洋的两条海沟如何解释？

问题与错误6：

在两条大洋中脊交汇处，怎么对流？

板块学说的版块移动机制是热对流，在一条大洋中脊可以画出对流机制图，那么在两条大洋中脊交汇处如何对流？

板块学说解释热对流的热能来源于放射性元素的蜕变热，问题是，这么多的放射性元素是哪里来的？现在发现的放射性元素矿床是含放射性元素高的岩石，该岩石是固体。另外，如果是放射性元素蜕变产生的热量形成岩浆产生对流，蜕变所产生的元素就应该在岩浆里，从大洋中脊喷出的岩浆就应该含有这些蜕变元素。没有见到相关报道。45

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院