怎麼理解「海洋擴張」學說?

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在語段英文原文中看到的:The
Central Atlantic Ocean opens;以及對應的「封閉」,怎麼理解這個過程?Earth』s
continents are moving south as ancient oceans close


不請自答。

如果你不知道Hess和Dietz,如果你不知道海底擴張,那麼我想應該知道魏格納,應該知道那個教科書上躺在病床上的老頭兒看著世界地圖提出來大陸漂移學說的那個人吧。(至少教科書上是這麼說的0.0)

話說二戰以後,海洋地質調查取得許多重大成果,使得人們從全新的角度來審視地殼運動規律和海陸變遷的歷史過程。1960-1962年,美國的Hess和Dietz基於大洋中脊的發現;原理洋中脊的洋底沉積物年齡越來越老;以及島弧、海溝地區的許多事實,在地幔對流說的啟發下提出了「海底擴張說」。這句話信息量很大哈~~~
若干年後,海底擴張說成了新的大陸漂移說,也成了板塊構造的重要理論支柱。這一過程很艱辛,海底擴張說能得到世界範圍內的認可也是經歷了很多年的考證。

那麼,說了這麼多,到底海底擴張說說的是啥?答:

海底擴張說認為:洋中脊是海底擴張的發源地。熱的地幔物質上涌,冷卻後形成新的洋底向兩側推移。老洋殼連同其上的沉積物被不斷推向大洋邊緣,擴張速度約幾cm/a。
如果洋殼上方馱有大陸地塊,它們將象傳送帶上的貨物一樣被逐漸運載而去。在大陸邊緣的島弧、海溝區,老洋殼向下俯衝、消減,連同攜帶的洋底沉積物統統被帶入地幔。

下圖簡要描述了海底地形的形成,主要包括大洋中脊、大洋盆地和海溝。

辣么,憑什麼海底擴展說得到了世界範圍內的廣泛認可,原因如下:
1.大洋殼與大陸殼的差異:

根據物質組成,地殼自上而下可分硅鋁層(花崗岩層)和硅鎂層(玄武岩層)。其密度分別為2.7g/cm3與3.1g/cm3。大陸地殼主要是由此兩層組成,平均厚度約為33km,最厚地區可達60-70km;大洋殼缺少硅鋁層,平均厚度只有6km,最薄的地方只有1.5km。通常地形越高,地殼厚度越大。由於兩種地殼的存在,地球表面有兩個平均海拔高度的峰值,分別是約500m的陸地和-3800m的海盆,使地球上的板塊活動可以形成。如下圖所示。

2.

大洋中脊軸部的地震和火山活動頻繁,故又稱活動海嶺。地震分布在中央裂谷內,也分布在橫穿中脊的斷裂帶上。震級一般不大,且為淺源地震,主要由於這裡地幔物質上涌造成的強大拉張作用引起。
下圖3是全球洋中脊的合成照片。值得慶幸的時,大洋中脊並非都在海底,其實,冰島是洋中脊唯一出露海面形成的島嶼,經常有玄武岩漿噴發,圖4是1973年的噴發情景,圖5是冰島裂谷的照片,去冰島旅遊的可以去看看,你看到的可是世界上唯一的陸上洋中脊呢。

3.磁異常條帶的發現,我個人覺得這也是最為牛逼和站得住腳的證據了。

1962年,劍橋大學研究生瓦因和馬修斯參加了深海考察,在太平洋洋中脊兩側發現了與海底地形無關的正、負相間的磁異常條帶。他們藉助地球磁場不斷倒轉的事實,將磁異常條帶和海底擴張結合起來,認為這些正、負條帶正是海底擴展過程中不斷受到地磁極倒轉影響的結果。洋中脊兩側通常顯示出清晰的磁異常條帶,它們正、負相間,兩側呈平行對稱排列。據古地磁學研究,地磁的南、北極曾不斷發生過180°的周期性倒轉。在極性反向的年代裡指南針將變成指北針。人們據此制定了地質時期的正反極向年代表。洋中脊不斷上涌的岩漿在冷卻時受到當時地磁場的磁化,顯示當時的磁極方向,而且距洋中脊越遠,地質年代越老。這些對稱排列的磁異常條帶如實記錄了磁極倒轉過程,同時演繹了洋中脊不斷向兩側擴張的歷史。
圖6和圖7是磁異常條帶形成的示意圖和實測圖。

4.洋殼的年齡。

利用深海鑽探技術,從洋底鑽取了大量的岩心樣品,發現它們的年齡都不超過200Ma,相比之下大陸上測出最老的礦物可達4400Ma。這說明洋底十分年輕,更老的洋殼已被深海溝吞沒了。特別驚人的事實是沉積物的年齡與磁異常條帶所預測的年齡完全一致。
而且細心地可以發現,

最年輕的洋底都在洋中脊上,自那裡向兩側,洋底的年齡逐漸由新到老分布。這不正好符合洋殼從大洋中脊向兩側擴張的假設嗎?

5.橫向的轉換斷層的發現。上世紀50年代,人們不僅在洋底發現了巨大的大洋中脊體系,而且還發現了許多橫切大洋中脊、平行排列的斷裂帶,被稱為轉換斷層。大洋中脊錯開的水平距離可達數百至上千km,這是地表大規模水平運動的有力證據。轉換斷層的發現進一步證實了海底擴張的存在,為板塊構造提供了重要依據,並且成為劃分板塊的一種重要的邊界類型。
下圖展示了

巨大的大西洋大洋中脊體系,以及橫切大洋中脊、平行排列的轉換斷層。

廢話那麼多,答主的兩張圖反應的是陸殼和洋殼的在不同時期的漂移狀態,我們現在的主流觀點是海底擴張的作用結果, @項校長 提到的基於板塊構造的存在的問題,我想可以詳細說一說。
1.

關於地殼生長的機制,主要依據上地幔物質對流或熱柱等解釋,目前無法以實驗或令人足以信服的方式論證。
2.關於板塊驅動力問題,雖然提供了多種可能方式,但仍然處於求索過程中。

3.除此,如大洋中脊是地幔物質上升形成新洋殼場所,海溝島弧是洋殼俯衝消融的地方,但在東太平洋北部卻發現在一個地方同時存在。又如,陸殼厚度很大,褶皺變形複雜;而洋殼厚度很小,卻不曾褶皺而只作剛性運動。

而關於驅動力的問題,近代也有很多的學者為此做了大量的工作;
1.熱對流形式??或為深對流模式(Orowan等,1969),即在地幔中發生對流;或為淺對流模式(Boll等,1971),即僅在軟流圈中發生對流。
2.摩根(W.J.Morgan,1972)根據衛星資料發現在全球重力圖上,重力高的地方往往是板塊生長和活火山分布的地方。他設想從近地核處,有深部物質上升形成上升流,稱為地幔柱(mantle plume )。據重力值推測,地幔柱直徑可達幾百km,它把深部密度較大的物質和熱量向上帶到軟流圈,在那裡像蘑菇雲一樣向四面八方橫向擴散,從而驅動板塊移動。熱流值高的隆起點和火山,稱為熱點。據統計,目前全球發現的熱點達122處。

3.哈珀(Harper,1975)認為,板塊由洋脊向兩側滑動,是因板塊前緣冷卻、加重、下沉引起的。板塊俯衝不是被推下去的,而是被拉下去的:(1)冷卻的板塊密度增大;(2)下插的板塊因壓力增加,發生物相轉換,使礦物岩石密度增大;(3)洋脊高,海溝低,板塊會像滑坡一樣從洋脊向海溝滑動。

4.哈珀計算下沉的拖拉力比洋脊的推擠力大7倍。

福賽斯(Forsyth)和上田誠也(1975)認為板塊運動是8種力綜合作用的結果,但板塊俯衝時向下的拉力起了重要作用。

下圖從上到下依次是淺對流,深對流,摩根地幔柱和哈珀板塊下沉拉動假說的示意圖。

其中,地幔柱假說相對來說得到了較為一致的認可。下圖簡要示意。

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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%最後,說個小插曲%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Hess(1954)發現太平洋存在160個海底平頂山。Morgan (1959)發表第一篇關於板塊運動雛形的論文。Hess (1962)提出海底擴張的震撼地學界的重要論文,不是發在Science、Nature或JGR等頂級雜誌上,而是在一個紀念文集中。幸運的是,Vine和Mathews
(1963)從海洋磁異常;Wilson從熱點(1963)及轉換斷層(1965)等途徑,找到了完善Hess海底擴張論的一系列新證據。Karig(1968)從弧後盆地與邊緣海成因;Le Pichon (1968)及McKenzie和Parker(1971)系統描述了全球板塊的相對運動;Morgan(1971)從地幔柱角度豐富與發展了海底擴張與板塊構造。一直到1971年末,海底擴張與板塊構造成功構建了我們今天的新地球觀。
也許Hess當年自己都沒有意識到自己提出了觀點是這麼牛逼吧,想想自己,明明知道寫出來的是個垃圾還擠破頭皮是發,真是慚愧~~~~~


所謂的海底擴張,簡單點說,就是大洋的中脊是火山口,多個火山口連成線,構成大洋中脊。這麼火山口不斷噴發出岩漿,岩漿噴出後,冷凝。然後又有新的岩漿「擠」出來,(注意這裡的擠是帶雙引號的,實際上過程要複雜的多),又冷凝……在這重複的過程中,導致洋殼向洋中脊的兩邊增生,同時,在陸地與洋殼的接觸部位,洋殼又俯衝下去……

這樣一個周而復始的過程,叫做海底擴張。

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2013.4.20更新如下:

美國的迪次(Dietz)和赫斯(H H Hess)分別在1961、1962年發表論文,提出海底擴張的觀點,當時稱為:洋盆的歷史「。下圖即為洋中脊。

同時,洋殼會俯衝到陸殼下面。

@張樂 ,我們不能說是海變大了,陸之間的距離增加了,這取決於擴張速度和俯衝速度。好像有人在做著方面的研究,就是在某大洋的兩邊,設置兩個標誌物,測之間的距離,好像是每年增加幾厘米,具體的我沒去查,只是上課的時候聽老師提了一下。

板塊的邊界分為離散邊界和匯聚邊界。離散邊界,在大洋中為洋中脊,在大陸上為裂谷帶。在洋中脊,地幔物質裂谷上涌,造成大規模的岩漿侵入和噴出或形成新洋底。在陸地,比如現在東非大裂谷,在將來某個時刻,就會成為海。
匯聚型邊界:

在地質歷史上,陸地和海洋分別如下

接下來,才是最重要的:我上面的回答,都是依據板塊學說,但是,板塊學說有致命的缺陷:
不能解釋板塊運動的動力機制
大陸能漂浮嗎?
花崗岩的熔點比玄武岩低,如果地溫高至玄武岩岩層熔化並容許大陸漂移的程度,而花崗岩卻依然保持固態浮於其上,這是違反物理定律的;驅動機制問題。魏格納認為地球自轉的離心力使大陸由高緯度向赤道方向移動,潮汐力同時使其向西漂移;但計算結果證明,其驅動力比所需要的小了好幾個量級,根本不可能推動大陸漂移。
到目前為止,還沒有一個學說能全面完整地解釋上述問題,為比較多人接受的是板塊構造學說。。


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