第四章-大陆漂移学说.ppt

1、第四章大陆漂移学说,Chapter 4 Continental drift,大陆还能漂移？这是一个多么让人难以置信的问题。,第一节、大陆漂移说的诞生,一、大陆漂移思想的产生,1910德国气象学家 A. Wegener大西洋两岸形状的互补性产生了大陆漂移思想。,几内亚湾,巴西,1911年秋天文献古生物证据巴西和非洲之间曾有过陆地相联系。 这或许是一个涉及大陆形成和地球演化的大问题，值得认真研究探讨。 - 汉堡大学JWKoppen,为了证明大陆漂移，Wegener致力于有关证据的寻找工作，以此来支持大陆漂移学说的可靠性。,Wegener认为：如果大西洋两岸曾经连接在一起的话，那么当时所形成的地层地

2、质情部也应该是一致的。 因此，他最先从地质方面寻找证据。,二、大陆漂移学说提出的的有关证据,1、地质构造上的吻合性,魏格纳首先追踪了大西洋两岸的褶皱山系和地层。他相当满意地发现，大西洋两岸的岩石、地层和褶皱构造确实像搭积木一样可以搭配起来。,非洲南端的好望角( Cape of Good Hope)东西向的褶皱山脉与南美洲阿根廷的布宜诺斯艾里斯(Buenos Aires)低山相接，这是一条二叠纪的褶皱山系 。 两处山地中的泥盆纪海相砂岩层、含有化石的页岩层以及冰川砾岩层都可以相互对比。,欧洲的石炭纪煤层可以延续到北美洲。 北大西洋两侧古生代期间形成的褶皱山脉，在大陆拼合后连成一体。 北美洲与挪威

3、南部、英国等地都广泛分布着泥盆纪相同的陆相地层。,北美洲的阿帕拉契山脉(Appalachian Mts )与爱尔兰( Ireland)一致。 魏格纳还对比了印度、马达加斯加岛、非洲之间的地层构造，也同样得出程度不等的对应关系，而这种对应关系都限于较老的地层构造。 比喻：好象一张撕碎的报纸，按原样拼接起来，报纸上的印刷文字能阅读连贯。,西非和南美的结晶质地层出露区,2、现存生物的证据,大陆漂移,达尔文 （生物进化论） （自传）,赖尔 （地质学渐变论）,考察日记2nd,生物学,物种起源的单祖论观点 ：相同的生物种不可能是在相隔遥远的两个地区分别独立地形成，它们必定起源于某一地区，然后直接地，或通过

4、第三个地区传播到另一地区。 大西洋两岸许多生物之间存在着亲缘关系 ： 园庭蜗牛：分布于德国、英国、北美洲 蚯蚓：分布于中国、日本、西欧美国东部,（肺鱼、河马、海牛等）,有袋类动物,袋鼠,袋熊,3、古生物证据,南美和非洲都在石炭-二叠纪找到过中龙化石,广布于澳大利亚、印度、南美、非洲晚古生代地层中的古植物舌羊齿,分布于南极洲、南非、印度的水龙兽、犬颌兽和迷齿类动物群，具有惊人的相似性,魏格纳质问道：“难道有人真会相信靠一个陆桥就可以进行物种的交换了吗？为什么澳大利亚和如此邻近的巽他群岛之间没有什么物种的交换，就像从另一个世界来的外来物一样，岂非咄咄怪事！”,古生物学家对这些化石的解释是：,4、古

5、气候证据,西伯利亚北部奥陶纪石灰岩中有珊瑚化石； 新地岛的泥盆纪石灰岩中珊瑚成礁； 澳大利亚在石碳纪二叠纪有冰川覆盖；帝汶岛却有珊瑚礁的发育。 在北极与南极均有碳矿的存在。 加拿大北部红色页岩。,5、古冰川证据,冰碛岩,瑞士动物学家 阿加西斯（L.Agussiz） 发现冰川移动,石炭纪二叠纪,6、大陆漂移学说的诞生,第二节、大陆漂移学的衰败,一、大陆漂移说的消沉 海陆的起源在1915年初版；德文 1920年出了第二版；德文 1922年的第三版；德文原著也陆续被译成英、法、西班牙、日、俄等国文字。20世纪三四十年代曾出过该书的中译本。1965年商务印书馆出版了新的中译本海陆的起源（李旭旦译）,1

6、977年重印发行。,魏格纳的大陆漂移说至20年代初期才在世界上广泛地传播开来。 对传统的海陆固定论所把持的地学界来说，无异在一潭死水中投下了一块巨石。大陆漂移说在当时引起了轰动。,在学术会议上，在杂志刊物中，到处都在议论大陆漂移。许多人在初读魏格纳这部名著时，无不流露出震惊、激动，也夹杂着难以置信。在人们心目中一向是安如磐石的大陆，居然会像船一样漂浮活动，这实在不可思议，有人甚至说：“这是一位大诗人的梦”。,魏格纳这本所罗列的事实是有力的，思维和逻辑也是严谨的。 1922年一位评论者不由惊叹道：这项理论一经证实，它在人们思想上引起的革命堪与哥白尼时代天文学的变革相比拟。 45年后，当海底扩张取

7、得重大成就的时候，加拿大的威尔逊（JTWilson）对此作了完全相同的比喻。,大陆漂移吗？,抉择,赞成 反对,固定论不会善罢甘休，他们终于找到了致命弱点： 深沉的大陆究竟为何会一漂千里？驱动大陆漂移的力的来源又在哪里？,1、大陆漂移学说的动力学问题 魏格纳也明白，如果不能从理论上对漂移的方式、力源等统称为大陆漂移的机制问题作出合理的解释，那么，他的学说还是不容易站得住脚的。 他从北冰洋上漂流的冰山想象大陆在海底上漂流。,他在格陵兰从北冰洋上漂流的冰山想象大陆在海底上漂流。,海底可以移动吗？即海底具有流动性？ 魏格纳强调这是力在漫长地质年代长期作用的结果。 一根火漆棒；冰。均具有可塑性。 所以，

8、地球表层以下的物质在力的长期作用下，也可能发生流变。,1.1 地球的构造 天有多高？地有多厚？ 地球的直径为12700多公里，从地面到它心的地球平均半径6371公里。,地球内部是什么样的状况？,20世纪90年代在俄罗斯科拉半岛的一口超深井，深度已打到 12公里之下。 地下的情况是什么样子？如何知道？ -地震波,纵波的传播速度一般是横波的1.7倍,纵波既能在固体中传播，也能在液体中传播；横波却不能在液体中传播。 在密度不同的两种介质的界面上，地震波会发生反射和折射。 根据记录到的各种不同波的到达时刻，可以计算出地下不同深度的地震波速度。,莫霍面 （几十公里）,古登堡面,2900km,5000km

9、,地壳 莫霍面 地幔 古登堡面 地核,硅铝层,硅镁层,1.2 重力和地壳均衡,一个物体不仅受到地心的引力，也受到四面八方的其他物体，如天花板、墙壁等对它的吸引。但这些东西的质量与庞大的地球质量（5.98 x 10 27克）相比是微不足道的。,1854年，英国学者普拉特（Pratt）测量过喜马拉雅山对铅垂线的影响。据他的计算，喜马拉雅山的引力应该使垂线向北偏斜58秒，但实际测量结果垂线北偏只有1秒。在南美洲以及其他一些山脉附近的测量也得出类似的结果。 难道大山是个空壳子？显然不是。研究表明山地的质量被山地以下的物质不足所补偿。在大洋区则正好相反。但通过重力测量，表明大洋区的重力值未必偏低。,大陆

10、高山底下必有较轻物质，而大洋底下则有较重物质。对地壳的研究表明，大陆型地壳的特点是厚而轻，大洋型地壳的特点是薄而重。这样就使高山大陆与大洋区的重力处于某种均衡状态。 地壳均衡概念：从地下某一深度起，相同面积上所承载的质量是趋于相等的。,2大陆在哪一层上漂移？,魏格纳识到陆高而质轻，洋低而质重。海洋和陆地并不是地表局部和偶然的起伏不平，而是由地壳组成的根本差异引起的。 魏格纳正是基于这一点，从地壳均衡的观点出发批驳了陆桥说。,魏格纳在他的书里这样写道“夸张些说，它们就像水和水上的冰块一样” 。他断言，硅铝质的大陆块就像一座座冰山一样沉浮、航行在较重的硅镁质岩浆里。 现代板块构造说认为，并不是硅铝

11、层漂浮在硅镁层之上，而是岩石圈漂浮在其下的地幔软流圈之上。 由于历史条件的限制，当年魏格纳对于地球内部结构的认识，他不可能对大陆漂移机制作出准确的解释。,3、大陆漂移力的问题,大陆是漂浮着的，是什么样的力推动了大陆漂移？ 魏格纳在解决这个问题时的思路是：从运动的主导方向，寻找大陆漂移驱动力。,3.1离极力 根据对过去大陆位置的复原，2亿多年前南半球诸大陆聚在南极附近（并分布着广泛的冰川），以后逐渐四散，向北漂移。这是一种自极地向赤道漂移的趋势。 魏格纳还列举出其他一些陆块，断定大陆曾有过自两极向赤道的漂移，也就是说，大陆漂移受到一种离极力的作用。,这种离极力又是从哪里来的？ 魏格纳设想：地球自

12、转所产生的离心力。 事实上，除了两极和赤道以外，地球表面上的任何一点，自转离心力的水平分力都是指向赤道的。,3.2月亮的潮汐力,大陆明显是向西漂移。 在南、北美洲的西缘，形成高大的科迪勒拉安第斯山系；而在大陆的东缘，曾经脱落下一些陆地的碎片，在大洋中构成了星罗棋布的岛群。,在中国大陆以东的海域，日本、琉球、菲律宾等群岛就是一些落伍的“行客” 。 新西兰等岛屿刚脱落在澳大利亚的东面。 在中美洲东岸，古巴等安的列斯群岛掉在后面，而且其中岛屿较小者掉队掉得愈远。 非洲东线的马达加斯加岛、印度南端偏东的锡兰岛 在南美洲南端，大陆尖端弯向东方，且尾随着一些落后的岛链。,科迪勒拉山系,这个向西漂移的力又是

13、来自何方？ 魏格纳认为是太阳和月亮的引力所产生的潮汐摩擦力。魏格纳等认为，地球自转的速度由于潮汐摩擦而减缓。 现代测量表明，地球自转的速度确实在变慢。一昼夜的长度在一百年内增加了l2毫秒，即大约要过10万年才使一昼夜增加一二秒钟。 古生物学家研究了珊瑚化石上的日轮和年轮发现，在3.7亿年前，一年有400天，也就是说，当时每昼夜大约长21.6小时。,4、地球物理学家和地质学家的矛盾,1）大陆漂移的力是什么？ 魏格纳认为：地球自转的离心力和潮汐摩擦力。 大多数地球物理学家认为，这两种力实在太小，并不足以驱使深厚、庞大的陆地作长途漂移。 有人计算出它的最大值（在纬度45o处），不过是重力大小的三百万

14、分之一；潮汐摩擦力也相当有限，一般人都不大相信这样小的力就是推动大陆漂移的原动力。,2）大陆在哪层上漂移？ 魏格纳：大陆硅铝层在洋底硅镁层上漂移。 绝大多数地球物理学家：洋底是坚硬的，大陆竟然能像船一样航行在洋底，这在力学上是根本不可能的。,杰弗利斯（HJeffreys）是反对大陆漂移的代表人物。 1924年地球一书中，据其计算，在地球自转离心力和潮汐力驱动下，大陆要移动一个弧度，需要漫长的30亿年。 一大批地球物理学家纷纷起来批评大陆漂移说。 1926年，一位反漂移说学者说：“倘若魏格纳言之成理，我等岂不要忘掉70年所学的东西而从头学起。”,第二节、大陆漂移学的衰败,大陆漂移与固定论者之间进

15、行了激烈地论战： 力：A. Wegener月球潮夕力和地球离心力。 固定论：上述力不足 硅铝层在硅镁层上移动不可能。 大西洋两岸重合有15%的误差。 为何大陆在二叠纪以后才漂移？ 美洲西缘受太平洋底的阻滞，为什么发生褶皱的不是柔软的太平洋洋底，却是坚硬的美洲大陆？ 魏格纳1930年在格陵兰去世,一、古地磁研究 1磁现象 两千多年前，秦始皇在阿房宫大殿的北门是用巨大的磁石以防备刺客。 战国时，我国制成了司南。11世纪前后制成了指南针用于航海。大约到了 12世纪末，指南针才由我国传到西方。,第三节大陆漂移学说的复兴,指南针究竟为什么会指南呢？ 由于磁体有相互吸引的性质，所以曾有人设想，在南方或北方

16、很远很远的地方有一座巨大的磁石山。有人则猜想磁体是有“灵魂”的东西。,1600年，英国学者吉尔伯特（W，Gilbert）在他的论磁中首先提出，指南针之所以会指南，是因为地球本身就是一块巨大磁石的缘故。,1609年英国航海家哈得逊在去北美洲的航程中发现情况果然如此。 吉尔伯特推断整个地球是一块巨大的磁石，只是在它的表面上才被一层岩石、泥土和水所覆盖。,地球物理学家推断：地核主要是由铁镍等组成 磁铁。 而所有的磁体被加热到一定温度（400700左右），磁性就完全丧失了。这个温度叫做居里温度。（铁：760，镍：356） 地球内部的温度高到几千摄氏度。 法拉第的电磁感应原理,2指南鱼与化石磁性,北宋时

17、曾公亮武经总要的军事书提到，行军时利用指南鱼来指示方向。书中还记载了指南鱼的制作方法。 许多岩石（火成岩、沉积岩）的磁性相当稳定。（为什么？）,古地磁学：通过对岩石中化石磁性的研究，可以追溯古时候地球磁场的特征和变化历史，这一门学问就叫做古地磁学。 砖瓦、陶器、灰烬、土块。（考古地磁学 ）,岩石形成时的古纬度：根据岩石标本的剩磁倾角（它等于当时地磁场的磁倾角），可以算出标本所在地当时的古地磁纬度（倾角越大，纬度越高）。 依此方法，可以得出几千万年来的地磁极位置。若取数千年的地磁极位置加以平均，其位置与地理极几乎重合。,3、为大陆漂移说“昭雪”,20世纪50年代，古地磁研究在英国可谓盛极一时。由

18、著名物理家布莱克特（Blackett）及朗科恩（Runcorn）领导的两个小组，用极精密的仪器，测定了一批岩石的化石磁性。将几千或几万年期间加以平均，就可以得出某一时代岩石标本所在地的古纬度以及相应的古地磁极位置。 结果表明：测得的古纬度往往与目前所处的纬度有颇大的差别。,1954年，布莱克特研究小组报道说，英国在2亿年来曾经向北移动了很大距离。2亿年前红色砂岩的化石磁性倾角为30o，而目前为65 o）。,这一结果并未引起人们的重视 原因为: 1、大陆漂移说消沉多时； 2、人们对古地磁学还不熟悉 3、有人认为古纬度有所变迁，也可能是古地磁极位置曾有变动。（例如，岩石标本的测定，磁极在3亿年前位

19、于日本附近，6亿年前则更远，在南太平洋）,各地质时代古地磁极的位置，前后连成一条线，就绘出了古地磁极的迁移轨迹。 朗科恩研究小组中曾一度认为，地球自转轴的位置可以发生改变，古纬度的变化并不是大陆漂移的结果，而是地球自转轴本身移动所引起的。,不同大陆的磁极曲线不重合,魏格纳认为非洲、南美洲、印度、澳大利亚和南极洲在古生代是连在一起的。,古地磁的研究表明：魏格纳并没有错，而正是那些反对他的人错了。,有人根据澳大利亚不同时代岩石化石磁性的测定成果，勾绘了澳大利亚自石炭纪以来各时代相对于南极的位置。,印度德干高原岩石磁场方向及磁角,二、大西洋两岸的再度拼接, EBullard布拉德的计算机拼合：196

20、5年，大陆架外缘以下约1000米的等深线，误差少于1%。（杰弗利斯1962年在剑桥大学他宣称：“凡不能用数字表达的东西都不是科学。”） Carey的搭积木游戏：1958年，大型地球仪有机玻璃上绘出大陆的轮廓滑动能完美地拼接起来。 其它大陆的拼合也是非常完美的。,三、海底扩张学说,1、海底测量 最初人们用绳索铅锤进行测量。 1917年超声波了解了海底概貌。 洋底也像陆上一样坎坷不平。,2、大洋中脊：,1956年，尤因希曾发现了64000公里的中央海岭。 在1953年，大西洋中脊一二公里裂谷。 “全球性裂谷系”,大洋中脊高10003000米，宽10002000公里。 重力值并不高有较轻的物质 地幔

21、物质涌升,阿留申,千岛,日本,马里亚纳,琉球,菲律宾,爪哇,新不列颠,新赫布里底,汤加-克马德克,中美,秘鲁-智利,波多黎各,南桑德韦奇,3、海沟 马里亚纳海沟max-11000米。中脊居中部，海沟在边缘。岛弧-海沟系。,马里亚纳海沟,海沟为何这么深？是什么样的下向力所形成？ 20-30年代，荷兰地球物理学家万宁曼纳兹对这里的重力值及热流值进行了研究。 重力值：海沟的重力值相当低，必有一种向下拉的力 。 波多黎各海沟 ：1吨/厘米2 。,地球中的热量从何而来的呢？ 温泉；向下100米，温度升高23。 1亿年地球释放出来的热量相当于2万米煤层燃烧的热量。,热流值：大洋中脊热流值特别高，一般大于

22、83.7毫瓦/米2(平均为68.2毫瓦/米2),甚至达到335毫瓦/米2。而在在海沟处，热流值最低，一般小于41.87毫瓦米2。,地幔对流学说的提出： 根据大洋中脊及海沟的重力值及热流值的测定，万宁曼纳兹提出了地幔对流说：大洋中部是地幔流上升的地方；海沟地幔应有一股下降流。,4、海底沉积物：20世纪50年代用地震波测量地壳的三层结构，发现海洋沉积层的厚度平均只有500米。1000年沉积1mm，20亿年就应当有厚达2000米。 5、海底岩石年龄：深海钻探发现，海底年龄不老于2亿年。,6、海生生物年龄：5.7亿年前。,7、海底扩张学说的提出： 美国海岸和大地测量局的迪茨于1961年在英国自然杂志

23、提出了有名的海底扩张说，即：大洋中脊和裂谷体系正是地幔物质上升的涌出口，涌出物质冷凝形成新的洋底，并推动先形成的洋底向两侧扩张。 而美国普林斯顿大学地质系主任Hess（赫斯）早在1960年写成了大洋盆地的历史一文，但在1962年才被发表。,1、转换断层的发现（1965年，威尔逊）,四、海底护张学说的验证 转换断层和磁异常一起，并列为验证海底扩张说的论据,断层的类型,正断层,逆断层,平移断层,转换断层,1952年，美国海洋地质学家HWMenard（孟纳德）以及迪茨，在加利福尼亚海岸外的东北太平洋上发现了大洋中的第一条断裂带门多西诺断裂带，断裂带两边错开一定距离。,2、海底磁异常： 1963年，英

24、国剑桥大学的Vine和Matthews。地磁转向,磁异常地磁倒转（Vine-Matthews 假设）,加拿大学者莫尔莱（L.W.Morley）在1963年春也曾提出过类似的假设，但它的论文在当时遭到拒绝。,海底钻探证明地磁转向： 自1968年8月至1983年11月，深海钻探计划历时15年。“格罗玛挑战者号”共完成96个航次，航程60万公里，在各大洋（北冰洋除外）624个站位钻井1092口，取得岩芯9500余份，得到的岩石最老不超过2亿年。地磁转向,大陆上岩石磁异常的发现： 19世纪50年代，美国的Cox等人对陆地岩石的磁性方向进行了测定，他们发现数百万年来磁极方向发现了变化，而且磁极方向变化年代与海底完全一致。,400多万年以来地磁正向期与反向期,五、板块构造学说 1965年威尔逊在发表转换断