第四章大陆漂移学说

第四章大陆漂移学说Chapter4Continentaldrift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J．W．Koppen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(CapeofGoodHope)东西向的褶皱山脉与南美洲阿根廷的布宜诺斯艾里斯(BuenosAires)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(AppalachianMts)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，具有惊人的相似性犬颔兽水龙兽魏格纳质问道：“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）,1977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，当海底扩张取得重大成就的时候，加拿大的威尔逊（J．T．Wilson）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，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2900km5000km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（5.98x1027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l－2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（H．Jeffreys）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（400－700℃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