欢迎来到“小龙宝”课堂!今天,我们将为大家揭开板块构造理论的神秘面纱。谈及板块构造学说,不得不提“大陆漂移说”。这一理论解释地壳运动和现代大陆、海洋分布,认为古生代存在唯一联合古陆,后拆分漂移形成今日大陆、岛屿、海洋。魏格纳创立的“大陆漂移说”奠定了“板块构造学说”的基石,被誉为20世纪伟大科学发现之一。
本期“小龙宝”课堂将引领大家探寻地球演变之谜:从“大陆漂移学说”到“板块构造理论”,共同揭示大陆漂移的奇妙之旅。
一、大西洋两岸对应的疑惑
1910年的一天,德国气象学家、地球物理学家、天文学家阿尔弗雷德·魏格纳(Alfred Wegener,1880—1930)在观察床头的一幅世界地图时,惊讶地发现大西洋两岸—南北美洲的东海岸线和欧洲以及非洲的西海岸线的轮廓几乎完全吻合,于是他产生了一个猜想:难道它们很久以前是连接在一起的?后来魏格纳得知,早在1620年英国哲学家弗朗西斯·培根(Francis Bacon,1561—1626年)也在地图上观察到了这种现象,遗憾的是仅提出了想法,但是并没有进行合理的解释。于是他决心找到这个谜题的答案。
二、魏格纳怎么知道大陆在漂移
(一)图形证据:
南美洲东海岸凸出与非洲西海岸凹进、凸出相吻合。后来,科学家试图将南美和非洲地图拼合,却发现两大陆海岸线间存在20度夹角。深入研究表明,历史时期海岸线会变化,受河流冲积、气候变化和极地冰川影响。拼合两大陆需找到真正的大陆边缘。
测量显示,海底由陆地缓缓向外倾斜形成大陆架,随后有一陡坡向下倾斜,达海洋典型深度(通常5-6公里),即大陆坡。大陆坡两侧海底岩石与大陆架岩石具显著磁性差异,分界点位于大陆坡中心,成为大陆和海洋的真实分界。通过这分界,科学家完美拼合了大西洋两岸的大陆。进一步海洋地质资料丰富,发现南极洲、大洋洲和印度可大致拼合。大洋洲与南极洲吻合程度胜过大西洋两岸两大陆。
(二)地质证据:
魏格纳曾言:“如同将撕裂的报纸参差不齐的断边拼接,若印刷文字与图形完美吻合,我们必须承认这两片报纸原本相连。” 形状上的拼合仅是偶然。地质构造和化石记录才是报纸上的文字与图形。
大西洋两岸山系显示出的地形为大陆漂移提供了直观的证据,如南非的山脉与阿根廷的山脉相对应,北美的煤田与欧洲的煤田相对应等等。此外,4.5亿至4亿年前形成的古老褶皱山脉带的碎片广泛分布在格陵兰岛、加拿大、爱尔兰、英格兰、苏格兰和斯堪的纳维亚半岛这些分离的大陆上,当这些陆地重新组合时,山脉带形成连续的线性特征。
古爬行动物中龙生存于晚石炭纪至早二叠纪,其化石散布南美洲和非洲南部;而已灭绝的裸子植物舌羊齿化石可见于印度、澳大利亚、南美、非洲南部、南极洲。物种无法逾越海洋,而科学家发现这些化石跨越大洲呈条带状分布,这为大陆漂移提供了证据。
(三)古气候证据:
岩石地层不仅能够记录生物的演化过程,而且还会保留古代气候的印迹。奇怪的是,科学家们在今天的极地发现了热带沙漠的古代气候特征,而在赤道附近的热带丛林中却发现了古冰川、冰盖的踪迹。这两种极端的气候出现在同一个地方,这说明某个时期该大陆的气候带与现今所处的位置正好相反。对于这种现象有两种解释:一种是地轴发生了巨大的位移,另一种就是大陆发生了漂移。如果地球的自转轴发生如此巨大的变化,势必会留下诸多的证据,但是科学家至今还没有发现因地轴巨变而在地壳中留下的任何痕迹。那么,唯一合理的解释就是大陆发生了漂移。
三、魏格纳提出大陆漂移学说
通过以上证据,1912年魏格纳在法兰克福地质学会上做了题为《从地球物理学基础上论地壳轮廓(大陆与海洋)的生成》的演讲。自此,具有革命性的大陆漂移学说正式提出,魏格纳被后人尊称为大陆漂移学说的鼻祖和地质学界的哥白尼。大陆漂移学说虽然有以上诸多证据的支持,却依然有许多不能解释的事实存在,例如什么是推动大陆发生漂移的力量?魏格纳猜测是潮汐力,但是经过科学家的计算,潮汐力根本不足以推动大陆发生漂移。对于魏格纳所提出的古生物方面的证据,也被一些科学家用“路桥说”来解释。甚至魏格纳的大陆漂移学说被许多人嘲讽为“大诗人的梦”。
四、从“大陆漂移学说”到“板块构造理论”
19世纪见证各门科学之繁荣,古典科学大厦屹立;20世纪,科学知识广泛传播,50年代世界各地奏响向科学迈进的号角,人们开始探寻地球之奥秘。
1956年,尤因和希首次提出:大洋底分布着伴随地震和火山活动的巨大海底山脉,即中央海岭或大洋中脊,贯穿太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋。1960年,皮卡德和美国同行搭乘“塔里维斯特”号深潜器,下潜至1万多米深的马里亚那海沟底部,揭示了海洋最深之秘。
60年代致力于海底岩石学、海洋盆地及海洋物探研究的地球科学家发现离大洋中脊越远的火山岛年龄越古老;大洋中脊两侧内有相间排列的磁异常条带,确证大洋中脊及海沟是众多重要地质事件起源地。1960年,赫斯和迪茨提出海底扩张假说。1962年,赫斯以《海洋盆地的历史》正式阐明观点:洋底中脊山脉为热对流体上升处,新洋底由两侧溢流形成。
50年代科学家陆续于各大洋底测量磁场,深入研究唤醒沉寂的“大陆漂移说”。1963年,瓦因与马修斯重新诠释磁异常条带,认为其源于不断新生与扩张的海底。布来克特和朗肯团队测定英格兰与印度德干高原岩石化石磁化,推断古地磁极位置与古纬度,揭示轴旋转变迁,为大陆漂移提供新证据,奠定海底扩张说之基础。
大陆漂移理论的提出为地球科学领域带来了巨大的发现和突破。从魏格纳发现大西洋两岸的轮廓相似开始,通过多种证据的支持和研究,我们逐渐揭开了地球演变的神秘面纱。大陆漂移的探索不仅改变了我们对地球历史的认知,也为后来板块构造学说的建立提供了基础,让我们更深入地理解地壳运动和地球形成的复杂过程。
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文案 | 孟 祺 刘潇阳
美编 | 马英博
审核 | 岳豪勃
指导教师 | 韩 旭
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