大陸漂移學(xué)說
1912年,德國氣象學(xué)家A.魏格納（1880—1930）在總結(jié)前人有關(guān)大陸漂移概念的基礎(chǔ)上,提出一種大地構(gòu)造假說——大陸漂移說,引起全世界科學(xué)界的重視.
魏格納認(rèn)為：在3億年前的古生代后期,地球上所有的大陸和島嶼是連在一起的,構(gòu)成一個(gè)龐大的聯(lián)合古陸,稱為泛大陸（Pangea）；周圍的海洋稱為泛大洋（Panthalassa）.從中生代開始,這個(gè)泛大陸逐漸分裂、漂移,一直漂移到現(xiàn)在的位置.大西洋、印度洋、北冰洋是在大陸漂移過程中出現(xiàn)的,太平洋是泛大洋的殘余. 漂移說認(rèn)為：較輕的花崗巖質(zhì)（sial）大陸是在較重的玄武巖質(zhì)（sima）海底上漂移的,并列舉了許多事實(shí)來證明這種漂移.如大洋兩岸特別是大西洋兩岸的輪廓,凹凸相合,只要把南北美洲大陸向東移動(dòng),就可以和歐非大陸拼在一起,幾乎嚴(yán)絲合縫.又如在為大洋所分割的大陸上,地層、構(gòu)造、巖相、古生物群、古氣候等也都具有相似性和連續(xù)性.以古構(gòu)造而論,如非洲的開普山和南美的布宜諾斯艾利斯山可以連接起來,被看作是同一地質(zhì)構(gòu)造的延續(xù).以古氣候而論,如在南美洲、非洲、印度、澳大利亞洲都發(fā)現(xiàn)有石炭二疊紀(jì)的冰川堆積物,說明它們當(dāng)初是連在一起的,并正好處于極地位置,是以后經(jīng)過分裂、漂移才形成目前這種分布的形勢.諸如此類,例證很多. 漂移說還認(rèn)為：大陸漂移有兩個(gè)明顯的方向性：一是從兩極向赤道的離極運(yùn)動(dòng),是由地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力引起的.東西向的阿爾卑斯山脈、喜馬拉雅山脈等,就是大陸殼受到從兩極向赤道的擠壓的結(jié)果.一是從東向西的運(yùn)動(dòng),是日月對地球的引力所產(chǎn)生的潮汐（摩擦力）作用引起的.美洲西岸的經(jīng)向山脈如科迪勒拉山脈和安第斯山脈,就是美洲大陸向西漂移受到硅鎂層阻擋,被擠壓褶皺形成的；亞洲大陸東緣的島弧群、小島,是陸地向西漂移時(shí)留下來的殘塊. 這個(gè)學(xué)說,在當(dāng)時(shí)有兩點(diǎn)引起人們的興趣.一是地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的水平運(yùn)動(dòng)對地殼構(gòu)造形成的主導(dǎo)作用；二是大陸和大洋的位置并不是固定不變的.如李四光在當(dāng)時(shí)也受到此說的影響.但是,大陸漂移的驅(qū)動(dòng)力問題沒有得到解決,有人懷疑地球自轉(zhuǎn)離心力和日月潮汐摩擦力是否足以使大陸硅鋁層在洋底硅鎂層上漂移；此外還有一些問題不能得到很好的解釋,如果是硬的硅鋁層在較軟的硅鎂層上發(fā)生漂移,為什么硅鋁層的前緣褶皺成山而硅鎂層的邊緣反倒沒有褶皺而只拗陷為海溝?如果大陸漂移是在中生代開始的,那么古生代以前的褶皺山脈是怎樣形成的?由于許多問題得不到答案,特別是受到固定論者的堅(jiān)決反對,到了30年代,此一學(xué)說便逐漸消沉下去了.
海底擴(kuò)張學(xué)說
若干世紀(jì)以來,地質(zhì)工作都是局限于大陸上.第二次世界大戰(zhàn)后,由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是因?yàn)樘K美等國家爭奪戰(zhàn)略要地和海底資源,各種科學(xué)伸入到這片占地球總面積71％的“禁區(qū)”,展開了多方面的海洋調(diào)查工作,并獲得了大量海洋科學(xué)的資料.例如,發(fā)現(xiàn)或進(jìn)一步弄清了大洋中脊形態(tài)、海底地?zé)崃鞣植籍惓！⒑５椎卮艞l帶異常、海底地震帶及震源分布、島弧及與其伴生的深海溝、海底年齡及其對稱分布、地幔上部的軟流圈等等.在這些新資料的基礎(chǔ)上,產(chǎn)生了一個(gè)嶄新的學(xué)說——海底擴(kuò)張說. （一）地球表面最長的山脈——大洋中脊 大洋中脊,或稱洋脊,指海底縱橫綿延的山脈,總長度可達(dá)65000km,是地球上最長的山脈.其中最典型的為大西洋中脊,它與兩側(cè)大陸平行延伸,略呈S形；高出洋底2000—3000m,洋脊中央常為一深陷裂谷,兩側(cè)有一系列階梯狀斷層,形成地塹構(gòu)造.有些海底山脈并不在大洋的中間,一般稱為海嶺,如沿東經(jīng)90°的東印度海嶺,北冰洋上的羅蒙諾索夫海嶺等.又如太平洋東部的海嶺,沒有明顯的中央裂谷,也不甚崎嶇,稱為太平洋中隆. 根據(jù)實(shí)地勘測,發(fā)現(xiàn)洋脊具有如下地球物理方面的特點(diǎn)：第一,洋脊為高地?zé)崃鳟惓^(qū).中央裂谷附近的熱流值常是深海盆正常值的2—3倍.第二,重力測量結(jié)果,中央裂谷一帶常表現(xiàn)為重力負(fù)異常區(qū).第三,地震波的研究表明,在洋脊下方的地幔中,波速小于正常值,同時(shí)莫霍面不清,地殼有明顯變薄的趨勢.以上各項(xiàng)地球物理測量說明洋脊下面是軟流圈物質(zhì)上涌的部位,溫度較高,密度變小,有部分物質(zhì)熔融變?yōu)閹r漿（反映重力值降低,波速降低）,洋脊是地?zé)岬呐判箍冢ǚ从碂崃髦递^高）. 此外,深潛及海底打撈資料證明,在洋脊大部分地段基巖裸露,主要為玄武巖,沒有或只有極薄的深海沉積物,在較深部位的巖石由于地溫較高,有不同程度的變質(zhì)現(xiàn)象. 綜上所述,洋脊位于溫度較高的地幔軟流圈上隆的地段,是巖石圈的巨型張裂谷,是巖漿的涌出口和地?zé)崤判箍?也是區(qū)域變質(zhì)發(fā)生的地帶. （二）大洋中脊兩側(cè)的地質(zhì)特征 在洋脊兩側(cè)人們發(fā)現(xiàn)有許多地質(zhì)現(xiàn)象,特別是地球物理現(xiàn)象表現(xiàn)出一定程度的對稱性的特點(diǎn),引起一些學(xué)者的重視和思考. 1.地質(zhì)現(xiàn)象的對稱性 從大洋中脊向兩側(cè),基巖風(fēng)化程度有由淺逐漸變深的趨勢；同時(shí)海底沉積層有由薄變厚的趨勢,形成以大洋中脊為中心、兩側(cè)地質(zhì)現(xiàn)象對稱的鮮明特點(diǎn).這種特點(diǎn)應(yīng)該同大洋中脊及洋殼的形成過程密切相關(guān). 2.海底磁條帶的對稱排列 地球磁場的兩極能使指南針的兩端指向南北,這是盡人皆知的事.但是地球發(fā)展過程中磁場的極性特征,可以保存于不同時(shí)代的巖石中,則是近年才被揭示出來的.事實(shí)證明,從地下溢出的高溫熔巖,當(dāng)其溫度下降到居里點(diǎn)（500—450℃）以下,其中礦物內(nèi)部原子振動(dòng)量減小,特別是像磁鐵礦一類的礦物,其內(nèi)部原子開始受到地球磁場的控制,按照磁力線的方向發(fā)生磁化,使每一塊小礦物變成一個(gè)極性與地球磁場相平行的小磁石.在外界磁場作用下物質(zhì)獲得磁性,當(dāng)外界磁場去掉或改變后,又永遠(yuǎn)保持原來的磁性,這稱為剩余磁性.像熔巖在由熱變冷的過程中即可獲得剩余磁性,這稱為熱剩余磁性.大部分火成巖具有這種磁性,部分沉積巖也可獲得剩余磁性.專門研究巖石中剩余磁性的科學(xué),稱為古地磁學(xué).用精密儀器可以測定巖石剩余磁性的方向和大小,并可據(jù)以確定古地磁極的位置及強(qiáng)度、追溯地球磁場變化的歷史和確定巖石的年代.
從1956年起,科學(xué)工作者開始測量海底巖石的磁化強(qiáng)度,并把正、負(fù)磁性異常圈定在圖上進(jìn)行研究.從60年代起,就陸續(xù)有人發(fā)現(xiàn),在橫穿洋脊方向所測得的磁力異常曲線相似,每一側(cè)的正負(fù)異常都在另一側(cè)同樣的位置出現(xiàn)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)在過去億萬年地球發(fā)展過程中,地球磁場南北極曾多次反向,現(xiàn)在的磁場叫正向,與現(xiàn)在磁場方向相反的叫逆向.把所有橫剖面上所測得的正負(fù)異常連接起來,即可看出在洋脊兩側(cè)具有一系列與之平行的磁異常條帶,正向和逆向交替出現(xiàn),以洋脊為中心對稱排列.每一條磁條帶寬度不超過數(shù)十千米,而長度卻可達(dá)幾千千米以上. 3.洋底年齡的特征 前面提到海底沉積物有從洋脊向兩側(cè)由薄逐漸變厚的特點(diǎn).除此,經(jīng)過洋底采樣及年齡測定證明,海底沉積物還具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是最老的沉積物年齡不早于侏羅紀(jì),即不早于2億年,遠(yuǎn)比大陸上最古老的巖石（38億年）年輕.二是海底沉積物年齡從洋脊到兩側(cè)由新到老對稱分布.結(jié)合前述,所有這些現(xiàn)象究竟如何解釋呢? （三）切穿巖石圈的巨型斷裂——海溝 在環(huán)太平洋地帶,有一圈下陷很深的負(fù)地形海溝,最深超過負(fù)一萬米. 據(jù)近年海底深潛觀察和重力、地?zé)崃鞯葴y量,發(fā)現(xiàn)海溝具有如下特征： 1.海溝是切穿巖石圈的深大斷裂 根據(jù)近年在中美洲海溝的深潛觀察,發(fā)現(xiàn)海溝軸線附近,在靠近大洋一側(cè)為一系列平行臺(tái)階,每個(gè)臺(tái)階高10—30m,寬150—200m,是一些斷距不大的正斷層所組成的階梯狀斷層；在靠近大陸一側(cè),為陡峻谷壁,其上有許多近垂直的V形斷層溝槽和階步（滑階）；而在軸線附近為一寬約30m的破碎帶,上有大量角礫碎塊,直徑可達(dá)1—3m.由此看來,海溝帶實(shí)際上是一條斷層帶,又根據(jù)重力測量數(shù)據(jù),多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是切穿巖石圈并切入上地幔的深大斷裂.從斷層性質(zhì)來看,大陸殼推覆在大洋殼之上,屬于逆斷層性質(zhì)；大洋殼向下斜插于大陸之下,因下插彎曲而伴生一系列張斷裂或階梯狀正斷層.總之,大洋中脊是將巖石圈拉開,而海溝帶則是使巖石圈受到壓縮. 2.海溝是陸殼和洋殼交叉重疊的復(fù)雜地帶 根據(jù)重力測量和地震資料,證明在這里大洋殼以較大的角度（45°±15°）向大陸殼下俯沖插入①,換言之,大陸殼向著大洋殼之上仰沖.最初H.貝尼奧夫通過地震在這個(gè)帶上作了較詳細(xì)的研究,發(fā)現(xiàn)向大陸方向震源由淺變深構(gòu)成一個(gè)傾斜帶,后來證明這個(gè)傾斜帶就是大洋殼的俯沖帶,所以這一個(gè)帶又稱為貝尼奧夫帶.它實(shí)際上構(gòu)成了環(huán)太平洋地震帶,而全世界的中、深源地震也主要發(fā)生在這里. 3.海溝是不對稱的地?zé)崃鳟惓^(qū) 海溝帶和洋脊一樣,都是地?zé)崃鳟惓^(qū),但海溝帶顯示了地?zé)崃髦狄坏鸵桓咂叫信帕械奶攸c(diǎn).在海溝附近,顯示一種地?zé)崃髦递^低（0.99—1.16HFU）的特征,一般沒有現(xiàn)代火山活動(dòng)；而在海溝向陸一側(cè)150—200km左右,則往往是一系列火山帶,在地貌上則顯示一系列島弧帶,熱流值顯著升高,可達(dá)2.0HFU左右.在島弧的靠大陸一側(cè),往往形成邊緣海（或稱弧后盆地）,高地?zé)崃鳟惓^(qū)也常擴(kuò)大到這一地區(qū).
海溝為什么具有上述基本特點(diǎn),同樣為人們的思考提供了更多的根據(jù). 上述這些奇怪現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),引起科學(xué)工作者的極大興趣和注意.人們不得不提出一系列希望得到解決的問題.例如,洋脊是巖石圈的張裂帶和地下巖漿涌出口,如果這種作用繼續(xù)進(jìn)行,巖石圈是不是會(huì)拉開?越來越多的巖漿流到哪里去海溝（或貝尼奧夫帶）是巖石圈的擠壓帶,如果這種作用繼續(xù)下去,巖石圈將會(huì)縮短到什么程度?深海沉積物既薄而又年輕,如果深海沉積速度以每100年1mm計(jì),從太古代至今,應(yīng)該有30km以上的厚度,但實(shí)際上只有幾十、幾百米的厚度,這是因?yàn)槭裁?凡此種種,如果按照傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)理論是無法加以解釋的.因此,一個(gè)新的課題擺在人們面前,那就是大洋殼究竟是如何形成和演化的.1960—1962年,赫斯（H.H.Hess）和迪茨（R.S.Deitz）首先提出一種理論,叫海底擴(kuò)張說. 海底擴(kuò)張說認(rèn)為：密度較小的大洋殼浮在密度較大的地幔軟流圈之上；由于地幔溫度的不均一性,導(dǎo)致地幔物質(zhì)密度的不均一性,從而在地?；蜍浟魅χ幸鹞镔|(zhì)的對流,形成若干環(huán)流；在兩個(gè)向上環(huán)流的地方,使大洋殼受到拉張作用,形成大洋中脊,中脊被拉開形成兩排脊峰和中間谷,來自地幔的巖漿不斷從洋脊涌出,冷凝后形成新的洋殼,所以大洋中脊又叫生長脊,溫度和熱流值都較高；新洋殼不斷生長,隨著地幔環(huán)流不斷向兩側(cè)推開,也就是如傳送帶一樣不斷向兩側(cè)擴(kuò)張,因此就產(chǎn)生了地磁異常條帶在大洋中脊兩旁有規(guī)律的排列以及洋殼年齡離洋脊越遠(yuǎn)越老的現(xiàn)象；大洋中脊兩側(cè)向外擴(kuò)張速度（半速度）大約為每年1—2cm,有的可達(dá)3—8cm；在向下環(huán)流的地方,或在不斷擴(kuò)張的大洋殼與大陸殼相遇的地方,由于前者密度較大,位置較低,便向大陸殼下俯沖,形成海溝或貝尼奧夫帶；向大陸殼下面傾斜插入的大洋殼,由于遠(yuǎn)離中脊,溫度已經(jīng)變冷,同時(shí)海底沉積物中的水分也被帶入深部,形成海溝低熱流值帶；另一方面,由于深部地?zé)嶙饔?再加上強(qiáng)大的摩擦,在大約深150—200km處,導(dǎo)致大洋殼局部或全部熔融,形成巖漿,巖漿及揮發(fā)成分的強(qiáng)大內(nèi)壓促使其向上侵入,并攜帶大量熱能上升,因此在海溝向陸一側(cè)一定距離處形成高熱流值；同時(shí),來自地幔的、以及混雜了重熔陸殼的巖漿噴出地表形成火山和島弧；這些火山噴出的巖漿,由于混入了硅鋁層（沉積物,大陸殼重熔物質(zhì)）的成分,因此經(jīng)常是屬于中性的安山巖質(zhì)（在環(huán)太平洋區(qū)安山巖出露的界線,稱為安山巖線）.大洋殼俯沖帶,由于其下部逐漸熔化、混合而消亡,所以貝尼奧夫帶又稱為大洋殼消亡帶. 海底擴(kuò)張說對于許多海底地形、地質(zhì)和地球物理的特征,都能作出很好的解釋.特別是它提出一種嶄新的思想,即大洋殼不是固定的和永恒不變的,而是經(jīng)歷著“新陳代謝”的過程.地表總面積基本上是一個(gè)常數(shù),既然有一部分洋殼不斷新生和擴(kuò)張,那就必然有一部分洋殼逐漸消亡.這一過程大約需2億年.這就是在洋底未發(fā)現(xiàn)年齡比這更老的巖石的緣故.
大陸漂移說的復(fù)活
從60年代起,由于海洋科學(xué)和地球物理學(xué)等迅速發(fā)展,獲得大量的有利于大陸漂移的論據(jù),使大陸漂移的學(xué)說得到復(fù)活.例如,當(dāng)初魏格納從地圖上論證了大陸邊界的拼合現(xiàn)象,1965年E.C.布拉德重新研究了這一問題.他認(rèn)為大陸的邊界不應(yīng)當(dāng)以海岸線為準(zhǔn),而應(yīng)當(dāng)以大陸殼的邊界即大陸坡的坡腳為準(zhǔn),并應(yīng)考慮消除在大陸分裂后陸殼的增建（例如非洲尼日爾三角洲沉積增建數(shù)百千米,第三紀(jì)和近代火山噴發(fā)熔巖形成冰島及其它火山島等）和改造（如外力侵蝕海岸后退等）部分,然后利用電子計(jì)算機(jī)以數(shù)學(xué)方法進(jìn)行拼接,終于取得令人滿意的結(jié)果同時(shí),大陸拼接以后,在巖石、構(gòu)造、地層、古生物等方面也應(yīng)該對應(yīng)連接在一起,這如同把一張報(bào)紙撕成碎片,不僅可以按碎片形狀拼合復(fù)原,而且復(fù)原后其上面的文字也應(yīng)該是連貫的,在這方面也取得令人信服的結(jié)果. 又如,近年做出的磁極遷移曲線,也證明大陸漂移是確實(shí)存在的.把已經(jīng)測出的不同時(shí)代磁極遷移軌跡在圖上用曲線表示出來,稱為極移曲線.若歐美大陸是固定的,只能得出一條極移曲線,而今得出兩條,因此只有設(shè)想歐美大陸原來是合在一起,后來逐漸分離,直到形成現(xiàn)在的位置,才能解釋這種現(xiàn)象.