地球存在繞自轉(zhuǎn)軸自西向東的自轉(zhuǎn),平均角速度為每小時轉(zhuǎn)動15度.在地球赤道上,自轉(zhuǎn)的線速度是每秒465米.天空中各種天體東升西落的現(xiàn)象都是地球自轉(zhuǎn)的反映.人們最早利用地球自轉(zhuǎn)作為計量時間的基準(zhǔn).自20世紀(jì)以來由于天文觀測技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)是不均的.1967年國際上開始建立比地球自轉(zhuǎn)更為精確和穩(wěn)定的原子時.由于原子時的建立和采用,地球自轉(zhuǎn)中的各種變化相繼被發(fā)現(xiàn).現(xiàn)在天文學(xué)家已經(jīng)知道地球自轉(zhuǎn)速度存在長期減慢、不規(guī)則變化和周期性變化.
通過對月球、太陽和行星的觀測資料和對古代月食、日食資料的分析,以及通過對古珊瑚化石的研究,可以得到地質(zhì)時期地球自轉(zhuǎn)的情況.在6億多年前,地球上一年大約有424天,表明那時地球自轉(zhuǎn)速率比現(xiàn)在快得多.在4億年前,一年有約400天,2.8億年前為390天.研究表明,每經(jīng)過一百年,地球自轉(zhuǎn)長期減慢近2毫秒（1毫秒＝千分之一秒）,它主要是由潮汐摩擦引起的.此外,由于潮汐摩擦,使地球自轉(zhuǎn)角動量變小,從而引起月球以每年3～4厘米的速度遠(yuǎn)離地球,使月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期變長.除潮汐摩擦原因外,地球半徑的可能變化、地球內(nèi)部地核和地幔的耦合、地球表面物質(zhì)分布的改變等也會引起地球自轉(zhuǎn)長期變化.
地球自轉(zhuǎn)速度除上述長期減慢外,還存在著時快時慢的不規(guī)則變化,這種不規(guī)則變化同樣可以在天文觀測資料的分析中得到證實,其中從周期為近十年乃至數(shù)十年不等的所謂"十年尺度"的變化和周期為2～7年的所謂"年際變化",得到了較多的研究.十年尺度變化的幅度可以達(dá)到約±3毫秒,引起這種變化的真正機(jī)制目前尚不清楚,其中最有可能的原因是核幔間的耦合作用.年際變化的幅度為0.2～0.3毫秒,相當(dāng)于十年尺度變化幅度的十分之一.這種年際變化與厄爾尼諾事件期間的赤道東太平洋海水溫度的異常變化具有相當(dāng)?shù)囊恢滦?這可能與全球性大氣環(huán)流有關(guān).然而引起這種一致性的真正原因目前正處于進(jìn)一步的探索階段.此外,地球自轉(zhuǎn)的不規(guī)則變化還包括幾天到數(shù)月周期的變化,這種變化的幅度約為±1毫秒.
地球自轉(zhuǎn)的周期性變化主要包括周年周期的變化,月周期、半月周期變化以及近周日和半周日周期的變化.周年周期變化,也稱為季節(jié)性變化,是二十世紀(jì)三十年代發(fā)現(xiàn)的,它表現(xiàn)為春天地球自轉(zhuǎn)變慢,秋天地球自轉(zhuǎn)加快,其中還帶有半年周期的變化.周年變化的振幅為20～25毫秒,主要由風(fēng)的季節(jié)性變化引起.半年變化的振幅為8～9毫秒,主要由太陽潮汐作用引起的.此外,月周期和半月周期變化的振幅約為±1毫秒,是由月亮潮汐力引起的.地球自轉(zhuǎn)具有周日和半周日變化是在最近的十年中才被發(fā)現(xiàn)并得到證實的,振幅只有約0.1毫秒,主要是由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的.
地球公轉(zhuǎn)
1543年著名波蘭天文學(xué)家哥白尼在《天體運行論》一書中首先完整地提出了地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的概念.地球公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓的,公轉(zhuǎn)軌道半長徑為149597870公里,軌道的偏心率為0.0167,公轉(zhuǎn)的平均軌道速度為每秒29.79公里；公轉(zhuǎn)的軌道面（黃道面）與地球赤道面的交角為23°27',稱為黃赤交角.地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了地球上的晝夜變化,地球公轉(zhuǎn)及黃赤交角的存在造成了四季的交替.
從地球上看,太陽沿黃道逆時針運動,黃道和赤道在天球上存在相距180°的兩個交點,其中太陽沿黃道從天赤道以南向北通過天赤道的那一點,稱為春分點,與春分點相隔180°的另一點,稱為秋分點,太陽分別在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通過春分點和秋分點.對居住的北半球的人來說,當(dāng)太陽分別經(jīng)過春分點和秋分點時,就意味著已是春季或是秋季時節(jié).太陽通過春分點到達(dá)最北的那一點稱為夏至點,與之相差180°的另一點稱為冬至點,太陽分別于每年的6月22日前后和12月22日前后通過夏至點和冬至點.同樣,對居住在北半球的人,當(dāng)太陽在夏至點和冬至點附近,從天文學(xué)意義上,已進(jìn)入夏季和冬季時節(jié).上述情況,對于居住在南半球的人,則正好相反.
地極移動
地極移動,簡稱為極移,是地球自轉(zhuǎn)軸在地球本體內(nèi)的運動.1765年,歐拉最先從力學(xué)上預(yù)言了極移的存在.1888年,德國的屈斯特納從緯度變化的觀測中發(fā)現(xiàn)了極移.1891年,美國天文學(xué)家張德勒指出,極移包括兩個主要周期成分：一個是周年周期,另一個是近14個月的周期,稱為張德勒周期.前者主要是由于大氣的周年運動引起地球的受迫擺動,后者是由于地球的非剛體引起的地球自由擺動.極移的振幅約為±0.4角秒,相當(dāng)于在地面上一個12×12平方米范圍.
由于極移,使地面上各點的緯度、經(jīng)度會發(fā)生變化.1899年成立了國際緯度服務(wù),組織全球的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡專門從事緯度觀測,測定極移.隨著觀測技術(shù)的發(fā)展,從二十世紀(jì)六十年代后期開始,國際上相繼開始了人造衛(wèi)星多普勒觀測、激光測月、激光測人衛(wèi)、甚長基線干涉測量、全球定位系統(tǒng)測定極移,測定的精度有了數(shù)量級的提高.
根據(jù)近一百年的天文觀測資料,發(fā)現(xiàn)極移包含各種復(fù)雜的運動.除了上述周年周期和張德勒周期外,還存在長期極移,周月、半月和一天左右的各種短周期極移.其中長期極移表現(xiàn)為地極向著西徑約70°～80°方向以每年3.3～3.5毫角秒的速度運動.它主要是由于地球上北美、格棱蘭和北歐等地區(qū)冰蓋的融化引起的冰期后地殼反彈,導(dǎo)致地球轉(zhuǎn)動慣量變化所致.其它各種周期的極移主要與日月的潮汐作用以及與大氣和海洋的作用有關(guān).
歲差與章動
在外力的作用下,地球的自轉(zhuǎn)軸在空間的指向并不保持固定的方向,而是不斷發(fā)生變化.其中地軸的長期運動稱為歲差,而周期運動稱為章動.歲差和章動引起天極和春分點位置相對恒星的變化.公元前二世紀(jì),古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯在編制一本包含1022顆恒星的星表時,首次發(fā)現(xiàn)了歲差現(xiàn)象.中國晉代天文學(xué)家虞喜,根據(jù)對冬至日恒星的中天觀測,獨立地發(fā)現(xiàn)了歲差.據(jù)《宋史·律歷志》記載："虞喜云：'堯時冬至日短星昴,今二千七百余年,乃東壁中,則知每歲漸差之所至'".歲差這個名詞即由此而來.
牛頓第一個指出產(chǎn)生歲差的原因是太陽和月球?qū)Φ厍虺嗟缆∑鸩糠值奈?在太陽和月球的引力作用下,地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞黃極描繪出一個圓錐面,繞行一周約需26000年,圓錐面的半徑約為23°.5.這種由太陽和月球引起的地軸的長期運動稱為日月歲差.除太陽和月球的引力作用外,地球還受到太陽系內(nèi)其它行星的引力作用,從而引起地球運動的軌道面,即黃道面位置的不斷變化,由此使春分點沿赤道有一個小的位移,稱為行星歲差.行星歲差使春分點每年沿赤道東進(jìn)約0.13角秒.
地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞黃極作歲差運動的同時,還伴隨有許多短周期變化.英國天文學(xué)家布拉得雷在1748年分析了20年恒星位置的觀測資料后,發(fā)現(xiàn)了章動現(xiàn)象.月球軌道面（白道面）位置的變化是引起章動的主要原因.目前天文學(xué)家已經(jīng)分析得到章動周期共有263項之多,其中章動的主周期項,即18.6年章動項是振幅最大的項,它主要是由于白道的運動引起白道的升交點沿黃道向西運動,約18.6年繞行一周所致.因而,月球?qū)Φ厍虻囊ψ饔靡灿邢嗤芷谧兓?在天球上它表現(xiàn)為天極在繞黃極作歲差運動的同時,還圍繞其平均位置作周期為18.6年的運動.同樣,太陽對地球的引力作用也具有周期性變化,并引起相應(yīng)周期的章動.
地球的起源和演化
一、地球的起源
地球起源問題是同太陽系的起源緊密相聯(lián)系的,因此探討地球的起源問題,首先了解目前太陽系的三個主要特征是必要的.概括起來說,它們是：
1．太陽系中的九大行星,都按反時針方向繞太陽公轉(zhuǎn).太陽本身也以同一方向自轉(zhuǎn),這個特征稱為太陽系天體運動的同向性.
2．上述行星繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面,非常接近于同一平面,并且這個平面與太陽自轉(zhuǎn)赤道面的夾角也不到6°,這個特征稱為行星軌道運動的共面性.
3．除水星和冥王星外,其它所有行星的繞日公轉(zhuǎn)軌道都很接近于圓軌道.這個特征稱為行星軌道運動的近圓性.
關(guān)于地球的起源問題,已有相當(dāng)長的探討歷史了.在古代,人們就曾探討了包括地球在內(nèi)的天地萬物的形成問題,在此期間,逐漸形成了關(guān)于天地萬物起源的"創(chuàng)世說".其中流傳最廣的要算是《圣經(jīng)》中的創(chuàng)世說.在人類歷史上,創(chuàng)世說曾在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)占據(jù)了統(tǒng)治地位.
自1543年波蘭天文學(xué)家哥白尼提出了日心說以后,天體演化的討論突破了宗教神學(xué)的桎梏,開始了對地球和太陽系起源問題的真正科學(xué)探討.1644年,笛卡兒（R.Descartes）在他的《哲學(xué)原理》一書中提出了第一個太陽系起源的學(xué)說,他認(rèn)為太陽、行星和衛(wèi)星是在宇宙物質(zhì)渦流式的運動中形成的大小不同的旋渦里形成的.一個世紀(jì)之后,布封（G.L.L. de Buffon）于1745年在《一般和特殊的自然史》中提出第二個學(xué)說,認(rèn)為：一個巨量的物體,假定是彗星,曾與太陽碰撞,使太陽的物質(zhì)分裂為碎塊而飛散到太空中,形成了地球和行星.事實上由于彗星的質(zhì)量一般都很小,不可能從太陽上撞出足以形成地球和行星的大量物質(zhì)的.在布封之后的200年間,人們又提出了許多學(xué)說,這些學(xué)說基本傾向于笛卡爾的"一元論",即太陽和行星由同一原始?xì)怏w云凝縮而成；也有"二元論"觀點,即認(rèn)為行星物質(zhì)是從太陽中分離出來的.1755年,著名德國古典哲學(xué)創(chuàng)始人康德（I. Kant）提出"星云假說".1796年,法國著名數(shù)學(xué)和天文學(xué)家拉普拉斯（P. S. Laplace）在他的《宇宙體系論》一書中,獨立地提出了另一種太陽系起源的星云假說.由于拉普拉斯和康德的學(xué)說在基本論點上是一致的,所以后人稱兩者的學(xué)說為"康德－拉普拉斯學(xué)說".整個十九世紀(jì),這種學(xué)說在天文學(xué)中一直占有統(tǒng)治的地位.
到本世紀(jì)初,由于康德－拉普拉斯學(xué)說不能對太陽系的越來越多的觀測事實作出令人滿意的解釋,致使"二元論"學(xué)說再度流行起來.1900年,美國地質(zhì)學(xué)家張伯倫（T. C. Chamberlain）提出了一種太陽系起源的學(xué)說,稱為"星子學(xué)說"；同年,摩耳頓（F. R. Moulton）發(fā)展了這個學(xué)說,他認(rèn)為曾經(jīng)有一顆恒星運動到離太陽很近的距離,使太陽的正面和背面產(chǎn)生了巨大的潮汐,從而拋出大量物質(zhì),逐漸凝聚成了許多固體團(tuán)塊或質(zhì)點,稱為星子,進(jìn)一步聚合成為行星和衛(wèi)星.
現(xiàn)代的研究表明,由于宇宙中恒星之間相距甚遠(yuǎn),相互碰撞的可能性極小,因此,摩耳頓的學(xué)說不能使人信服.由于所有災(zāi)變說的共同特點,就是把太陽系的起源問題歸因于某種極其偶然的事件,因此缺少充分的科學(xué)依據(jù).著名的中國天文學(xué)家戴文賽先生于1979年提出了一種新的太陽系起源學(xué)說,他認(rèn)為整個太陽系是由同一原始星云形成的.這個星云的主要成份是氣體及少量固體塵埃.原始星云一開始就有自轉(zhuǎn),并同時因自引力而收縮,形成星云盤,中間部分演化為太陽,邊緣部分形成星云并進(jìn)一步吸積演化為行星.
總的來說,關(guān)于太陽系的起源的學(xué)說已有40多種.本世紀(jì)初期迅速流行起來的災(zāi)變說,是對康德－拉普拉斯星云說的挑戰(zhàn)；本世紀(jì)中期興起的新的星云說,是在康德－拉普拉斯學(xué)說基礎(chǔ)上建立起來的更加完善的解釋太陽系起源的學(xué)說.人們對地球和太陽系起源的認(rèn)識也是在這種曲折的發(fā)展過程中得以深化的.
至此,我們可以對形成原始地球的物質(zhì)和方式給出如下可能的結(jié)論.形成原始地球的物質(zhì)主要是上述星云盤的原始物質(zhì),其組成主要是氫和氦,它們約占總質(zhì)量的98％.此外,還有固體塵埃和太陽早期收縮演化階段拋出的物質(zhì).在地球的形成過程中,由于物質(zhì)的分化作用,不斷有輕物質(zhì)隨氫和氦等揮發(fā)性物質(zhì)分離出來,并被太陽光壓和太陽拋出的物質(zhì)帶到太陽系的外部,因此,只有重物質(zhì)或土物質(zhì)凝聚起來逐漸形成了原始的地球,并演化為今天的地球.水星、金星和火星與地球一樣,由于距離太陽較近,可能有類似的形成方式,它們保留了較多的重物質(zhì)；而木星、土星等外行星,由于離太陽較遠(yuǎn),至今還保留著較多的輕物質(zhì).關(guān)于形成原始地球的方式,盡管還存在很大的推測性,但大部分研究者的看法與戴文賽先生的結(jié)論一致,即在上述星云盤形成之后,由于引力的作用和引力的不穩(wěn)定性,星云盤內(nèi)的物質(zhì),包括塵埃層,因碰撞吸積,形成許多原小行星或稱為星子,又經(jīng)過逐漸演化,聚成行星,地球亦就在其中誕生了.根據(jù)估計,地球的形成所需時間約為1千萬年至1億年,離太陽較近的行星（類地行星）,形成時間較短,離太陽越遠(yuǎn)的行星,形成時間越長,甚至可達(dá)數(shù)億年.
至于原始的地球到底是高溫的還是低溫的,科學(xué)家們也有不同的說法.從古老的地球起源學(xué)說出發(fā),大多數(shù)人曾相信地球起初是一個熔融體,經(jīng)過幾十億年的地質(zhì)演化歷程,至今地球仍保持著它的熱量.現(xiàn)代研究的結(jié)果比較傾向地球低溫起源的學(xué)說.地球的早期狀態(tài)究竟是高溫的還是低溫的,目前還存在著爭論.然而無論是高溫起源說還是低溫起源說,地球總體上經(jīng)歷了一個由熱變冷的階段,由于地球內(nèi)部又含有熱源,因此這種變冷過程是極其緩慢的,直到今天地球仍處于繼續(xù)變冷的過程中.
二、地球的演化
地表的基本輪廓可以明顯地分為兩大部分,即大陸和大洋盆地.大陸是地球表面上的高地,大洋盆地是相對低洼的區(qū)域,它為巨量的海水所充填.大陸和大洋盆地共同構(gòu)成了地球巖石圈的基本組成部分.因此,巖石圈的演化問題,也就是大陸和大洋盆地的構(gòu)造演化問題.有關(guān)地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)請參見地球各圈層結(jié)構(gòu)一節(jié).
現(xiàn)在,絕大部分地球科學(xué)家都確認(rèn)大陸漂移現(xiàn)象,并一致認(rèn)為地球上海洋與陸地的結(jié)構(gòu)分布和變化與大陸漂移運動直接相關(guān).比較堅硬的地球巖石圈板塊作為一個單元在其之下的地球軟流圈上運動；由于巖石圈板塊的相對運動,導(dǎo)致了大陸漂移,并形成了今天地球上的海洋和陸地的分布.地球巖石圈可分為大洋巖石圈和大陸巖石圈,總體上,前者的厚度是后者的一半,其中大洋巖石圈厚度很不均勻,最厚處可達(dá)80公里.
大部分大型的地球板塊由大陸巖石圈和大洋巖石圈組成,但面積巨大的太平洋板塊由單一的大洋巖石圈構(gòu)成.地球上陸地面積約占整個地球面積的30％,其中約70％的陸地分布在北半球,并且位于近赤道和北半球中緯度地區(qū),這很可能與地球自轉(zhuǎn)引起的大陸巖塊的離極運動有關(guān).
在全球范圍內(nèi),分布在大陸附近的大陸殼島嶼幾乎全部位于大陸的東海岸一側(cè),個別一些大陸東部邊緣,則被一連串的大陸殼島嶼構(gòu)成的花彩狀島群所環(huán)繞,形成了顯著的向東凸出的島弧.這種全球大陸殼島嶼的分布特征,可以用巖石圈板塊的普遍向西運動和邊緣海底的擴(kuò)張理論來加以解釋.長期以來,人們就注意到地表上的某些大陸構(gòu)造能夠拼合在一起,這就好像是一個拼板玩具,特別是非洲的西海岸與南美洲的東海岸之間的吻合性最為明顯.這種現(xiàn)象可以用大陸巖石圈的直接破裂和大陸巖塊體的長期漂移得到解釋.這就是我們后面將要介紹的關(guān)于杜托特提出的現(xiàn)今的大陸是由北半球的勞亞古陸和南極洲附近的岡瓦納古陸的破裂后漂移形成的.
1966年,梅納德（H. W. Menard）等匯集了當(dāng)時所有的有關(guān)海洋深度的探測資料,再度進(jìn)行了世界海洋深度的統(tǒng)計,得到全球陸地在海平面以上的平均高程為0.875公里,大洋的平均深度為3.729公里.大陸和大洋之間存在為海水所淹沒的數(shù)拾公里寬的邊緣地帶,這個地帶包括大陸架和大陸坡,兩者共占地球表面積的10.9%.大陸地殼和大洋地殼的差異非常明顯,大陸地殼的化學(xué)成份主要是花崗巖質(zhì),而大洋盆地下的巖石主要是由玄武巖或輝長巖構(gòu)成.因此,整個地殼又可以分為大陸硅鋁殼和大洋硅鎂殼兩大類型.
有關(guān)大陸的起源問題,地質(zhì)和地球物理學(xué)家杜托特（A. L. Du Toit）于1937年在他的《我們漂移的大陸》一書中提出了地球上曾存在兩個原始大陸的模式.如果這個模式成立,那么這兩個原始大陸分別被稱為勞亞古陸（Lanrasia）和岡瓦納古陸（Gondwanaland）；這實際上就象以前魏格納等人所主張的那樣,把全球大陸只拼合為一個古大陸.杜托特認(rèn)為,兩個原始大陸原來是在靠近地球兩極處形成的,其中勞亞古陸在北,岡瓦納古陸在南,在它們形成以后,便逐漸發(fā)生破裂,并漂移到今天大陸塊體的位置.
早在19世紀(jì)末,地質(zhì)家學(xué)休斯（E. Suess）已認(rèn)識到地球南半球各大陸的地質(zhì)構(gòu)造非常相似,并將其合并成一個古大陸進(jìn)行研究,并稱其為岡瓦納古陸,這個名稱源于印度東中部的一個標(biāo)準(zhǔn)地層區(qū)名稱（Gondwana）.岡瓦納古陸包括現(xiàn)今的南美洲、非洲、馬達(dá)加斯加島、阿拉伯半島、印度半島、斯里蘭卡島、南極洲、澳大利亞和新西蘭.它們均形成于相同的地質(zhì)年代,巖層中都存在同種的植物化石,被稱為岡瓦納巖石.杜托特用以證明勞亞古陸和岡瓦納古陸的存在和漂移的主要證據(jù),是來自地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)和古氣候?qū)W方面.根據(jù)三十多年中積累起來的資料,有力地證明岡瓦納古陸的理論基本上是正確的.
勞亞古陸是歐洲、亞洲和北美洲的結(jié)合體,這些陸塊即使在現(xiàn)在還沒有離散得很遠(yuǎn).勞亞古陸有著很復(fù)雜的形成和演化歷史,它主要由幾個古老的陸塊合并而成,其中包括古北美陸塊、古歐洲陸塊、古西伯利亞陸塊和古中國陸塊.在晚古生代（距今約3億年前）這些古陸塊逐步靠擾并碰撞,大致在石炭紀(jì)早中期至二疊紀(jì)（即2億至2億7千萬年前）才逐步閉合.古地質(zhì)、古氣候和古生物資料表明,勞亞古陸在石炭～二疊紀(jì)時期位于中、低緯度帶.在中生代以后（即最近的1－2億年間）勞亞大陸又逐步破裂解體,從而導(dǎo)致北大西洋擴(kuò)張形成.研究表明,全球新的造山地帶的形成和分布,都是勞亞古陸和岡瓦納古陸破裂和漂移的構(gòu)造結(jié)果.在這過程中,大陸巖塊的不均勻向西運動和離極運動的規(guī)律十分明顯.總的看來,勞亞古陸曾位于北半球的中高緯度帶,岡瓦納古陸則曾一度位于南半球的南極附近；這兩個大陸之間由被稱為古地中海（也稱為特提斯地槽）的區(qū)域所分隔開.
在杜托特（1937年）提出勞亞古陸與岡瓦納古陸理論之前,魏格納（A.L.Wegener）早在1912年曾提出了地球上曾只有一個原始大陸存在的理論,稱為聯(lián)合古陸.魏格納認(rèn)為,它是在石炭紀(jì)時期（距今約2.2億－2.7億年前）形成的.魏格納把聯(lián)合古陸作為他描述大陸漂移的出發(fā)點.然而根據(jù)人們現(xiàn)在的認(rèn)識,魏格納所提出的聯(lián)合古陸決不是一個原始的大陸.雖然仍有很大一部分人贊同聯(lián)合古陸觀點,但他們所作出的古大陸復(fù)原圖與魏格納所提出的復(fù)原圖相比,已存在很大的差別,相反倒有些接近杜托特的兩個古大陸分布的理論.
最近2億年以來的大陸漂移和板塊運動,已得到了確切證明和廣泛的承認(rèn).然而有人推測,板塊運動很可能早在30億年前就已經(jīng)開始了,而且不同地質(zhì)時期的板塊運動速度是不同的,大陸之間曾屢次碰撞和拼合,以及反復(fù)破裂和分離.大陸巖塊的多次碰撞形成了褶皺山脈,并連接在一起形成新的大陸,而由大洋底擴(kuò)張形成新的大洋盆地.因此,要準(zhǔn)確復(fù)原出大陸在2億多年前所謂的"漂移前的漂移"是十分困難的.地球的年齡已有46億年歷史,目前已經(jīng)知道地球上最古老的巖石年齡為37億年,并且分布的面積相當(dāng)小.這樣,從46億年到37億年間,約有9億年的間隔完全缺失地質(zhì)資料.此外,地球上25億年前的地質(zhì)記錄也非常有限,這對研究地球早期的歷史狀況帶來不少困難,因此,直到現(xiàn)在我們還沒有一個關(guān)于地球早期歷史的統(tǒng)一的理論.
大洋的起源與演化
有關(guān)大洋的起源和演化研究從本世紀(jì)初才開始,在此之前一般認(rèn)為大洋盆地是地球表面上永存的形態(tài),也即大洋盆地自從貯水形成以來,其位置和分布格局是固定的.隨著地球科學(xué)的發(fā)展,特別是本世紀(jì)初以魏格納為首的大陸漂移這一革命性的學(xué)說的提出,對自最近的2億多年以來大洋的起源和演化有了突破性的認(rèn)識.
對于大陸漂移學(xué)說,并非一開始就得到許多人支持的,因為當(dāng)時對引起大陸漂移的機(jī)制,即力源問題并沒有很好解決.1931年,霍姆斯等人提出了地幔對流學(xué)說,用于解釋大陸漂移的力源,然而這個觀點在當(dāng)時很少受到人們的注意.19世紀(jì)后期,有人建立了地球收縮的全球構(gòu)造學(xué)說,用于解釋地球上為什么會有如此大規(guī)模的造山運動.然而,本世紀(jì)50年代以后,隨著全球性大洋中裂谷的巨大拉張性證據(jù)的發(fā)現(xiàn),收縮學(xué)說被普遍放棄了,與此同時,地球膨脹學(xué)說很快流行起來.膨脹說認(rèn)為,地球開始時很小,直徑是現(xiàn)今地球的一半.由于地球大幅度膨脹,原始地殼裂開成為現(xiàn)在的大陸,裂開的地方經(jīng)過不斷發(fā)展成為現(xiàn)代的大洋盆地.并且,由于地球的大幅度膨脹引起的所謂大陸漂移,表明大陸塊基本上是停留在原地的,即各大陸之間和大陸相對于地幔之間并沒有發(fā)生過顯著的移動.由于膨脹說無法解釋大陸地殼上廣泛發(fā)育的褶皺山脈構(gòu)造特征是怎么形成的,霍姆斯等人的地幔對流說很快再次被重視.60年代初,隨著洋底探測資料的迅速積累,赫斯（H. H. Hess）和迪茨（R. S. Dietz）首先把地幔對流方案發(fā)展為海底擴(kuò)張的學(xué)說.赫斯在1962年發(fā)表了《大洋盆地的歷史》一文,提出了大洋起源的新觀點,即海底擴(kuò)張理論.赫斯認(rèn)為洋底的主要構(gòu)造就是由地幔對流作用的直接表現(xiàn).海底擴(kuò)張理論證明,大陸和洋底是在對流著的地幔上被動地移動著,而不像早期的大陸漂移說所主張的大陸在洋底上主動漂移.海底擴(kuò)張理論提出后不久,一些別的洋底觀測結(jié)果,諸如洋底地殼構(gòu)造、地磁、地震震源和地?zé)崃髁糠植嫉葘@個理論提供了有力證據(jù).這種情況下,使得大部分的學(xué)者都轉(zhuǎn)向了關(guān)于海底擴(kuò)張的研究.現(xiàn)在已經(jīng)普遍確認(rèn),可以用海底擴(kuò)張和板塊運動理論解釋大洋起源和演化,大洋盆地的固定論看來是過時了.海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造學(xué)說對大洋的起源和演化的理論解釋的基礎(chǔ)都是地幔對流說.
現(xiàn)代研究證實,大洋最初是在大陸內(nèi)部孕育的,并開始于大陸巖石圈中的裂谷.大陸在裂谷處破裂并相互分離,從而開始產(chǎn)生新的大洋盆地.魏格納曾把南大西洋兩對岸的吻合作為闡述大陸漂移說的出發(fā)點.事實上,把南美洲與非洲兩大陸拼合到一起,不僅大陸邊沿地形輪廓非常吻合,而且?guī)r石類型和地質(zhì)構(gòu)造也可以對接起來.現(xiàn)已證明,大西洋在二疊紀(jì)（2億5千萬年前）時還根本不存在,據(jù)估計,形成中大西洋的大陸裂谷發(fā)生在稍后的三疊紀(jì)（約1億6千萬－1億9千萬年前）.至侏羅紀(jì)末期（約1億2千萬年前）,中大西洋可能已張開達(dá)1000公里的寬度；南大西洋的張開大約開始于早白堊紀(jì)（約1億1千萬年前）,而最初的裂谷發(fā)生在晚侏羅紀(jì)（約1億3千萬年前）；北大西洋張開最晚,大約開始于第三紀(jì)初（約6000－7000萬年前）,與此同時,由北大西洋裂谷向東北延展而伸入格陵蘭與歐洲之間,挪威海隨之張裂開.從6千萬年到2千萬年前,挪威海、巴芬海和北大西洋主體都在擴(kuò)張,但速率和方向均有些變化.綜上所述,現(xiàn)今的那些廣闊的大洋盆地并不是從來如此,而是長期的地球運動和演化的結(jié)果.大洋由狹窄海灣到寬闊盆地的發(fā)展,是通過持續(xù)發(fā)生的大規(guī)模海底擴(kuò)張過程實現(xiàn)的.海底擴(kuò)張和板塊運動的動力都是地幔對流.
由于地球原始地殼自從形成以來,從來沒有停止過大規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的運動.因此,可以肯定地說,現(xiàn)在地球上大洋和陸地的形態(tài)就是過去數(shù)拾億年來大規(guī)模地殼運動的結(jié)果.
出處：上海網(wǎng)上天文臺