板块构造启动时间的争议、进展与思考

板块构造理论建立半个世纪以来的重大挑战之一是地球何时启动了板块构造.目前,学术界将俯冲作用作为识别板块构造存在的标志,将最古老俯冲证据或效应与板块构造启动等同起来.焦点在于,“最古老”的俯冲证据是否代表板块构造启动.局部地区“俯冲”证据不能等同于板块构造,全球联动的俯冲体系是板块构造的本质所在.在华北克拉通北缘获得20～18亿年前板块运动和板块俯冲的证据链条后,将基于华北克拉通的关键发现置于全球背景下开展综合对比,提出地球在20亿年前才真正启动具有全球联动的板块俯冲系统.板块俯冲牵引作用使得超大陆得以形成.因此,超大陆是全球板块联动的结果,可以用来判断板块构造的启动.     

《地球系统与演变》:未来地球科学的脉络

<正>可能源于科学自身的规律,地球科学的主旋律每隔二三十年就会发生一次大变革.二十世纪六七十年代以地球固体圈层运动规律为主攻对象的板块构造研究,导致板块理论的诞生,被认为是可与相对论、量子力学和分子生物学的产生相提并论的自然科学重大突破,也极大地推动了矿产资源和灾害等问题的解决.20世纪80年代开始的全球变化研究,是地球科学的另一主旋律.它主要以地     

新十年科学大洋钻探——照亮地球的过去、现在和未来

新十年国际大洋发现计划(2013-2023)以探索深部了解整个地球系统为目标,围绕气候与海洋环境、深部生物圈、地球内部与表层连接、灾害与观测等四大科学主题,预测未来,预警灾害,提出了14个前沿科学问题。继板块构造学说掀起地球科学领域的一场革命之后,科学大洋钻探将触发地球科学领域新的革命。     

海底黑烟囱--远古海底世界的模板

海洋,地球资源的大宝藏,在陆地资源日益枯竭的今天,将越来越成为人类未来生产和生活的依靠.从海洋中引发的许多问题和思考,还促进了科学理论和技术的不断向前发展,如板块构造理论,就是在对海洋的研究中不断完善和发展起来的.     

地球内部的探索者

这里发表的两篇文章,意在向读者提供有关地球科学史上的新旧思想之间的一场激烈争论的概况。板块构造理论的先驱者,德国地质学家A.魏格纳早在本世纪初就提出大陆漂移理论,不过当时遭到了激烈的反对。直到六十年代才得到证实,这应归功于加拿大地球物理学家J.T.威尔逊。然而,当板块理论风靡全球时,苏联的地质学家别洛乌索夫则认为“这个假说不能接受”。他还武断地说“太西洋周缘不存在任何漂离的”现象。那么,板块构造理论到底怎样?请读者把这两篇文章看完,就会明白谁对谁错了。     

板块构造启动的时间和机制:理论和经验探索

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动,主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致.板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(selforganizing,far from equilibrium complex system,SOFFECS),其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力,同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流圈地幔的耗散作用.在太阳系内侧5个硅酸质行星中,板块构造仅发育于地球,这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式.目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的.所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海阶段.行星固结后,静止盖层模式是行星冷却的共同途径,即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层,此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸.由于地球早期温度较高,通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈,即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成.这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间,因此地球早期即便有板块构造存在,其规模也比较零星.只有当地球冷却到一定程度,扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需几十个百万年就可以产生反向浮力时,才能形成与现今风格相似的、可持续性的板块构造.板块构造启动时间的认识最终取决于人们对相关地质记录(事件)的研究成果.板块构造的判别依据包括蛇绿岩、蓝片岩、超高压变质带、榴辉岩、被动大陆边缘、转换断层、指示克拉通陆块移动轨迹的古地磁研究以及岩浆岩地球化学和同位素构造判别等等.对地质记录的解释必须综合各方面的信息.本人认为现存的地质事件记录了地球构造随时间演化的过程,即太古代时期构造和岩浆活动剧烈,大约在1.9 Ga时开始出现近似的板块构造,在新元古代才开始出现与现代相似的、可持续的、具有深俯冲和板片拖曳特性的板块构造.     

大洋岩石圈地幔中的古老克拉通碎片

<正>根据板块构造理论,地球的外壳是由一系列大小不一的刚性板块构成.这些刚性板块又称为岩石圈,包括上部的地壳和下部的岩石圈地幔.对于具体的板块而言,其岩石圈地幔的年龄是否与上覆地壳的年龄严格耦合,是固体地球科学领域的一个非常关键的基础问题.这事关对于同一地区的地壳是否与其下方的地幔同时形成、能否用地幔橄榄岩的模式年龄来判断岩石圈地幔属性等一系列问题的回答,     

板块构造学说向何处去?

板块构造的概念彻底引起了地学革命。自一百年以前的这个星期,Alfred Wegener诞生之日开始出现的一连串学说的下一个将是什么呢? 板块构造的概念认为地球表层(岩石圈)是由六块或更多一些的大板块组成的,这些板块聚合、分离或走向滑动。这个理论假定每一板块以一个刚性单元活动,仅仅可能在边缘发生变形。地球的一些最     

古地球表面的一个新见解

地质学家们掌握了直接证据证明,在过去两亿年间海底扩张和板块构造形成了地球表面。板块构造的间接证据可追溯到十亿年以前,而最古老的陆地有相当长的历史,大约二十五亿年。那么到底什么力量构成古地球的表面呢?设在戴维斯(Davis)的加利福尼     

板块构造启动的时间和机制

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动，主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致。板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(self organizing, far from equilibrium complex system, SOFFECS)，其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力(negative buoyancy)，同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流地幔的耗散作用(dissipation)。在太阳系内侧5个硅酸质行星中，板块构造仅发育于地球，这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式。目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的。所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海 (magma ocean) 阶段。行星固结后，静止盖层(stagnant lid)模式是行星冷却的共同途径，即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层，此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸。由于地球早期温度较高，通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈，即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成。这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间，因此地球早期即便有板块构造存在，其规模也比较零星。只有当地球冷却到一定程度，扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需     

地质科学发展的新机遇: 对地质学发展趋势的思考

地质学作为一门传统科学, 在经历了板块构造理论革命后, 正在面临新的发展机遇——社会可持续发展的需求, 在全球环境变化、人类与自然协调发展等方面提出了许多前所未有的科学命题; 随着地球科学各分支学科在各自领域的深化, 并在系统性和整体性的高度上相互结合, 形成了关于地球系统的新兴领域, 成为地球科学发展所面临的重大挑战. 面对地球科学发展的新趋势, 地质学家将在地球环境演变的历史记录、地球生命与环境的协同演化、固体地球内部与地球表层的联系及其相互作用以及现代地质过程与人类活动的互馈等领域作出独特的贡献. 在研究理念上, 从“将今论古”的认识过程, 发展到以地质记录为现代过程及未来预测提供启示. 我国地质学具有独特的地域优势和研究积累, 如能抓住发展的机遇, 可能出现新的繁荣时期, 并为社会做出重要贡献.     

制造地震和火山的可怕地方/大陆漂移说从魏格纳的意外发现说起

世界上绝大多数的地震、火山和海啸都产生于板块相接的地方,也正是在这些地方,地球的暴怒达到了顶点。那么,板块构造是怎样发现的呢？     

华北克拉通基底构造格架及形成模式

早前寒武纪地质是当代地质学研究的热点之一.由于现代板块构造模式及其修正模式运用于早前寒武纪地质遇到许多难以跨越的障碍,有必要从新的角度建立早前寒武纪地质演化的端员模式.根据行星起源的星子堆积理论,地球是由大量有级序(hierarchical)星子堆积增生而成.据Nd同位素等地球化学资料揭示,3.8Ga以前,全球大陆克拉通基底均起源于     

测量大陆移动的两项新技术

地球板块构造理论在20年前被提出以后,研究地球问题的科学家们就在根据千百年来在地质资料方面得到的平均数据来测量地球的十二个板块的界限和它们之间相对移动的情况,即研究运载大陆和海洋外壳的这些板块的飘移现象。在这些测量工作上取得的最大成绩要算最近采用的两项新技术。这两项新测量技术的共同特点是使用空间作为参考系(或叫参考构架)。一种叫做特长基线干涉度量法(Very Long Base line Interferometry简称VLBI),它是在地球上各个定点设立监听站,把从宇宙空间各个类星体所发射出来的无线电信号记入     

地球内部在进行着什么样的运动?

尽管板块构造学解释了地球的地质情况，但是它仅仅解释了关于地球表层的问题，地球深处正处于什么样的状态？为什么会是这样的状态？这些问题是我们必须解答的：在距地表6300千米深处以下的板块结构主要是岩石和铁，岩石与铁相融和搅动是地球热力发动机的内部情况。构造板块的活动影响着地表，好比是钟表移动的时针和分针在告诉人们时间，它们由默默运行着的机械驱动着。     

关于地幔柱大辩论

地质过程最终是地球热演化的结果.板块构造理论之所以能解释板块边缘所有地质现象,正是因为地幔冷却的缘故.例如,大洋板块在洋中脊形成,这些板块的运动和生长以及最终通过俯冲消减进入地幔是使地幔冷却降温的有效机理,从而导致大规模的地幔对流.地幔柱能解释如板内岩浆活动等另     

海陆的变迁

世界地图里的秘密 板块构造学是一种成功地解释了大陆漂移现象的地质学理论,它认为地球的表面是一些大大小小的板块,在漫长的地质年代里,那些板块在地幔的软流圈卜缓缓地移动,于是地球的表面无时无刻不在进行着板块之间的分裂与碰撞,那些板块移动非常缓慢,甚至赶不上人类手指甲的牛长速度,然而这样的速度却注定了它们在2.5亿年以前呆在与现在完全不同的地方,海洋和陆地的分布也根本不是现在的这种模样.     

超高压变质与大陆碰撞研究进展: 以大别-苏鲁造山带为例

大陆深俯冲研究已经成为21世纪发展板块构造理论的前沿和核心课题. 大别-苏鲁造山带出露有世界上最大的超高压变质构造单元, 地球科学家以此作为天然实验室, 在超高压变质和大陆碰撞的一些重要领域取得了国际上有影响力的系列成果. 本文概括了其中12个方面的突出进展, 主要包括超高压变质岩的空间分布范围、超高压变质作用的年龄、超高压变质作用的持续时间、深俯冲陆壳的原岩性质、大陆碰撞过程中的俯冲侵蚀和地壳拆离、大陆地壳俯冲的可能深度、大陆俯冲带深部流体活动、大陆碰撞过程中的部分熔融、大陆俯冲带深部元素活动性、俯冲大陆地壳物质再循环、碰撞后岩浆作用的地球动力学机制、碰撞造山带岩石圈结构等. 对今后研究的问题和方向也提出了建议.     

大洋钻探引航地球科学

<正>8月,在厄瓜多尔沿海,科学家正在搜寻海底两个狭长钻探洞中聚集的微生物。此次巡航,是大洋钻探长达50年历史中最近的一次,科学家乘上了传奇的研究船乔迪斯·决心号。大洋钻探已经彻底改变了地球科学,它帮助研究人员确认了板块构造理论,发现了海洋地壳深处的微生物,探索了地震和海啸的潜在风险。但     

500万年后的地球新物种

严酷的生态环境会如何影响生物进化呢?有科学家对500万年后的地球做了一个描述。500万年后,地球将再次进入冰河期,全球将变得异常寒冷,阳光成了转瞬即逝的奢侈品;在板块构造的运动下,非洲向北漂移与欧洲融为一体,地中海因雨量匮乏变得干涸;曾是