3 地質(zhì)拼圖

地球已存在了大約46億年，在這期間，陸地和海洋都發(fā)生了很大的變化。新的地殼巖石不斷被創(chuàng)造出來，它們中的一些會(huì)在地表待很長時(shí)間，而另一些則只能短暫停留，還有一些被摧毀及再循環(huán)。

只需對(duì)現(xiàn)代世界地圖瞥一眼，人們也許就能發(fā)現(xiàn)大陸像是被豎鋸切成塊，很多大陸是可以大致拼在一起的——這最早是在1620年發(fā)現(xiàn)的。1912年，奧地利氣象學(xué)家阿爾弗雷德·魏格納出版了一本書，其中指出非洲西海岸和南美洲東海岸巖石中發(fā)現(xiàn)的古老化石殘留很相似。因此，他猜測這也許不僅僅是巧合，是不是意味著這兩塊大陸曾經(jīng)是連在一起的呢？

這個(gè)想法最初并沒有受到重視。然而，20世紀(jì)50年代晚期到60年代初期，利用地球化學(xué)、地球物理學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)以及古生物學(xué)、地層學(xué)的傳統(tǒng)方法取得的突破，證明魏格納當(dāng)初的猜測是正確的——大陸確實(shí)漂移過。現(xiàn)在，新的理解是：地球的巖石圈是分割的，單個(gè)的板塊都處于不斷的運(yùn)動(dòng)中。

活動(dòng)帶和穩(wěn)定帶

大部分地球地殼的地質(zhì)狀況在多數(shù)時(shí)間內(nèi)都是很穩(wěn)定的。劇烈的地質(zhì)活動(dòng)只限于狹窄的線形地帶，被稱為活動(dòng)帶——通常處在板塊邊緣，火山、地震和造山運(yùn)動(dòng)一般發(fā)生在這里。在活動(dòng)帶之間是廣闊且相對(duì)平坦的穩(wěn)定帶。

每一處穩(wěn)定的大陸地區(qū)都是由好幾部分構(gòu)成的。因此，澳大利亞和北美內(nèi)陸地區(qū)都是很平坦的，并且自前寒武紀(jì)時(shí)期（40多億年前的地球形成時(shí)期）以來就沒有發(fā)生過什么重大地質(zhì)變化。澳大利亞古老的穩(wěn)定核心區(qū)位于大陸的中部和西部，它的組成部分被過去的造山運(yùn)動(dòng)帶隔開了。該穩(wěn)定地塊上覆蓋著的沉積巖顯示，在15億多年的時(shí)間內(nèi)，該地區(qū)的沉積作用幾乎一直是連續(xù)的——這是穩(wěn)定帶的特征。

火山和地震都會(huì)破壞局部的地殼，但它們是一種更廣泛的現(xiàn)象——造山運(yùn)動(dòng)的一部分。陸地褶皺山脈是由發(fā)生于板塊邊緣的復(fù)雜碰撞過程造成的。海洋地殼及其沉積物堆積層會(huì)發(fā)生俯沖并埋入地幔，在此過程中，它們的溫度會(huì)升高，熔化、變形并經(jīng)歷變質(zhì)作用，最后形成新的海底山脈鏈。

活動(dòng)帶被穩(wěn)定地帶間隔著。縱觀全球，可以發(fā)現(xiàn)造山帶形成了大陸的邊緣，并周期性地被吸積到大陸核心地區(qū)。活動(dòng)帶的歷史是循環(huán)的，在相對(duì)平靜的時(shí)期，造山運(yùn)動(dòng)改變著地球的面貌。

造山運(yùn)動(dòng)包括火山作用、巖漿運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)——統(tǒng)稱為火成活動(dòng)。由于涉及諸多過程，單個(gè)造山帶的歷史都很復(fù)雜。火成活動(dòng)在某些時(shí)期——28億至26億年前、19億至16億年前、11億至9億年前，以及5億年前曾達(dá)到頂峰，這表明地球的熱“引擎”在另一個(gè)循環(huán)開始前需要儲(chǔ)存足夠的能量。

背離型板塊邊緣——兩大板塊背離的地區(qū)也是一個(gè)地質(zhì)運(yùn)動(dòng)活躍的地區(qū)。來自地幔的物質(zhì)不斷上涌到接近表面的洋脊之下，進(jìn)而形成大裂谷、水合作用（礦物中含水的隆起結(jié)構(gòu)）和熔巖噴發(fā)。巖漿侵入亞地殼形成巖墻和巖床。來自“麥哲倫”宇宙飛船的最新資料顯示，金星上也有類似的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，且區(qū)域更廣。

游移的大陸

關(guān)于大陸漂移學(xué)說（地球進(jìn)化理論之一）的證據(jù)很多。該理論認(rèn)為現(xiàn)代大陸是一個(gè)古代超級(jí)大陸的互鎖組成部分，它大約于2億年前發(fā)生分裂。大陸漂移學(xué)說的有力證據(jù)之一是非洲撒哈拉地盾的構(gòu)造，撒哈拉地盾是有20億年歷史的古老克拉通地塊，它的內(nèi)部有明顯的南-北向紋理，但在沿大西洋邊緣地區(qū)則轉(zhuǎn)變?yōu)闁|西指向。古老巖石和年輕巖石之間的界限分明——在加納沿岸“沖”進(jìn)海洋。沿南美東海岸地質(zhì)特征和巴西幾乎一樣，這說明兩塊大陸曾經(jīng)是連在一起的，后來因漂移才分裂開來。類似的證據(jù)在其他大陸上也有發(fā)現(xiàn)。

古生物學(xué)也提供了大陸漂移的證據(jù)。發(fā)現(xiàn)于非洲和格陵蘭島的化石遺跡表明：在志留紀(jì)（4.3億年前），非洲正處于冰川期（溫度很低，冰層蔓延），而格陵蘭島則有著熱帶氣候，之后，兩塊大陸的緯度（由于漂移）都發(fā)生了很大的變化。類似的關(guān)于氣候模式變化的證據(jù)在其他大陸上也有發(fā)現(xiàn)。

大陸漂移學(xué)說的最有說服力的證據(jù)來自古地磁學(xué)研究。眾所周知，地球的磁極會(huì)發(fā)生變化，有時(shí)候極性會(huì)完全顛倒，巖石中的磁性礦則指示了那個(gè)時(shí)期的磁極性。地質(zhì)物理學(xué)家可以利用這一現(xiàn)象，通過簡單的三角學(xué)來確定某地區(qū)的古緯度。一旦地質(zhì)物理學(xué)家獲取了這些信息，就能夠確定任何一塊大陸過去的磁性取向了。對(duì)任一大陸中古老巖石的古磁極進(jìn)行標(biāo)示，就能得出一條平滑的曲線——磁極游移曲線，它和現(xiàn)代的磁極方向有偏差。一種可能的解釋是磁極發(fā)生了變化。然而，不同大陸在同一時(shí)間段內(nèi)的游移曲線并不是吻合的，這說明不是磁極發(fā)生了變化，而是大陸自身的位置發(fā)生了移動(dòng)。

想要重現(xiàn)在古生代開始的大陸位置不是件容易的事。不過，絕大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家都認(rèn)為北美大陸和格陵蘭島應(yīng)該被接合起來并位于西歐邊上，三者共同組成了北半球的原始大陸——?jiǎng)趤喒糯箨憽６侵迍t可以和南美洲接合在一起。根據(jù)對(duì)古生代早期的化石、地質(zhì)構(gòu)造和古地磁數(shù)據(jù)的研究，科學(xué)家認(rèn)為澳大利亞、印度和南極大陸原本應(yīng)該連在一起--可能早于勞亞古大陸的分裂。到了古生代末期（大約2億年前），勞亞古大陸和南半球的超級(jí)大陸--岡瓦納大陸合起來形成了一個(gè)巨大的大陸，叫做泛古陸。在那時(shí)，泛古陸的東部被一個(gè)巨大的海洋--古地中海分割。古地中海在地球上存在了好幾百萬年。

在三疊紀(jì)（2.2億年前），北磁極位于現(xiàn)在美國的阿拉斯加州，而南磁極則在靠近南極洲大陸的海岸。1.6億～1.2億年前，超級(jí)大陸逐漸分離，新的海洋在南北美洲大陸、非洲大陸和印度大陸、非洲大陸和南美洲大陸之間形成。約8000萬年前，澳大利亞和新西蘭——原先是連在一起的——開始分離。到了4000萬年前，澳大利亞大陸最終與南極大陸分裂并漂離極地。

海底

自20世紀(jì)30年代末期以來，新技術(shù)為我們揭開了海底地質(zhì)的面紗。重力測量和地質(zhì)構(gòu)造設(shè)想——對(duì)海面高度的精確測量可以幫助科學(xué)家描繪出海底地圖——極大地增加了人類對(duì)海底世界的了解。海床一點(diǎn)也不平坦，它上面林立著眾多平均高出海床2000～3000米的山脈，組成了綿延8萬多千米的巨大全球海洋山脈網(wǎng)絡(luò)，它們就是洋中脊。在冰島、阿森松島和加拉帕戈斯群島等地區(qū)，洋中脊露出了海平面。海底還被深深的海溝切割，并被海山隔離，海溝的出現(xiàn)往往暗示著該地區(qū)為俯沖帶。

洋中脊系統(tǒng)代表著新地殼形成的地點(diǎn)或建設(shè)性的板塊邊緣——該發(fā)現(xiàn)是地球科學(xué)的一個(gè)重大突破。玄武巖火山作用（主要包含的是玄武巖的上涌巖漿）是洋脊的重要特征。地幔內(nèi)部的對(duì)流運(yùn)動(dòng)使其上面的巖石圈移開，這使得灼熱的巖漿能夠達(dá)到海床表面。在洋脊的頂部有一處裂區(qū)，它以每年2～15厘米的速度將海床分開。由于海洋地殼不能承受足夠的壓力來使擴(kuò)張速度和對(duì)流模式發(fā)生變化，洋脊組成豎直部分由轉(zhuǎn)換斷層抵消，同時(shí)，板塊的不同部分相互滑過。

其中，關(guān)鍵信息來自對(duì)沿大西洋中脊的古地磁研究。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，冰島附近的洋脊軸兩邊的巖石中只有一半是顯示正常磁極性的，其余的則顯示了反轉(zhuǎn)的磁極性（磁針的指向南）。海洋地殼中的磁條顯示了正常極性和反轉(zhuǎn)極性模式，反映在洋脊頂部的兩邊。通過檢測單個(gè)磁條，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)離脊頂越遠(yuǎn)的巖石，它們的年齡也越大。換句話說，海床是不斷向外擴(kuò)張的。這樣的擴(kuò)張?jiān)谒醒蠹梗◣r石圈板塊脊離的地方）中都存在。在過去的8000萬年間，大西洋以每年0.02米的速度不斷擴(kuò)張。洋中脊每年能制造約4立方千米的新地殼。

更令人興奮的發(fā)現(xiàn)來自國際鉆探工程——深海鉆探工程。1968年，一艘鉆探船“格洛瑪挑戰(zhàn)者號(hào)”在深海盆地上鉆了將近1000個(gè)洞，采集了許多深海沉積物和深海地殼的樣本。一個(gè)早期的發(fā)現(xiàn)表明：地中海在500萬～1200萬年前曾完全干涸過，現(xiàn)在埋在它海床中的厚厚的日曬鹽床就是證據(jù)。

裂谷

5000萬年前，馬達(dá)加斯加島開始脫離非洲大陸。今天，非洲仍在分裂，該裂口從紅海和約旦河谷開始，經(jīng)埃塞俄比亞并穿越肯尼亞往南直到非洲南部邊緣。這一區(qū)域就是人們熟知的東非大裂谷，它是一個(gè)長達(dá)5000千米的斷裂區(qū)，于第三紀(jì)中期（約3000萬年前）因大陸漂移造成。在東非大裂谷形成的1億年前，同樣的過程造成了超級(jí)大陸——岡瓦納大陸的分裂。

大陸沿著斷層弱作用點(diǎn)組成的線分裂，這種地質(zhì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成巖石的斷裂。斷層之間的凹陷陸地形成裂谷，一塊地殼在斷層之間下降部形成地塹，該過程往往還伴隨著一個(gè)上升斷層地殼的產(chǎn)生，該地殼被稱為地壘。這些對(duì)比鮮明的巖石塊形成了特征化的峽谷和裂谷山峰。

非洲大陸東部的一個(gè)主要特征是它自身是地殼的一個(gè)廣闊的穹隆地塊（它目前仍占據(jù)了肯尼亞大部分地區(qū)），該地質(zhì)構(gòu)造主要是由大陸地殼下的灼熱地幔物質(zhì)上升而成，它大概在第三紀(jì)時(shí)就已經(jīng)開始擴(kuò)張。大裂谷的斷層運(yùn)動(dòng)在距今2500萬～500萬年前的中新世時(shí)期達(dá)到頂峰，還伴隨著延續(xù)至今的火山活動(dòng)。一點(diǎn)都不奇怪，裂谷是高于從地球內(nèi)部出來的熱流量平均水平的地區(qū)，并且火山活動(dòng)和斷層運(yùn)動(dòng)還在以每年幾厘米的速度繼續(xù)分裂非洲的這部分地區(qū)。

坦桑尼亞境內(nèi)的主要裂谷斷層可達(dá)3000米深，并且裂谷本身（在維多利亞湖附近一分為二）也有200千米寬。地殼運(yùn)動(dòng)造成了火山活動(dòng)，從而產(chǎn)生了大量平伏的玄武巖和響巖流，以及一系列巨大的成層火山（有明星的圓錐形的火山），這其中包括非洲最高的山——乞力馬扎羅山。

裂谷和火山活動(dòng)是巖石圈下面的地幔物質(zhì)上升的典型區(qū)域。范圍最廣的陸地裂谷斷層都在洋脊系統(tǒng)沿線。如果非洲繼續(xù)以現(xiàn)在的速度分裂，那么一個(gè)新的海洋最終會(huì)出現(xiàn)在裂區(qū)，一個(gè)新的大陸就會(huì)形成。

火星和金星也受斷層地質(zhì)作用的影響。1971年訪問火星的“水手9號(hào)”探測器首個(gè)拍攝到了水手號(hào)谷照片的探測器，水手號(hào)谷是火星赤道的一個(gè)被深斷層包圍的峽谷系統(tǒng)，該峽谷形成于巖石圈中的薩錫斯高地，它的邊緣地區(qū)陡然下傾6000米。金星上最壯觀的地質(zhì)構(gòu)造位于β區(qū)，它是幾大構(gòu)造區(qū)相交且火山活動(dòng)劇烈的一個(gè)區(qū)域，可能形成于古老上升地柱（由行星地幔的灼熱物質(zhì)形成）的上方。