3 地質拼圖

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

只需對現代世界地圖瞥一眼，人們也許就能發現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年發現的。1912年，奧地利氣象學家阿爾弗雷德·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現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是連在一起的呢？

這個想法最初并沒有受到重視。然而，20世紀50年代晚期到60年代初期，利用地球化學、地球物理學領域的新技術以及古生物學、地層學的傳統方法取得的突破，證明魏格納當初的猜測是正確的——大陸確實漂移過。現在，新的理解是：地球的巖石圈是分割的，單個的板塊都處于不斷的運動中。

活動帶和穩定帶

大部分地球地殼的地質狀況在多數時間內都是很穩定的。劇烈的地質活動只限于狹窄的線形地帶，被稱為活動帶——通常處在板塊邊緣，火山、地震和造山運動一般發生在這里。在活動帶之間是廣闊且相對平坦的穩定帶。

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

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

活動帶被穩定地帶間隔著。縱觀全球，可以發現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。活動帶的歷史是循環的，在相對平靜的時期，造山運動改變著地球的面貌。

造山運動包括火山作用、巖漿運動和地震活動——統稱為火成活動。由于涉及諸多過程，單個造山帶的歷史都很復雜。火成活動在某些時期——28億至26億年前、19億至16億年前、11億至9億年前，以及5億年前曾達到頂峰，這表明地球的熱“引擎”在另一個循環開始前需要儲存足夠的能量。

背離型板塊邊緣——兩大板塊背離的地區也是一個地質運動活躍的地區。來自地幔的物質不斷上涌到接近表面的洋脊之下，進而形成大裂谷、水合作用（礦物中含水的隆起結構）和熔巖噴發。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運動，且區域更廣。

游移的大陸

關于大陸漂移學說（地球進化理論之一）的證據很多。該理論認為現代大陸是一個古代超級大陸的互鎖組成部分，它大約于2億年前發生分裂。大陸漂移學說的有力證據之一是非洲撒哈拉地盾的構造，撒哈拉地盾是有20億年歷史的古老克拉通地塊，它的內部有明顯的南-北向紋理，但在沿大西洋邊緣地區則轉變為東西指向。古老巖石和年輕巖石之間的界限分明——在加納沿岸“沖”進海洋。沿南美東海岸地質特征和巴西幾乎一樣，這說明兩塊大陸曾經是連在一起的，后來因漂移才分裂開來。類似的證據在其他大陸上也有發現。

古生物學也提供了大陸漂移的證據。發現于非洲和格陵蘭島的化石遺跡表明：在志留紀（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）都發生了很大的變化。類似的關于氣候模式變化的證據在其他大陸上也有發現。

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

想要重現在古生代開始的大陸位置不是件容易的事。不過，絕大多數地質學家都認為北美大陸和格陵蘭島應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——勞亞古大陸。而非洲則可以和南美洲接合在一起。根據對古生代早期的化石、地質構造和古地磁數據的研究，科學家認為澳大利亞、印度和南極大陸原本應該連在一起--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大陸--岡瓦納大陸合起來形成了一個巨大的大陸，叫做泛古陸。在那時，泛古陸的東部被一個巨大的海洋--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（2.2億年前），北磁極位于現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30年代末期以來，新技術為我們揭開了海底地質的面紗。重力測量和地質構造設想——對海面高度的精確測量可以幫助科學家描繪出海底地圖——極大地增加了人類對海底世界的了解。海床一點也不平坦，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絡，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，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，海溝的出現往往暗示著該地區為俯沖帶。

洋中脊系統代表著新地殼形成的地點或建設性的板塊邊緣——該發現是地球科學的一個重大突破。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。地幔內部的對流運動使其上面的巖石圈移開，這使得灼熱的巖漿能夠達到海床表面。在洋脊的頂部有一處裂區，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張速度和對流模式發生變化，洋脊組成豎直部分由轉換斷層抵消，同時，板塊的不同部分相互滑過。

其中，關鍵信息來自對沿大西洋中脊的古地磁研究。科學家發現，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極性模式，反映在洋脊頂部的兩邊。通過檢測單個磁條，科學家發現離脊頂越遠的巖石，它們的年齡也越大。換句話說，海床是不斷向外擴張的。這樣的擴張在所有洋脊（巖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。

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

裂谷

5000萬年前，馬達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，經埃塞俄比亞并穿越肯尼亞往南直到非洲南部邊緣。這一區域就是人們熟知的東非大裂谷，它是一個長達5000千米的斷裂區，于第三紀中期（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大陸——岡瓦納大陸的分裂。

大陸沿著斷層弱作用點組成的線分裂，這種地質運動會造成巖石的斷裂。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上升斷層地殼的產生，該地殼被稱為地壘。這些對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主要特征是它自身是地殼的一個廣闊的穹隆地塊（它目前仍占據了肯尼亞大部分地區），該地質構造主要是由大陸地殼下的灼熱地幔物質上升而成，它大概在第三紀時就已經開始擴張。大裂谷的斷層運動在距今2500萬～500萬年前的中新世時期達到頂峰，還伴隨著延續至今的火山活動。一點都不奇怪，裂谷是高于從地球內部出來的熱流量平均水平的地區，并且火山活動和斷層運動還在以每年幾厘米的速度繼續分裂非洲的這部分地區。

坦桑尼亞境內的主要裂谷斷層可達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。地殼運動造成了火山活動，從而產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。

裂谷和火山活動是巖石圈下面的地幔物質上升的典型區域。范圍最廣的陸地裂谷斷層都在洋脊系統沿線。如果非洲繼續以現在的速度分裂，那么一個新的海洋最終會出現在裂區，一個新的大陸就會形成。

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