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欢迎

您脚下的地面似乎坚实。恒定的。无法动摇的。

事实并非如此。

当您阅读这篇文章时,脚下地面正在移动:缓慢、坚定地,速度与指甲长度相仿。

数百万年来,这缓慢的移动已撕裂了大陆,构建了地球上最高的山脉,并触发了足以摧毁城市的地震。

今天,我们将了解驱动所有这一切的引擎。

一个奇怪的观察

没有人相信的男人

1912年,一位德国气象学家阿尔弗雷德·魏根纳(Alfred Wegener)注意到了一些奇怪的事实:南美洲的东海岸和非洲的西海岸似乎可以完美拼接成拼图块。

他提出所有的大陆曾经是由他称为泛太平洋(Pangaea,希腊语意为“所有土地”的)的单个超大陆组成,并且它们已经慢慢地分开。

科学家们嘲笑他。他们无法想象有足够的力量能够移动整个大陆。魏根纳在1930年的一次格陵兰探险中去世,从未看到他的观点被接受。

另一方面,需要等待30年:新的技术将海洋底部映射出来:世界才意识到魏根纳是对的。

查看一张世界地图:无论是物理地图还是您脑海中的地图。请指出至少一对看起来可能像拼图块一样合拢的大陆。

地球内部是什么样的?

层层揭开地球的面纱

地球的横切面,显示着由内向外的层次

如果您能将地球切成两半,您将看到四个主要的层次:


地壳:最外层。它很薄,相对来说比苹果皮薄。太平洋地壳只有7公里厚。陆地地壳平均35公里。听起来很多,但地球的直径为12,742公里。


地壳: 在地壳之下,约2900公里厚。它由热、密度大的岩石组成。地壳的上部部分熔化并缓慢流动:就像在炉子上加热的蜂蜜。这种流动层被称为亚斯托尼球层


外核: 一层液态铁和镍,约2200公里厚。由于温度非常高(4500-5500°C),金属呈液态。这种流动金属产生地球的磁场。


内核: 地球中心的坚硬铁和镍球,半径约1220公里。它是地球最热的地方:超过5400°C,热度超过太阳表面。

这里有一个谜题:内核比外核更热,而内核是固态,而外核是液态。为什么热的东西会是固态,而冷的东西却是液态?

碎蛋壳

破碎的鸡蛋壳

地球的地壳不是连续的壳,而是被约15个主要的大地板块(以及许多较小的板块)分成,像碎的鸡蛋壳一样搭配。

这些板块并不薄,它们包括地壳和地壳之下的上部地幔部分,统称为岩石圈。岩石圈是刚性质的,厚度为70-150公里,浮于其之下的更软、部分熔化的亚斯托尼球层之上。

有些板块携带大陆(大陆板块)。有些携带海洋底部(海洋板块)。许多板块都携带两者。

最大的板块是太平洋板块,几乎完全是海洋板块。你可能正在北美板块上,这个板块从大西洋中部脊从美国西海岸一直延伸到美国西海岸。

它们是怎么移动的?

热循环:动力源

在大地的内部,靠近核心的岩石非常热。热的岩石密度较低,所以会上升。接近表面时,它会冷却,密度增加并重新下沉。这形成了一个慢速、圆形的流动现象,称为热对流

想象一锅水在炉子上加热:底部的水加热,上升,到表面后冷却并重新下沉。地壳也会做同样的事情:除了岩石之外,还以非常慢的速度进行。

这些热对流现象会使大陆板块沿着如同慢速移动的输送带一样移动。

这个过程非常缓慢:板块每年移动2到15厘米,但经过数百万年,它会重新塑造整个星球的表面。

大地板块重量巨大,如何能由地幔中的热循环:尽管移动非常缓慢,产生足够的力量推动这么重的物体?思考哪个因素更重要:速度还是持久性。

三种类型的边界

板块相遇的地方

三种板块边界类型:分离型、碰撞型和转换型

地球上最引人注目的地质现象发生在板块相遇的地方:它们的边界。有三种类型:


分离边界:板块向两边移动。地幔中的岩浆从裂缝中升起,填充空隙,形成新的地壳。大西洋中部脊是分离边界,贯穿大西洋的中部。冰岛正位于上面:你甚至可以站在北美板块和欧亚板块之间的边界上。


碰撞边界:板块向对方移动。当一个大陆板块遇到一个海洋板块,密度较大的海洋板块会在一个过程中下沉,称为俯冲。当两个大陆板块碰撞时,没有一个俯冲:它们会向上弯曲,形成山脉。喜马拉雅山就是这样形成的,当印度板块撞击欧亚板块时。


转换边界:板块水平地相互滑动。加利福尼亚州的圣安德烈亚斯断层是一个转换边界,太平洋板块和北美板块相互磨擦。这会产生频繁的地震。

生长的山脉

喜马拉雅山:一种缓慢的碰撞

大约5000万年前,印度板块:它以地质速度非常快地向北移动,撞击了亚洲板块。

没有板块能够让另一个板块下沉,因为它们都是大陆板块:厚重、浮力大、无法沉降。

所以,板块被压皱、弯曲并向上推高。碰撞创造了喜马拉雅山脉,包括珠峰,地球上最高点,高度为8849米。

而且,碰撞还在继续。印度板块仍在以每年大约1厘米的速度推进亚洲,喜马拉雅山仍在生长。

喜马拉雅山每年仍在生长大约1厘米。这种板块边界负责这一点,为什么山脉在生长,而不是一个板块下沉另一个板块之下?

火山带

灾难之地

如果你在地图上标出每个主要地震和火山爆发,一个模式会立即跳出:它们聚集在板块边界上。

最引人注目的例子是火山带:一个环形带围绕太平洋,太平洋板块与几块其他板块相遇。在火山带上,约75%的全球活跃火山90%的全球地震发生。

这不是巧合。地震发生在板块突然滑过彼此,释放积累的张力。火山在哪里形成:通常在俯冲区,一个沉降板块融化,molten rock上升。


里氏震级测量地震强度:释放的能量。每个整数增加表示大约32倍的能量。震级为7的地震释放大约比震级为5的地震多出1000倍能量。

为什么边界?

连接点

板块内部相对稳定。岩石是固态的,板块以一个整体运动, crust 没有理由裂开或熔化的原因。

但在边界处,板块在磨擦、拉开或碰撞。 这是压力积累的地方, crust 断裂, magma 找到逃生路线。

想象一下一块玻璃:中间是强壮的,但边缘和角落是裂纹的地方。

为什么大多数地震和火山发生在板块边界,而不是在板块的中间?根据你所学的三种边界类型来解释。

我们怎么知道?

证据到处都有

韦格纳在 1912 年提出大陆漂移,但他无法解释机制。现代证据已经多次证明他是对的:


化石分布Mesosaurus(一种淡水爬行动物)的相同化石在巴西和非洲西部发现,但在任何其他地方都没有。它无法游过大西洋。continent 必须连接在一起。


相匹配的岩石类型:当你将大陆推回一起时,苏格兰的山脉与美国东部的阿巴拉契亚山脉完美对齐。相同的岩石,相同的年龄,相同的形成:被大洋分开。


冰川痕迹:古代冰川痕迹在非洲、印度、南美洲和澳大利亚都发现,指向一个单一的冰帽,位于南极:正好是那些大陆在 Pangaea 时的位置。


GPS测量:今天,我们可以使用 GPS 卫星直接测量板块运动。欧洲与北美洲之间每年移动大约 2.5 厘米。我们可以在实时观看。

未来地球

我们要去哪里?

如果板块继续以当前速度移动,地球学家可以预测大陆将在未来哪里。

大约 2500万年 后,预计大陆将再次发生碰撞,合成一个新的超大陆。科学家根据不同的模型给它起了各种名字: 潘加亚最后期阿马西亚诺沃潘加亚

大西洋将关闭。非洲将与欧洲合并。澳大利亚将向东南亚漂移。

这已经发生过。潘加亚不是第一个超大陆:有数个超大陆,历史可以追溯数亿年。分裂和重新组合的周期大约为 400-5000万年。地球科学家称之为 超大陆周期

如果板块每年移动 2-5 厘米,那么在 2500 万年后大陆将在哪里?世界将是什么样的?根据这个课堂的证据来做出预测。

你会记住什么?

全貌

地球不是静止的。它是一个动态、充满活力的星球:一层薄薄的 crust 浮在一片缓慢流动的岩石之上。

一切都相互关联:对流现象驱动板块运动;板界产生地震、火山和山脉;证据体现在化石、岩石和 GPS 数据中。

阿尔弗雷德·魏格纳一个世纪前就看到了拼图的碎片。世界花了几十年时间才追上来。如今,板块构造是所有科学领域中最有力的框架之一:它解释了从日本地震到你在山顶上发现贝壳的一切。

在这一课中学到的最有趣或令人惊讶的事物是什么?你会记住哪些?