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。
地球内部是什么样的?
层层揭开地球的面纱
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。
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。
三种类型的边界
板块相遇的地方
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。
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%的全球活跃火山和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。
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 或 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。
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。