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板塊構造論

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地球板塊結構
現存於地表的板塊

板塊構造論(又稱板塊構造假說板塊構造學說板塊構造學)是為了解釋大陸漂移現象而發展出的一種地質學理論。該理論認為,地球岩石圈是由板塊拼合而成;全球分為六大板塊(1968年法國勒皮雄劃分),海洋陸地的位置是不斷變化的。根據這種理論,地球內部構造的最外層分為兩部分:外層的岩石圈和內層的軟流圈。這種理論基於兩種獨立的地質觀測結果:海底擴張大陸漂移

岩石圈可以分為大板塊及小板塊,兩板塊相接觸的部份則可依其相對運動來分為分離板塊邊緣聚合板塊邊緣轉形斷層。在板塊邊緣常會出現地震火山、造運動及海溝。每年的相對運動距離約在0至100 mm不等[1]

板塊可以分為海洋板塊及較厚的陸地板塊,兩者都有各自的地殼。在聚合板塊邊緣會有隱沒帶,會將板塊沉降至地函,使岩石圈質量減少,而分離板塊邊緣因海底擴張形成的新地殼,這種對板塊的預測稱為輸送帶原理。較早期的理論認為地球會漸漸膨脹或是漸漸收縮,也都還有一些人支持[2]

板塊可以移動的原因是因為岩石圈的強度比下方的軟流圈要大,地函密度的變化造成了地函對流英語mantle convection。一般認為板塊運動是由海底遠離擴張脊的運動(因為地形及地殼的變化,造成地球引力的差異)、阻力及隱沒帶向下的吸力等影響組合而成。另一種解釋則是考慮地球旋轉的受力差異,以及太陽月亮的潮汐力。這些因素之間的相對重要性及其關係還不清楚,目前也還有許多爭議。

歷史演進[編輯]

1909年克羅埃西亞地震學莫霍洛維奇發現地殼地函的交界,即莫霍介面[3]。1913年古登堡發現了地函地核的交界(即古登堡介面[4]地球具有分層的現象,且能具體說明分層的深度。

1915年大氣學家偉格納根據地質證據,提出大陸漂移學說[5],因缺乏飄移的動力來源而不被接受。1929年英國地質學霍姆斯英語Arthur Holmes相信大陸地殼下的熱對流是造成大陸分裂和飄移的原因,首次提出聚合與張裂的想法。

1940年代,發現海洋地殼大陸地殼花崗岩岩質不同,其厚度僅七公里。1954年日本地震學家和達清夫美國地質學家班尼奧夫發現連接海溝火山島弧底下的震源分布,有一向內陸傾斜的帶狀區域(班尼奧夫帶),為板塊構造學說想法的先驅。

1956年澳洲國家學院的艾爾文等人測量陸地的古地磁發現,若回推磁極,大陸都歷經長期漂移,且移動路徑與魏格納所描述十分接近。1959年哥倫比亞大學布魯斯·希森英語Bruce C. Heezen地球物理學瑪麗·薩普根據水深資料繪出第一張海底地形圖,清楚顯示了中洋脊與海溝.[6]。1962年美國地質學家赫斯指出地函的熱對流導致海洋地殼從中洋脊向外伸張,隱沒於海溝,迫使大陸水平移動。板塊學說於焉成形,由原本的水平移動思維進化成地球內部的運動影響地表的想法。

1960年代,得到陸地的古地磁反轉時間表,也認為中洋脊兩側交互出現的正反磁極,應為海洋地殼側向生長造成。現在學界已經能夠掌握全球各地海洋地殼年齡以及中洋脊擴張速率以及海溝隱沒速率,可以標出板塊的形狀,分布以及移動速率及移動歷史

古代大陸分布[編輯]

三種不同的板塊邊界

1968年法國的勒皮雄根據各方面的資料,首先將全球岩石圈分為六大板塊[7],即太平洋板塊亞歐板塊印度洋板塊非洲板塊美洲板塊南極洲板塊

隨著研究工作的進展,有人在勒皮雄的基礎上在大板塊中又分出許多小板塊,如在香港出版的會考教科書《中學會考活學地理》一書中將全球分為七大板塊——太平洋板塊亞歐板塊非洲板塊印度-澳洲板塊北美洲板塊南美洲板塊南極洲板塊——以及六個較小的板塊--阿拉伯板塊菲律賓板塊胡安·德富卡板塊科科斯板塊納斯卡板塊加勒比板塊。而環太平洋板塊邊界的板塊活動最為活躍,故此地震作用和火山作用也最為頻密。

板塊實際上就是岩石圈,包含了地殼以及一小部分的上部地函地函)。因此板塊沒有「大陸板塊」與「海洋板塊」的分法,只有依其成分組成命名為「大陸性的板塊」與「海洋性的板塊」。

前寒武紀[編輯]

形成於11億年前的羅迪尼亞超大陸這時開始分裂。前寒武紀晚期的世界與現在的氣候十分相近,是一個冰室世界。羅迪尼亞大陸大約在7.5億年前分裂成兩半,形成了古大洋

寒武紀[編輯]

具有硬殼的生物寒武紀第一次大量出現。諸大陸為淺海所泛濫。超大陸岡瓦那開始在南極附近形成。巨神海勞倫大陸(北美)、波羅地(北歐)和西伯利亞這幾個古大陸之間擴張。

奧陶紀[編輯]

奧陶紀時,古海洋分隔開勞倫大陸波羅地西伯利亞岡瓦那大陸奧陶紀末期地球歷史上最寒冷的時期之一。岡瓦那大陸的南方完全為所覆蓋。巨神海隔開了波羅地西伯利亞大陸,原特提斯洋分隔開岡瓦那大陸波羅地西伯利亞大陸,古大洋則覆蓋了北半球的大部分。

志留紀[編輯]

勞倫大陸波羅地大陸的碰撞閉合了巨神海的北面,形成了老紅砂岩(Old Red Sandstone)大陸(歐美大陸)。珊瑚礁擴張,陸生植物開始覆蓋荒蕪的大陸。大陸碰撞導致斯堪地那維亞半島上的加里東山脈(Caledonide Mts.)的形成,以及大不列顛北部、格陵蘭北美東海岸的阿帕拉契山脈的形成。

泥盆紀[編輯]

泥盆紀時,古生代早期海洋閉合,形成「前盤古(pre-Pangea)」大陸。淡水魚類從南半球遷徙至北美和歐洲森林首次在赤道附近的古加拿大生長。植物大量生長,形成了今天加拿大北部、格陵蘭北部和斯堪的納維亞煤炭

石炭紀早期[編輯]

石炭紀早期,歐美大陸岡瓦那大陸間的古生代海洋閉合,形成阿帕拉契山脈維利斯堪山脈(Variscan Mts.)。南極開始形成冰帽,同時四足脊椎動物赤道附近的煤炭沼澤開始發展。

石炭紀晚期[編輯]

石炭紀晚期,由北美歐洲組成的大陸與南方的岡瓦那大陸碰撞,形成了盤古大陸的西半部分。南半球大部分被冰所覆蓋,而巨大的煤炭沼澤則沿著赤道形成。以赤道為中心,盤古大陸從南極延伸至北極,將古特提斯洋古大洋分隔在東、西兩側。

二疊紀[編輯]

二疊紀時,巨大的沙漠覆蓋了西盤古大陸。同時爬行動物擴散到整個超大陸。99%的生物在滅絕事件中消失,標誌著古生代的終結。

三疊紀[編輯]

形成於三疊紀盤古超大陸使陸生動物可以從南極遷徙到北極。在二疊紀-三疊紀大滅絕之後,生命開始重新多樣化。同時,暖水生物群落擴散到整個特提斯洋(古地中海)。

侏羅紀[編輯]

侏羅紀早期,中南亞開始形成。寬廣的古地中海將北方大陸與岡瓦那大陸分隔開。儘管盤古大陸依然完整,不過可以聽到大陸開始分裂的隆隆聲。

侏羅紀晚期[編輯]

侏羅紀中期,盤古大陸開始分裂。侏羅紀晚期,中大西洋是將非洲與北美東部隔開的狹窄海洋。東岡瓦那大陸開始與西岡瓦那大陸分離。

白堊紀[編輯]

白堊紀南大西洋張開。印度馬達加斯加分離,加速向北對著亞歐大陸撞去。值得注意的是,北美仍與歐洲相連,澳洲仍然是南極洲的一部分。白堊紀全球的氣候比現在要溫暖。恐龍棕櫚樹出現在現在的北極圈,南極洲以及澳洲南部。雖然白堊紀早期的極區可能會有一些冰帽存在,但是整個中生代都沒有任何大規模的冰帽出現過。白堊紀海盆迅速張裂的時期。中洋脊迅速擴張導致了海平面的上升。

白堊紀-第三紀滅絕[編輯]

恐龍滅絕包括數個說法,但並未有一致認同的答案,其中之一為小行星撞擊地球,造成希克蘇魯伯隕石坑,導致全球氣候劇烈變化,恐龍和許多其他種類的生物因此而滅絕。白堊紀晚期,海洋繼續拓寬,印度接近亞洲南緣。

始新世[編輯]

5千萬至5千5百萬年前,印度開始撞擊亞洲,形成了青藏高原喜馬拉雅山脈。原本與南極洲相連的澳洲,此時也開始迅速向北移動。

中新世[編輯]

2千萬年前,南極洲冰雪所覆蓋,同時北方各個大陸迅速冷卻。世界看起來和現代相似,不過佛羅里達亞洲的一部分仍然在海洋之下。

冰川時期晚期[編輯]

地球處於「冰室」氣候時,兩極皆被冰雪覆蓋。極區冰蓋因為地球軌道變化(米蘭科維奇循環)而擴張。最後一次極區冰蓋擴張發生在18,000年前。

現代世界[編輯]

地球進入了大陸碰撞的新階段,這最終會在未來形成新的盤古超大陸。全球氣候在變暖(參看全球變暖,存在爭議),因為正在脫離冰川時代,同時也因為人類向大氣層中排放溫室氣體

未來世界[編輯]

5千萬年後[編輯]

如果今天的板塊繼續運動,大西洋將會拓寬,非洲會與歐洲碰撞,並使地中海閉合,澳洲將會與東南亞碰撞,加利福尼亞將向北滑移到阿拉斯加海岸之上。

1.5億年後[編輯]

沿著北美和南美東海岸將產生新的潛沒帶,這將消耗掉分開北美非洲的海底。距今1億年後大西洋中脊將潛沒,各個大陸將逐漸靠攏。

2.5億年後[編輯]

北大西洋南大西洋的海底將會潛沒在北美南美之下,結果產生第二個盤古大陸——「終極盤古大陸」。這個超大陸中央會陷下一個小洋盆

板塊的運動及邊界[編輯]

板塊在軟流圈之上運動,由地函熱柱產生驅動力而運動

板塊之間有三種相對運動方式:聚合、張裂與保守(錯動)三種方式,所以板塊之邊界可分為張裂型板塊邊界聚合型板塊邊界錯動型板塊邊界三種類型。聚合型板塊邊界是板塊相互擠壓的地區,在地貌上表現為海溝火山島弧褶曲山脈等。張裂型板塊邊界是板塊相互拉張的地區,在地貌上表現為裂谷中洋脊等。錯動型板塊邊界(保守性板塊邊界)是兩個板塊互相摩擦的地區,轉形斷層發育,其運動方式類似地表的走向滑移斷層,因面積無改變而稱之為保守性。

地球板塊列表[編輯]

世界各板塊邊界詳略圖
                     張裂型板塊邊界                      聚合型板塊邊界                      錯動型板塊邊界 Cold front symbol.svg 隱沒帶 30→ 相對於非洲板塊的移動速度(mm/Y
 Alps  造山帶

板塊[編輯]

小板塊[編輯]

隱沒板塊[編輯]

古板塊[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Read & Watson 1975.
  2. ^ Scalera & Lavecchia 2006.
  3. ^ Andrew McLeish. Geological science 2nd. Thomas Nelson & Sons. 1992: 122. ISBN 0-17-448221-3. 
  4. ^ 20世紀大事記. 國際文化出版公司. 1991. 
  5. ^ 林明聖、蕭謙麗. 板塊構造之父韋格納. 台灣網路科教館. [2015-05-01]. 
  6. ^ Lamont-Doherty Earth Observatory Bestows Heritage Award on Marie Tharp, Pioneer of Modern Oceanography, Published Jul 10, 2001, Retrieved Oct 12, 2014
  7. ^ 胡煥庸. 世界海陸演化. 商務印書館. 1981. 
書目
  • Read, Herbert Harold; Watson, Janet. Introduction to Geology. New York: Halsted. 1975: 13–15. ISBN 978-0-470-71165-1. OCLC 317775677. 
  • Scalera, G., and Lavecchia, G. Frontiers in earth sciences: new ideas and interpretation. Annals of Geophysics. 2006, 49 (1). doi:10.4401/ag-4406 (不活躍 2015-01-09). 
  • Plate tectonic maps and Continental drift animations by C. R. Scotese,PALEOMAP Project(www.scotese.com

參見[編輯]