作者：廖永岩編輯：探礦者

就地球演化、大地構造及地球動力學方面，目前提出的對地學界影響較大的假說，主要有地球膨脹說、地球收縮說、地球脈動說、地槽與地台說、海底擴張說、地幔對流說、地幔柱假說、板塊構造說、潮汐說、地球自轉說、地窪說、涌流構造說等。下面，我們對其進行簡單介紹。

1.1 地球收縮說

地球收縮說是最早的一種地球動力學假說，源於皺縮蘋果與冷卻地球的直觀對比。這一假說通常按Jeffreys（1929）的提法表述。假定地球起初是一個熾熱的天體，在其發展的早期，分異為一個鐵質的核部和一個基本上是硅質的幔部。幔部從液態鐵核處的基底開始向外凝固，通過傳導而不是對流逐漸冷。從地心到地表700km以下的範圍內，從地球開始凝固以來還沒有來得及發生任何顯著的冷卻或體積變化。在700-70km的深度區間內，傳導所引起的冷卻正在發生，致使這一層收縮，並因圍繞內核受到拉張而處於內部拉伸狀態。在靠近地表處，岩石早已冷卻，靠太陽輻射維持熱平衡，不會有大的溫度變化。在淺於70km的範圍內，處於一種內部壓縮狀態。70km深處為無應變面。

收縮假說基本上是一種固定論，無法解釋板塊運動或大陸位移。更有甚者，收縮說認為全球的應力場是同樣的，無應變面以上是壓縮，無應變面以下是拉伸。這和地球的實際應力狀態大相徑庭。

有人詳細考察全球大陸和大洋的分布，發現大部分大陸和大洋是正相對應的。還提出過四面體收縮來解釋這種分布。它所依據的假說是，一個收縮的球體趨向於縮成具有最小體積的四面體形。四面體的四角將與大陸相對應，它的面則與大洋盆相對應。調整四面體的尺寸，還可以解釋大陸和大洋面積的比值為1：2。Davison （1888）提出過類似設想：地球只在上層中發生收縮（由冷卻引起），這些層處於內部引張的狀態。由於大陸壓力的影響，大陸之下的引張量必將遠小於大洋區下的引張量。這種狀況趨於使大洋盆地更進一步沉降，而且也是導致大洋盆地成為永久性的一條物理上的原因。任何造山效應都是在大洋與大陸交接的地方表現得最為突出，這就使人們提出了大地生長的思想。

對四面體收縮說的主要批評意見是，從性能上看，地球最上層的皮無法阻止其本身的面積因切向力的作用而發生改變。此外，這樣一個外殼的變形理論似乎表明，這種變形應該是屈曲，而屈曲球殼的變形是對稱於一條直徑的，其形狀的偏離由一系列沿著以對稱直徑為軸的平行緯圈的球調和函數給出。這就反把四面體收縮的設想給排除了。

早期的收縮說一直流行至20世紀50年代。由於地球在地質歷史進程中很可能發生過某種收縮，因此，對收縮說的研究並沒有因它有上述明顯不足而終止。後來還發展過兩種收縮假說。第一種是彈性不穩定說。按這種假說，當地球變冷時，岩石圈因褶皺作用而變彎（皺縮的蘋果）。Jeffreys （1962）認為，這種皺縮幅度極大，以致它們在彈性上可能不穩定，即斷裂-收縮假說（Jeffreys， 1962； Meyerhoff et al.， 1972）。MacDonald（1963）論證，由於放射性元素衰變產生的熱量，地球並不是一開始就產生收縮，而是一直到最後的11億年前左右才有收縮發生。他主張的收縮模式也是斷裂-收縮模式。最近Meyerhoff et al.（1992）等提出了一種全球構造的新概念-涌流構造，把地球的收縮作用作為構造運動的觸發器。可見，雖然單獨的收縮作用不能解釋所有構造運動的成因，但地球的收縮作用在地球動力學中的影響仍是需要考慮的。

1.2 地球膨脹學說

地球膨脹說認為地球一直在不斷膨張。從1620年培根（F. Bacon）提出地球膨脹的觀點以來，曾經提出過好幾個地球膨脹的假說，來解釋造山運動和大陸及大洋的形成等。膨脹說假定地球是由若干層組成的，最頂上一層代表地殼，其下相鄰的一層代表膨脹層。造山效應就發源於這個膨脹層，所產生的應力又轉而使地殼屈服。這一假說可以島弧和海溝的形成以及造山要素之間的聯繫做出解釋，特別是能解釋海洋造山運動。也有人用地球膨脹作為大陸的成因。例如Hilgenberg（1933）根據大陸可以拼合為一個球面的實況，認為初期的地球比現在小得多，並被硅鋁殼所覆蓋，後因地球膨脹，體積增大，硅鋁殼因受拉張而破裂，其碎塊逐漸分離形成大陸。與此同時，地球的大洋也隨表層的崩解而形成和發展。

地球的洋脊、裂谷系統理所當然地被地球膨脹論者作為支持其據說的重要證據。據推測，膨脹是從像大西洋中脊那樣的大破裂口開始的。隨著對洋脊、裂谷系探測研究的深入開展，20世紀50-60年代以來，地球膨脹說一度又顯得十分活躍。Carey（1976）把大陸漂移、海底擴張和地球上各級規模的構造都歸因於地球的膨脹。他提出，地球的膨脹是非對稱的，南半球比北半球膨脹得更顯著，因此所有大陸皆向北移動，而所有環繞太平洋的大陸看來正向著太平洋運動。

地球膨脹說的主要問題是其難以解釋地球膨脹所引起的巨大密度變化。例如，如果地球的直徑以因數2增加，將引起面積以因數4增加，體積以因數8增加，密度以因數8減小。現代地球的平均密度為5.5g/cm³，地球開始膨脹前的平均密度就必然達到大約44g/cm³。這樣大的密度變化帶來的結果是，地球表面相應的重力加速度將是現代的4倍，地球的慣性矩將是現代的1/4，地球的自轉將比現代快得多。古生物鐘和天文觀測證實，一天的長度（日長）只比現代的少約10%，遠不是地球膨脹說所期望的值。

引起地球膨脹的可能機制據認為主要有：1、熱效應；2、地球內部物質的化學變化或相變；3、萬有引力常數的緩慢減小。雖然在地球歷史中，特別是在地球的早期，有可能存在著熱的純增長，因而有地球整體的輕微膨脹，但是，其效應看來只不過能造成一些深海溝等，不可能有更大的影響。將引起膨脹所要求的能量和在化學鍵中的可用能量進行對比，來估計地球內部的化學變化或相變能否導致地球大規模的膨脹，發現地球半徑均勻地膨脹20%所要求的能量，要等於打破組成地球的分子的幾乎全部化學鍵所需的能量。因此，地球內部物質的化學變化這種機制產生的能量也不足以造成大陸的大規模膨脹。估算由引力常數的減小所能得到的能量，同樣無法說明大於100km的地球半徑增長存在可能性。總之，地球膨脹說在機制問題上也遇到不可克服的困難，很難找到引起膨脹的機制。

雖然地球膨脹說存在種種問題，這些問題目前仍未能得到合理解決，但仍有一些支持者在繼續探索。

ΚРОПОТΚИЙ（1989）得出伴有質量增大的地球膨脹會使自由落體加速度（g）的值大增。古地球的g僅為現今地球g值的40%。G的增大伴隨著地殼下物質密度增大，最終將導致較老地殼相對於年輕地殼不斷上浮。地殼的這一性狀正好被地質資料所證實。例如，在大西洋型和太平洋型洋殼與陸殼的相連地區，老地殼逐步佔據了較高位置。所以，相對於更年輕地殼發生了老地殼的不斷出露。他還作了地球質量和體積隨時間呈指數增長來探討地球發展歷史的8項推斷。由它們引伸的主要論點，與實際資料不相矛盾，又可詳細說明地質現象的物理化學原理，一些重要的大地構造作用得到合乎邏輯的闡明，同時許多大地構造概念得到了運用。他還推斷，由於膨脹，地球族行星的爆炸是不可避免的。

Owen（1992）認為，Carey的地球膨脹說正處於大陸漂移說早期被否定的那種狀況；Carey對地球動力學的貢獻未受到應有的重視。Owen根據大量海洋地殼擴張數據和地質及古生物資料，論證了地球在過去200Ma期間不僅發生過大陸漂移，還發生過膨脹，從今天直徑的80%膨脹到今天的值。他還用橫貫太平洋的衛星激光測距結果來證明其論斷。衛星激光測距結果表明，太平洋中大陸的收斂明顯小於為了平衡擴張所需要的值。他指出，從地核是穩態和均變論的思想出發無法理解地球膨脹的概念。Kremp（1992）依據核-幔邊界處的外核溫度比地幔底部D』』層的溫度至少高200℃的地震學新探測結果，討論了地球在過去200Ma期間快速膨脹的可能性。他的結論是地球的大小在過去200Ma時為現在的60%。

1.3 地球脈動說

地球收縮說和地球膨脹說都包含一定合理性，又都存在一定問題。在這兩種假說基礎上很自然地便產生了地球一段時期膨脹，另一段時間收縮，膨脹和收縮交替發生的地球脈動說。在地球膨脹期，地殼受到引張作用，產生出大規模的隆起與拗陷，大型裂谷和岩漿噴發；在地球收縮期，地殼受到擠壓作用，產生出褶皺山系，並伴有岩漿活動。

脈動學說雖然較好地解釋了構造運動的周期性，但卻不能解釋地殼構造的方向性，並且對脹、縮的原因有不同看法，因此，自1933年布契爾（W. N. Bucher）提出這一學說以來，一些研究者曾試圖將此學說加以改進。

ΚРОПОТΚИЙ（1989）提出了一個將脈動說與殼下流和大陸活動論結合起來的地球動力學新模式。他認為，地球動力學模式既要考慮地球的收縮，也要考慮它的膨脹，即建立在脈動假說的原則上。按此觀點，當地球收縮和膨脹交替時，收縮效應集中在一些帶上，而膨脹效應集中在另一些帶上，在此種情況下，處於中間的斷塊應該從拉張帶移向擠壓帶，所以在脈動的地球動力學模式中自然包括大陸活動論原則。這一模式還考慮了在地球半徑增減交變作用下地幔內物質的移動，認為地球擠壓力可促使殼下流觀點主張的物質分離和移動。該模式的提出者認為，體現脈動假說和解釋岩石圈移動的假說相結合的地球動力學模式是目前最有前景的模式。

1.4 涌流構造（Surge Tectonic）說

涌流構造是邁耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）提出的一個新全球構造和地球動力學模型。他們認為，大多數地表構造，包括板塊構造不能解釋的一些構造現象，可用軟流圈的涌動來解釋。軟流圈涌動的驅動機制是地球收縮引起的岩石圈塌陷。當冷卻凝固了的岩石圈塊段塌陷到軟流圈中時，部分岩漿按重力法則上涌，一直達到岩漿密度與周圍岩石密度基本平衡的位置上，才會穩定下來。這一過程像巨型液壓機一樣，遵循帕斯卡定律，能將所受壓力通過岩漿的涌動傳遞到各個方向。強的岩漿涌動對構造運動起決定作用。

岩漿涌動的通道，邁耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）稱為涌流通道，是岩石圈中最基本的構造單元，可以通過近40種物性標誌加以鑒別。涌流通道暫分為洋盆涌流通道、大陸邊緣涌流通道和大陸涌流通道三大類。大洋中脊及其主要分支下的通道，是洋盆涌流通道中的主幹通道，其長度可達幾百萬米，寬度可以從1000km到大於3000km。這些通道可為構造運動提供淺層作用機制。它們的存在可以用全球地熱圖來證實。

邁耶霍夫等（Meyerhoff et al. 1992）認為，全球高熱流帶（>55mW/m²）相互連通的網狀分布形式，用現有的地球動力學假說無法解釋，但可以認為這些高熱流帶是由下伏的淺層岩漿通道-涌流通道形成的。如果涌流通道被強烈壓縮，它們應該變成裂谷帶或褶皺帶。每個通道的變形形式是它上面的岩石圈厚度的函數。

據說，在由從事板塊構造研究的科學家自1965年以來彙集的36個數據集中，用板塊構造學說只能解釋13個。它們是洋中脊、大陸裂谷、走滑帶、岩漿弧、大洋和大陸山區、深海溝、貝尼奧夫帶、地槽、造山岩體、蛇綠岩套、混雜岩、變質核雜岩體和拆離斷層帶。其餘23種構造現象的時代都為侏羅紀或更新一些，它們僅出現在高熱流帶之下，都和淺部的岩漿運動，因而和涌流通道有關。這23種現象包括高熱流帶、微地震帶、長的線性斷裂和裂隙帶、構造帶分段性、兩側對稱的雙向褶皺帶、地幔底辟、構造地層地體、與褶皺帶平行的拉抻線理、反向變質梯度、地幔片麻岩穹隆、熱泉鏈、成行的熔岩區、岩牆群、非造山岩體鏈、金伯利岩筒、長條狀蒸發岩盆地、岩石圈低速帶、異常上地幔透鏡體、高導層、向東遷移的構造帶、彌散板塊邊界、大地電磁複合體和旋卷構造等。

聲譜儀顯示洋中脊被成千上萬條平行洋中脊的裂隙切割，證實洋中脊下面軟流圈流動並不與洋中中脊垂直，而是與洋中脊平行。邁耶霍夫等（1992）把這作為批判海底擴張和證實岩漿通道存在的證據。

涌流構造假說的提出者認為，這一假說的一個重要優點是，它不僅提供了一個將岩漿活動和構造作用的各個方面統一起來的機制，而且還在解釋所觀測到的所有構造現象上具有內在的協調一致性。不過應該看到，他們對許多構造現象的解釋還是很初步的。例如，前已提及，邁耶霍夫等列出了54種向東遷移的構造現象，籠統地指出這與地球自轉有關，但未作深入的機制分析。涌流構造的觸發機制是地球收縮引起的岩石圈塌陷。地球收縮引起岩石圈塌陷的可能性和強度以及地球收縮與地質旋迴的相關性等也是涌流構造假說還須深入解決的問題。雖然還不能說涌流構造假說已很完善，但它對板塊構造假說的批判和所提出的許多問題對地球動力學研究確實是有啟發性的。

1.5 大陸漂移說

大陸漂移的思想由來已久。英國哲學家培根（Bacon, 1620）指出，大西洋兩岸海岸線的吻合併不是一種偶然的巧合。地理學家斯奈德（Snider, 1858）在《地球形成及其奧秘》一書中，用歐、美兩洲古生代煤層中化石的相似性作為依據，首次把大西洋兩側大陸加以拼合。美國學者泰勒（Taylor, 1910）指出，歐亞、北美和澳大利亞大陸的移動，是形成環太平洋島弧和褶皺山系的原因。

德國氣象學家和地球物理學家魏格納（Wegener）將這些簡樸、零散的大陸漂移思想加以發展，在其1912年的「大陸的生成」和1915年的《海陸的起源》一書中，系統地論述大陸漂移問題，創建了大陸漂移說（Wegener, 1929; Wegener, 1966; Wegener, 2001）。

魏格納認為，大陸由較輕的剛性硅鋁層組成，它漂浮在較重的粘性硅鎂質洋底上。在中生代以前，地球上所有大陸曾經結合成統一的巨大陸塊，稱之為聯合古陸或泛大陸（Pangaea）；圍繞泛大陸的廣闊海洋，叫做泛大洋。中生代開始，聯合古陸裂解、分離，產生了大西洋和印度洋，分離出的碎塊逐漸漂移到目前所在的位置，而泛大洋則收縮為現在的太平洋。魏格納用圖解表示的過去大陸的位置與20世紀50年代以後根據嶄新的資料得出的模式異常類似。為發展大陸漂移說，魏格納利用了現代植物和化石的分布；古代冰川作用在現代熱帶地區的一些地質證據；尤其是海洋對面兩岸海岸線的對稱相配，如南大西洋兩側的非洲和南美洲的海岸線就是相配的。魏格納還認為，年輕的海床比老海床淺；大陸漂過海盆猶如木筏漂過大海。這些都可與現代板塊構造學說對照。

魏格納的觀點與現代板塊構造學說的區別，可用加里福尼亞地區的運動加以說明。魏格納（1924）把加里福尼亞看成一塊薄的裂片，離開它的母體向北美東南方向漂移，它犁過下地殼，使下加里福尼亞變得彎曲，並沿著加里福尼亞海岸基底凸起。板塊構造學說則認為，是兩個厚板塊彼此在聖安德烈斯斷裂和加里福尼亞灣作剪切運動，下加里福尼亞是沿著位於主要板塊邊界鄰近的次級斷裂的延伸，不是受到擠壓。

移動大陸的原動力是什麼？根據大陸漂移的方向主要有兩種趨勢，一是自地球的兩極向赤道的離極運動，如原來聚在南極的岡瓦納古陸分離後逐漸北漂；另一趨勢西漂，如美洲大陸向西漂移，在其西緣形成科迪勒拉和安第斯山系，在其東緣形成一系列群島（如亞洲、澳大利亞東緣的群島）。魏格納認為，大陸漂移的驅動力主要是向西漂移的力和指向赤道的離極力；西漂的力源於日、月引力所產生的潮汐摩擦力；離極力則來自地球自轉的離心力。計算表明，這些力的數據確實太小。雖然魏格納強調，小的力如果長期作用也可能移動大陸，但大多數人認為，這些力都不足以克服對大陸運動的摩擦阻力。因此，傑弗里斯（Jeffreys, 1929）在其《地球》一書中有力地指出，大陸漂移說在理論上根本是不可能的。

在有關大陸漂移機制的討論中，霍姆斯（Holmes, 1931）首先提出了地幔對流模式。他認為，大陸由有上覆硅鋁層的厚玄武岩質地殼組成，地球內部的重力能和熱能可以引起地幔對流，如果地幔內的流體上升到大陸中央並向兩側散開時，大陸就會從這裡向兩側裂開，大陸塊體被地幔對流攜運，留下了大陸之間的破裂和延伸區，成為新的大洋，隨著玄武岩漿在對流上升流之上噴出，大洋的面積增大，在對流下降處，玄武岩被轉換為榴輝岩並下沉入地幔，為前進的大陸讓出位置，並在深處熔融而成玄武岩質岩漿，重新在對流上升處升起，完成對流循環。

魏格納等將大陸看成是主動的因素，認為「大陸本身是把堅硬的地幔推開而前進」的；霍姆斯則引入了像在傳送帶上那樣被攜運的被動大陸的概念。霍姆斯的假說後來發展成海底擴張假說和地幔對流說。

1.6 海底擴張說：

19世紀70年代，通過英國「挑戰者」號調查船的環球考察，已知道北大西洋中部有一條海底山系。1925-1927年間，通過德國「流星號」的回聲探測，確定了整個大西洋縱列著一條長達17000km的大洋脊，由於它正好綿延於大西洋的中部，因而，常稱之為大洋中脊。20世紀50年代，通過對洋底的勘測進一步發現：世界各大洋都有大洋脊存在，一般都位於大洋中部，並比以前設想的更接近於連續，洋中脊下面曾發生過某種上涌；大洋盆的年齡比較年輕，大洋盆中的沉積也比以前所假定的少得多。原有的大地構造學說未能對大洋底的這些構造現象做出預測，也不能給出確切解釋。

20世紀60年代初，一些學者提出，大洋中脊的高熱流有可能用地幔中的上升對流來說明，這樣也可解釋大洋脊的拉張性質。其中，美國地質學家赫斯（Hess, 1962）和迪茨（Dietz, 1961）把對流方案發展，提出了海底擴張的概念。迪茨1961年的論文首先提出了洋底擴張這一名詞，但是，首創海底擴張說的還是赫斯（就連迪茨本人也承認這一點），雖然赫斯的論文「大洋盆的歷史」1962年才發表。

海底擴張說圓滿地解釋了大洋的主要地殼層（大洋層3）的厚度均一性、洋底年齡及洋脊上沉積物超復等當時難以理解的地質問題。赫斯認為，「大洋層3」底部代表現代的或過去的500℃等溫面。在洋中脊處，隨地幔對流湧出的橄欖岩和水通過這個等溫面時發生作用產生蛇紋岩，形成新洋殼；在遠離洋中脊的地方，500℃等溫面已下降到較深位置，已有的蛇紋岩不會轉變成橄欖岩；由於缺乏水，未蛇紋岩化的橄欖岩也不會轉變成蛇紋岩。這樣，「大洋層3」就基本保持了它們在洋中脊處形成時的厚度。按照海底擴張說，如果對流的運動速度為1-2cm/a，洋底便可每200Ma或300Ma完全更新一次。這可以解釋洋底的年齡為什麼比較年輕，洋底的沉積物厚度為何較小。

迪茨的模式與赫斯的模式相似。但迪茨認為，洋殼是玄武岩質的輝長岩，上地幔則為榴輝岩。玄武岩在高壓下變為榴輝岩的地方就是莫霍面。另外，迪茨還把地球表面至70KM深處的層位叫堅硬的岩石圈，試圖把它作為一個重要的力學單元，並認為，在岩石圈的下面有一個軟層，岩石圈在它上面能夠比較自由地活動。實際上，後來的板塊構造設想就是由此萌芽的。

威爾遜（Wilson, 1963a）熱烈支持海底擴張說，他認為，大西洋的火山島原來是在洋中脊處形成的，隨著在共同的對流體傳送帶上移動，於是島嶼的年齡離洋中脊越遠越老。如靠近大洋中脊的揚馬延島所有岩石的年齡比1000萬年更新，亞速爾諸島加到2000萬年，再遠一點的百慕大群島為3600萬年，費羅群島為5000萬年，靠近非洲西海岸的費爾南多波島和普林西比島則為1.2億年。在印度洋和太平洋中，他也列出了類似的島嶼年齡數據。這不僅證實了大陸漂移的原來說法，也為海底擴張提供了有力證據。

應當指出的是，赫斯和迪茨的海底擴張說中的地幔對流包括「大洋層3」，這既不同於早先認為地幔對流發生在玄武岩質地殼下的霍姆斯模式（Holmes, 1931），也不同於後來將地幔對流限制在岩石圈下的威爾遜模式（Wilson, 1963a）。

從板塊構造角度，海底擴張說可概括為：地幔物質在大洋中脊隨地幔上升流上涌形成新的大洋岩石圈，新生的岩圈隨著軟流圈的側向流動推擠著原有的岩石圈從洋中脊向兩側擴張移動，在海溝處大洋岩石圈隨著地幔下降流而俯衝消亡，不斷更新。洋中脊是大洋岩石圈的生長帶，海溝是大洋岩石圈的消亡帶。

1.7 板塊構造學說：

板塊構造學說是20世紀60年代中期由Wilson（1965），McKenzie et al.（1967），Morgan（1968），Le Pichon（1968），等人提出的大地構造學說。它是大陸漂移和海底擴張學說的自然引伸，還包括了岩石圈、軟流圈、轉換斷層、板塊俯衝、大陸碰撞和地幔對流等一系列概念，有人稱為全球構造學說。「板塊」這一術語是Wilson（1965）在論述轉換斷層的一篇短文中首先提出的。它表示地球表層（岩石圈）被活動帶分割所成的大小不一的球面蓋板。它的面積很大，厚度很小，並按地球表面輪廓彎曲。

依據構成板塊的岩石圈類型，板塊可分為大洋板塊和大陸板塊。構成板塊的岩石圈頂層為大洋地殼的板塊為大洋板塊，如太平洋、大西洋、菲律賓海等板塊。岩石圈頂層的一部分為大陸地殼的板塊是大陸板塊，如歐亞、北美、南美、非洲等板塊。

板塊構造學說就是關於這些岩石圈板塊相互作用，並認為這種相互作用是大地構造活動基本原因的學說。初期的板塊構造學說的要點如下：

1固體地球上層在垂向上分成彈粘性的岩石圈和粘性軟流圈，下墊彈粘性的中圈。岩石圈在軟流圈表面作相對運動。

2岩石圈在側向上分成數目有限的大、小板塊，它們是剛性的和相對穩定的，並按球面運動規律不斷改變著彼此之間的相對位置。

3板塊邊界分為三種類型：A分離擴張型；B俯衝會聚型；C平移剪切型或轉換型。

4板塊在離散邊界處的擴張增生得到會聚邊界處俯衝消減的完全補償，地球體積保持不變。

5地幔中的熱對流是板塊運動的驅動力。

1.8 熱點-地幔柱假說：

太平洋中的夏威夷海嶺和天皇海嶺，是由成線狀展布的一系列火山堆構成的火山鏈，其岩石年齡的分布具有明顯的定向性。島鏈東南端的夏威夷島火山年齡不超過80萬年，島上的基拉韋厄火山是目前仍在活動的活動火山。從夏威夷島沿島鏈向西北，隨著距離的增加火山岩的年齡依次增加。在夏威夷海嶺與天皇海嶺的轉折處，火山年齡約4000萬年。天皇海嶺呈NNW走向伸向堪察加半島東側，北端的明治海山的年齡則達7000萬年。

威爾遜（Wilson, 1963b）為解釋火山島鏈年齡的遞變現象而提出了熱點的概念。所謂熱點是地幔中相對固定和長期的熱物質活動中心，它們向活火山提供富集各種微量元素的岩漿。隨著岩石圈板塊經過熱點的不停運動，先形成的火山從熱點處移開並逐漸熄滅成為死火山，新的火山又在熱點上方形成，結果就形成了一串年齡定向分布的線狀火山鏈。這類火山活動時，熔漿向外溢出，無地震發生，因此，所形成的火山鏈也叫無震海嶺。上述夏威夷-天皇海嶺火山鏈的走向，實際上記錄了太平洋板塊的運動方向：在4000萬年前是從南向北沿NNW向運動，最晚在2600萬年以後轉變為從東向西沿NWW向運動。

地幔柱是摩根（Morgan, 1972b）為解釋熱點成因而提出的概念。地幔柱是地幔深處，甚至核-幔邊界上產生的圓柱狀上升的熱物質流。它攜帶地幔物質和熱能直至地幔上層，並在岩石圈和軟流圈分界處四散外流，激起軟流圈中的水平運動，從而可將地幔柱當作板塊運動的驅動機制。熱點處的火山活動是地幔柱物質噴出地表的反映。由於熾熱的地幔物質向上涌流，導緻密度較高的物質盈餘，形成正重力異常，因而重力特高的地方，也往往是火山分布的地方。摩根還強調，熱點大體上固定於地幔中，因此，板塊相對於熱點的運動，便是相對於地幔固定部分的運動，也就是相對地理極或地球自轉軸的絕對運動。摩根（Morgan, 1972a）用夏威夷-天皇海嶺、萊恩-土阿莫土海嶺和馬紹爾海嶺這三列熱點軌跡資料，計算了8000萬年來太平洋板塊相對於熱點的運動。所得結果與後來的板塊絕對運動模型AM-1和AM-2型求得的相對於熱點系的運動大體相同。

熱點假說在深海鑽探第55航次鑽探夏威夷-天皇海嶺時證明了其正確性，船上所作的古生物鑒定和陸上所作的放射性測年所提供的年齡，證明了所預言的太平洋板塊向北的運動。由火山島年齡和它們距夏威夷基拉韋厄火山的距離，推導出的太平洋板塊的運動速度大約為8cm/a，運動方向的改變（山鏈變曲）發生在43Ma之前，幾乎等於摩根預測的年齡。

1.9 地槽與地台學說：

地槽學說的出現使褶皺帶發育在特定地位置地問題變得容易回答：地槽填充了具有塑性的沉積物，褶皺作用也就在地槽帶中發生。19世紀中葉，美洲的地質學也得到了迅速的發展。就像美國的經濟發展一樣，美國的地質學研究也就是從東部逐漸向西部擴展的，阿巴拉契亞山脈可以說是美國地質學的搖籃。美國地質學家霍爾（J. Hall, 1857）對阿巴拉契亞的地質研究，把大地構造學說帶到了新的起點。霍爾在長期的研究中發現，阿巴拉契亞山有一套地層自西向東逐漸增厚，在賓夕法尼亞地區厚度達到4萬英尺。他認為如果以此推斷當時北美大陸位於4萬英尺的深海之下，那是十分愚蠢的，因為他確信他所涉及的地層都是淺水沉積。但霍爾認為山脈的形成與沉積層的褶皺無關，是大陸整體抬升後在地面流水的挖掘下形成的。遺憾的是他對山脈成因的錯誤認識掩蓋了他對地槽的聰明發現，致使他的理論發表了十多年也沒有引起人們的重視。當然歷史是公正的，人們並沒有因此而忘記他對地槽學說的巨大貢獻。

1873年，美國地質學家丹納（J. D. Dana, 1873）在其論文「論地球冷縮的一些結果，包括山脈起源和地球內部性質的討論」中將霍爾在阿巴拉契亞發現的長條形的沉積盆地命名為地槽（geosyncline），從此地槽學說成為大地構造學說的主流。丹納在考慮造山作用時注意到以下三個基本事實：其一，大洋中廣泛分布著火山，這是洋殼非常活動的證據；其二，大陸腹地古老地層佔據的地區沒有現代火山，也很少發生地震，說明陸殼非常穩定；其三，受過強烈擾動的造山帶和相伴的火成岩帶和變質岩帶大多出現在洋-陸邊界。丹納認為地球的冷卻過程是從大陸腹地開始的，並且使洋殼收縮塌陷，其派生的側向壓力在洋陸邊界集中，使地殼發生彎曲形成地槽。地槽的形成需要一個長期的過程，才能形成巨厚的堆積。在地球冷卻持續到一定階段後，沉積層在側向壓力的作用下也將發生褶皺，而且沉積越厚，褶皺也就越強烈，同時在深部岩漿的作用下發生變質作用。地槽在經過褶皺的劇變之後逐漸趨於穩定，成為大陸的組成部分，擴大了大陸的面積。在大陸邊緣的褶皺山脈受到流水的剝蝕，逐漸地被夷平，剝蝕下來的碎屑物再一次被送到新的地槽中，孕育著下一次的褶皺造山。這就是丹納的「大陸擴張學說」。

1887年，俄國學者卡爾賓斯基（А. П. Κарпинский）研究歐洲東部的地質時發現，出露在芬蘭、卡列里、烏克蘭等地的前寒武紀岩石是廣大的前寒武紀結晶基底的一部分，這個基底被產狀平緩的沉積蓋層所覆蓋。這就是後來被稱之為「俄羅斯地台」的，由基底和蓋層構成的，地台雙層構造概念。由於地台具有堅硬的結晶基底和幾乎不變形的蓋層，當時大多數地質學家都相信，地台在形成之後就不再遭受強烈的變形。

從霍爾1857年關於地槽概念的提出，經過幾代人的努力，到1965年美國學者奧布英（J. Aubouin）出版的《地槽》一書，對槽台理論進行了全面的總結和提出，這個地球科學觀在地質學界的影響超過了一百年的歷史。即使是板塊構造理論的提出，也還是不能涵蓋槽台學說的所有內容，尤其是大陸構造的研究，許多相關的概念至今仍在使用。

以上假說似乎都有正確之處，但以上的每個假說又都不完善。地質假說，必須符合地質事實。任何假說，都有可能錯誤，但很多地質事實是不容否定的。哪么，目前為止，不容否定的地質事實有哪些呢？且聽下回分解。

未完，待續。

下回預告：地球科學之六 60個重要地質事實

參考文獻：

Bacon F. Nouvnm Organum Scientiarum. London. 1620.

Bucher W H. Volcanic explosions and overthrusts. Am. Geophys. Union Trans., 14^th Ann. Meeting 1933, 14, 238-242

Dana J. D. On some results of the earth"s contraction from cooling including a discussion of the origin of mountains and the nature of the earth"s interior. American Journal of Science, 1873, 5: 423-443

Carey W S. The Expanding Earth. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company. 1976.

Davison C. Philos. Trans. Roy. Soc. London Ser. A, 1888. 178: 240

Dietz R. S. Continent and ocean basin evolution by spreading of the sea floor. Nature, 1961, 190: 854-857

Hess H. H. History of ocean basins. Petrologic studies--A volume in honor of A. F. Buddington. Geol. Soc. America. 1962: 599-620

Hilgenberg O C. Vom wachsenden Erdball. Berlin. 1933.

Holmes A. Radioactivity and earth movements. Trans. Geol. Glasgor, 1931, 18: 559-606

Jeffreys H. The Earth. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1929.

Jeffreys H. The Earth (4^th edition). Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1962.

Kremp G O W. Earth expansion theory versus statical Earth assumption. In: Chatterjee S et al. eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech Univ. Press. 1992.

Le Pichon X. Sea-floor spreading and continental drift. Journal of Geophysical Research, 1968, 73: 3661-3697

MacDonald G J F. The Deep structure of continents. Rev Geophys., 1963, 1(4):587-665

McKenzie D. P., Parker R. L. The north Pacific; an example of tectonics on a sphere. Nature, 1967, 216: 1276-1280

Meyerhoff A A, Meyerhoff H A, Briggs K S Jr. Continental drift V: proposed hypothesis of earth tectonics. Journal of Geology, 1972. 80(6):663-692

Meyerhoff A A, Toner I, Morris A E L, et al. Surge tectonics: a new hypothesis of Earth dynamics. In: Chatterjee S et al. eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech Univ. Press. 1992.

Morgan W. J. Deep Mantle Convection Plumes and Plate Motions. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 1972b, 56: 203-213

Morgan W. J. Plate Motions and Deep Mantle Convection. Studies in Earth and Space Sciences. Memoir - Geological Society of America, Geological Society of America (GSA), Boulder, CO, 1972a, 132: 7-22

Owen H G. Has the earth increased in size? In: Chatterjee S et al. eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech Univ. Press. 1992

Snider A. La eréation et ses mystéres dévoilées. Paris: Frand and Dentu. 1858

Taylor F. B. Bearing of the Tertiary mountain belt on the origin of the earth"s plan. Geological Society of America Bulletin, 1910, 21: 179-226

Wegener A. Die Entestehung der kontinente. (=The origin of continents). Geologische Rundschau, 1912: 3: 276-292 (in German)

Wegener A. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Braunschweig, Germant: F Vieweg ung Sohns. 1915

Wegener, A. Die Entestehung der kontinente und Ozeane.(The origin of continents and oceans) ed. 4. Brunswick: Vieeweg. 1929

Wegener A. The origin of continents and oceans. Translated from the third German edition by J. G. A. Skerl. New York: E. P. Dutton and Company. 1924: 1- 212

Wegener, A. The origins of the continents. Journal of Geodynamics, 2001, 32: 31-63

Wegener A. The origin of continents and oceans (translated from German by John Biram). New York: Dover Publications. 1966: 1-246

Wilson J. T. A new class of faults and their bearing on continental drift. Nature, 1965, 207: 343-347

Wilson J. T. A possible origin of the Hawaiian Islands. Canadian Journal of Physics = Journal Canadien de Physique, 1963b, 41: 863-870

Wilson J. T. Evidence from islands on the spreading of ocean floors. Nature , 1963a, 197: 536-538

（註：本「地球科學原理」系列，是根據廖永岩著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科學原理》一書改編而來，轉載者請署明出處，請不要用於商業用途）

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