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板塊運(yùn)動
地球表面一個板塊對于另一個板塊的相對運(yùn)動
基本信息
| 中文名 | 板塊運(yùn)動 |
| 外文名 | plate motion |
| 應(yīng)用學(xué)科 | 地質(zhì)學(xué) |
| 有關(guān)科學(xué)家 | 勒皮順 |
| 學(xué)說 | 板塊構(gòu)造學(xué)說 |
| 漂浮地幔 | 軟流層 |
收起
板塊的變化
地球堅硬的地殼位于地表以下70-100公里厚的巖石層也不像蛋殼那樣完整。無論是在大洋底下或大陸底下的巖層，原來都是由一塊塊大板塊構(gòu)成的。在這些大板塊之間不是大洋中脊的裂口，就是幾千米深的海溝或者是巨大的斷層。全球六大板塊即太平洋板塊、亞歐板塊、美洲板塊、印度洋板塊、非洲板塊和南極洲板塊。其中，除了太平洋板塊全部浸沒在海洋底部外，其他五個板塊上，既有大陸也有海洋。隨著研究的深入，有人在這些大板塊中又分出一些較小的板塊，例如，把美洲板塊分為北美洲板塊和南美洲板塊；從太平洋板塊中分出東太平洋板塊；從亞歐板塊中分出以中國大陸為主體的東亞板塊等等。還有據(jù)一些科學(xué)家們說：印度洋板塊和非洲板塊發(fā)生張裂，紅海不斷擴(kuò)張；亞歐板塊與印度洋板塊發(fā)生擠壓碰撞，地面隆起，喜馬拉雅山不斷升高；地中海會消失，南極大陸向北漂……
相對運(yùn)動
舉例來說，大西洋中脊兩側(cè)的歐亞板塊和北美板塊正在相互分離，但這并不能斷定大西洋中脊相對于地理極是靜止的，也無法確定兩個板塊之中哪一個是靜止不動的，我們只能假定其中一個板塊靜止不動，然后去分析另一板塊相對于它的運(yùn)動。由此可知，歐亞板塊相對于北美板塊是向東運(yùn)動，而北美板塊相對于歐亞板塊則是向西運(yùn)動。歐亞板塊相對于太平洋板塊是向東運(yùn)動，相對于印度洋板塊則是向南運(yùn)動。舉例說來，大西洋四周各大陸間的距離，在過去2億年的時間內(nèi)，至少移動了數(shù)千千米，而利用現(xiàn)代空間技術(shù)所觀測到的現(xiàn)代板塊間的相對運(yùn)動，則可以達(dá)到每年幾個厘米的量級。
剛體板塊沿地球表面的運(yùn)動，應(yīng)遵循球面運(yùn)動原理，即必定是環(huán)繞通過球心（地心）軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在球面上，任何一點(diǎn)的移動都不是沿著直線而是沿著弧線的運(yùn)動。平行于赤道（離旋轉(zhuǎn)極90°的大圓）的一系列同軸圓弧（歐拉緯線）標(biāo)明了板塊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方向，同軸圓弧的垂線（大圓）相交于旋轉(zhuǎn)極。正因為板塊運(yùn)動是一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以，板塊上不同位置的線速度隨遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)極而增大，至旋轉(zhuǎn)赤道線速度最大。板塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由旋轉(zhuǎn)極（歐拉極、擴(kuò)張極）的地理坐標(biāo)（γ、）和旋轉(zhuǎn)角速度（ω）確定。
由于轉(zhuǎn)換斷層的走向平行于相鄰板塊之間的相對運(yùn)動方向，也就是說，相鄰板塊在球面上的運(yùn)動軌跡就是轉(zhuǎn)換斷層（圖5．29），故采用求轉(zhuǎn)換斷層為界的各對板塊之間相對運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)極（ρ），例如，采用作圖法對大西洋中脊不同轉(zhuǎn)換斷層分別作垂直于它們的球面大圓，結(jié)果都相交于球面上一個很小的范圍內(nèi)，理解為一個極點(diǎn)，即旋轉(zhuǎn)極，實際位置在58°N及38°W附近。
有了擴(kuò)張極（旋轉(zhuǎn)極），利用擴(kuò)張速率便可求出旋轉(zhuǎn)角速度，即：ω=ν/R·cosθ·0.01745式中ω為旋轉(zhuǎn)角速度（度/a）；ν為擴(kuò)張速率（cm/a）；R為地球半徑（6.37×108cm）；θ為歐拉緯度；0.01745為角度的弧長系數(shù)。表5．2即為明斯特（J.B.Minsteretal，1974）和蔡斯（C.Chase1978）等人求出的全球部分板塊之間現(xiàn)代運(yùn)動的擴(kuò)張極和角速度，根據(jù)所求得的旋轉(zhuǎn)極位置和角速度大小，板塊邊界上各點(diǎn)的線速度可以很方便地?fù)Q算出來。
絕對運(yùn)動
板塊的絕對運(yùn)動是指板塊相對于深層地幔（地幔-熱點(diǎn)）的運(yùn)動。相對于深層地幔平均位置固定的框架，稱為板塊絕對運(yùn)動參考架（參照系），這種參考架是通過熱點(diǎn)和巖石圈的無整體旋轉(zhuǎn)或稱為平均巖石圈參考架來實現(xiàn)的。熱點(diǎn)參考架的含義是，在地幔中存在一系列熱點(diǎn)，一些學(xué)者認(rèn)為，熱點(diǎn)位置相對于地球自轉(zhuǎn)軸和深層地幔是長期固定的，板塊相對于熱點(diǎn)的運(yùn)動也就是板塊的絕對運(yùn)動，它可通過測量跨越熱點(diǎn)火山鏈的年齡和長度得到。巖石圈無整體旋轉(zhuǎn)參考架的含義是，如果巖石圈與軟流圈的耦合側(cè)向均勻，并且板塊邊界的力矩對稱作用于兩個相鄰板塊，則平均巖石圈參考架就是相對于深層地幔不動的參考架。板塊相對于該框架的運(yùn)動就是板塊的絕對運(yùn)動。在大多數(shù)板塊上兩種參考架標(biāo)定的絕對運(yùn)動基本一致，但也有一定的差別，這主要是由平均巖石圈參考架相對于熱點(diǎn)參考架有整體西向漂移的緣由所致。
除上述兩種參考架外，也有學(xué)者以西太平洋島弧—海溝系作為參照系，計算了1000萬年以來全球各主要板塊以及一些熱點(diǎn)相對于它的板塊運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)夏威夷熱點(diǎn)、南大西洋熱點(diǎn)、非洲提貝斯提熱點(diǎn)等的位移量都很少，從而認(rèn)為西太平洋島弧—海溝參照系與這些熱點(diǎn)組成了一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可作為至少1000萬年以來板塊絕對運(yùn)動的參照系統(tǒng)。這樣就大致表明了上述時間內(nèi)各大板塊的絕對運(yùn)動，其中以太平洋板塊的運(yùn)動速率最大，它主要是向西偏北方向運(yùn)動；印度板塊主要向北運(yùn)動；北美和南美板塊主要向西偏南方向運(yùn)動，北美板塊的旋轉(zhuǎn)極位于白令海中，該極點(diǎn)四周的北美板塊（部分），以及亞洲東北端均環(huán)繞該極做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，方向比較復(fù)雜；非洲板塊的旋轉(zhuǎn)極位于幾內(nèi)亞灣內(nèi)，它基本上是環(huán)繞該極做左旋運(yùn)動；歐亞板塊主要是向西和向北運(yùn)動，特別是更新世以來，亞洲大陸向北推移趨勢明顯。由此可知，板塊的相對運(yùn)動和絕對運(yùn)動是不同的，以歐亞板塊和太平洋板塊為例，它們的絕對運(yùn)動有可能都向西或都向東或向其他方向，但它們之間的相對運(yùn)動則必須是相互匯聚的。這明確表示，板塊絕對運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)極，不同于一對板塊之間相對運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)極。
板塊速度
由于板塊的剛性是近似的，故板塊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的定量計算值不可能是實際值。不過利用現(xiàn)代空間技術(shù)觀測到的板塊間相對運(yùn)動速率顯示板塊運(yùn)動方向和速率的地學(xué)估計與短時間尺度的直接測量結(jié)果大體上還是一致的。
由前述可知，當(dāng)兩個各具邊界形態(tài)的板塊發(fā)生運(yùn)動時，它們都有自己的旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)極，若三個板塊同時發(fā)生運(yùn)動則它們?nèi)卟豢赡苁抢@同一旋轉(zhuǎn)極的轉(zhuǎn)動，其中第三個板塊的旋轉(zhuǎn)極必然隨轉(zhuǎn)動而移動變位，所以，其旋轉(zhuǎn)極只能是一個平均數(shù)。另外，每對板塊擴(kuò)張極的位置在時間上是變化的，所以，板塊運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)極只具有瞬時的位置性質(zhì)。判斷板塊運(yùn)動的標(biāo)尺是時間段落，所以，旋轉(zhuǎn)極就總是一個平均數(shù)，空間上是一個理想的點(diǎn)。對重建古大陸位置而言，確定板塊旋轉(zhuǎn)極的位置非常重要。
變動特征
巨大的太平洋板塊朝西北、西及北的海溝俯沖推移。太平洋板塊與歐亞板塊和印度板塊的匯聚速率，在日本—湯加海溝—帶達(dá)到最大，可達(dá)9cm/a。湯加海溝以南，日本海溝以北，匯聚速率遞減，向南至克馬德克海溝，向北至阿留申海溝減至7cm/a左右。在馬里亞納和菲律賓海溝附近，海溝出現(xiàn)分叉現(xiàn)象，其間夾著菲律賓海板塊，由于間夾板塊處于環(huán)太平洋匯聚擠壓帶范圍內(nèi)，故其間并未出現(xiàn)離散型邊界。歐亞板塊與次級菲律賓海板塊之間相對運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)極在日本北海道東北，它們的匯聚速率在日本九洲附近為（3-4）cm/a，向南逐漸增大，至我國臺灣以南增大到7cm/a以上。太平洋板塊東邊側(cè)，沿秘魯—智利海溝，次級可可板塊和納茲卡板塊與南美板塊相互對沖（俯沖和仰沖），其匯聚速率也在9cm/a以上。
南、北美板塊之間的加勒比板塊與菲律賓海板塊一樣，也處于環(huán)太平洋匯聚擠壓帶內(nèi)，同樣也未見有離散型邊界出現(xiàn)。加勒比板塊的西界是中美海溝，東界是小安的列斯島弧—海溝系，二者均屬匯聚型邊界，南、北兩端均為轉(zhuǎn)換斷層，北端左旋，南端右旋。因此，加勒比板塊向東仰沖于大西洋洋底之上。
歐亞板塊南界西端為大西洋亞速爾三聯(lián)點(diǎn)，從亞速爾到直布羅陀一線，非洲板塊相對于歐洲板塊左旋，其相互匯聚速率僅0.5cm/a。自此向東為阿爾卑斯—喜馬拉雅巨型緯向造山帶，以北為歐亞板塊，以南依次為非洲板塊、阿拉伯板塊和印度板塊，它們相對擠壓、匯聚，壓縮速率自西而東逐漸增大，至印度板塊西面的帕米爾楔，其匯聚速率為4.3cm/a，向北偏西插入歐亞板塊，至東面的阿薩姆楔，則以6.4cm/a的匯聚速率向北東突入歐亞板塊。由于兩端向北推進(jìn)的速率不一致、不對稱，故在印度板塊向北運(yùn)動的同時兼有左旋動勢。印度板塊的這種運(yùn)動性質(zhì)是形成青藏高原構(gòu)造形變的最重要因素。再往東過渡為印度洋東北緣的俯沖邊界，沿爪哇海溝其匯聚速率為7cm/a左右，至東南邊緣則被新西蘭轉(zhuǎn)換斷層所替代。阿拉伯板塊與印度板塊之間，在阿拉伯板塊的西北緣和東南緣均為北北東向的左旋轉(zhuǎn)換斷層，并以此與印度板塊相分隔。
上述全球主要板塊的相互協(xié)調(diào)和彼此關(guān)聯(lián)，以及增生擴(kuò)張和消亡壓縮現(xiàn)象，集中體現(xiàn)為全球的三大巨型構(gòu)造系，一是環(huán)太平洋深消減帶板舌構(gòu)造系，所環(huán)繞的太平洋面積占全球面積的1/4；二是太平洋增生帶洋脊構(gòu)造系，相當(dāng)于環(huán)繞地球赤道兩周的總長度；三是大陸碰撞造山帶構(gòu)造系，主要分布在北半球北緯20°-50°之間，是一個包括阿爾卑斯—喜馬拉雅造山帶在內(nèi)，寬達(dá)2000～3000km的環(huán)帶。這三個具有全球尺度的巨型構(gòu)造又具有以下變動特征。
定向性
非平穩(wěn)性
巖石圈板塊運(yùn)動強(qiáng)度的非平穩(wěn)性：主要有三點(diǎn)依據(jù)，即大洋中脊的變格和跳位現(xiàn)象，以及熱點(diǎn)軌跡走向的顯著變化；古地磁視極移曲線沿走向突然改變而分開；巖石圈板塊相對于熱點(diǎn)，其運(yùn)動速率發(fā)生過較大變化，比如北美、歐亞、非洲和南極洲板塊早期的運(yùn)動速率曾達(dá)到過8cm/a，而運(yùn)動速率則為2cm/a左右。地震活動的幕式特征也是板塊運(yùn)動非平穩(wěn)性的反映。
反對稱性
巖石圈巨型構(gòu)造系的反對稱性：全球巨型構(gòu)造系的空間位置和幾何形式雖相互對稱，但活動構(gòu)造特征是相反的，故稱反對稱性。全球3/4的大洋和洋脊裂谷集中在南半球，那里有相當(dāng)高的熱流值，代表擴(kuò)張型半球；相反，全球3/4的大陸和活動造山帶則集中在北半球，那里有廣泛的地震活動，代表壓縮型半球，此與南半球形成鮮明對照。在以經(jīng)度180°為中心的太平洋半球，其環(huán)太平洋消減帶代表著壓縮型半球，邊緣環(huán)帶為以180°半徑為中心的環(huán)帶；以經(jīng)度0°為中心的大西洋半球，則在0°以西，呈面狀分布著一系列縱向洋脊和裂谷，代表著縱張型半球，二者的反對稱性特征亦相當(dāng)明顯。
此外，在同一構(gòu)造系內(nèi)，也存在著明顯的反對稱性，如在環(huán)太平洋深消減帶板舌構(gòu)造系內(nèi)，西太平洋的板舌傾角多數(shù)大于45°，以至直立下插，而東太平洋的板舌傾角多小于45°，在南美西岸可以低到8°～12°，以至水平。西太平洋俯沖帶為典型的溝—弧—盆系，而東太平洋俯沖帶則屬陸緣擠壓造山帶，弧后盆地不發(fā)育。西太平洋中脊裂谷和太平洋中隆裂谷，雖然在中、低緯度它們的走向都是南北向，轉(zhuǎn)換斷層也基本是東西向，但中脊兩側(cè)同一地質(zhì)時代的海底磁條帶的寬度并不相等，多數(shù)是東側(cè)比西側(cè)寬，反映兩側(cè)為不等速擴(kuò)張，這是板塊運(yùn)動速率的反對稱性特征。
板塊構(gòu)造
產(chǎn)生機(jī)制
形成機(jī)制
板塊運(yùn)動的原動力來源機(jī)制是：地球表面的高山深壑在天體運(yùn)動的相互作用中，產(chǎn)生的慣性動量的分布不均衡，不同板塊的整體慣性動量的差異會引起板塊間運(yùn)動速率的微差，結(jié)果是形成板塊間擠壓，這種擠壓的表現(xiàn)形式就是地震。此理論的推論有兩個：一是表面平滑的星球上不會發(fā)生板塊漂移；二是地球的自轉(zhuǎn)軸區(qū)域不會發(fā)生地震。
板塊構(gòu)造學(xué)說誕生后，已成功地解釋了一些大地構(gòu)造現(xiàn)象。同時，仍存在一些尚不能圓滿解釋的問題，有些推論也未得到最后的證實。但這些都不會影響這一學(xué)說的發(fā)展，相反會對它起推進(jìn)作用。
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