红海正在扩张,而太平洋在收缩,大陆可以分分合合,海洋也会生长、衰老,“沧海桑田”的背后究竟蕴含着怎样的科学原理,今天我们从“威尔逊旋回”的视角来看这一切。

不过,在介绍威尔逊旋回之前,我们需要耐心回顾一些基础内容。



 01 

理论基础

  • 大陆漂移假说

20世纪初由魏格纳提出,他观察到大西洋两岸大陆轮廓高度吻合(比如非洲西海岸和南美洲东海岸像拼图)

南美洲与非洲大陆的拼合图 | 图源网络

此外,还发现两岸地层、地质构造、古生物、古气候等方面的相似性和连续性

于是猜想地球上所有的大陆和岛屿曾经都连在一,构成一个庞大的原始大陆,联合古陆(也称“泛大陆”)

2亿年前联合古陆复原图 | 图源网络

后来联合古陆慢慢分裂漂移,在新生代形成现在的海陆格局。

联合古陆解体过程复原图 | 图源网络

这一假说虽然了“大陆固定”的传统观点,但说清大陆“漂移”的动力同时还认为陆壳漂浮在洋壳之上,这些不足之处使其长期遭受冷落。

直到20世纪50年代后,对大洋底部的研究有了进展,才使大陆漂移说重获新生

  • 海底扩张学说

科学家通过海底探测,发现每个大洋底都有一条大洋中脊海底山脉,又称海岭是新洋壳的“诞生地”——地幔中的岩浆从裂缝涌出,冷却形成新洋壳,并不断向两侧推开老洋壳

海底扩张示意图 | 图源网络

另一方面,当边缘的老洋壳与大陆地壳相遇时,因洋壳密度更大,会俯冲到陆壳之下,进入地幔熔化消失,同时在俯冲处形成海沟

总之,海底扩张学说认为,洋壳是从洋中脊不断生长扩张,又在海沟处不断俯冲消亡

在这一学说获得稳固地位后,一批学者结合大陆漂移说,引申和发展出了板块构造学说。

  • 板块构造学说

板块学说认为,地球的岩石圈(地壳+上地幔顶部)不是完整一块,而是一些断裂带分成若干块体这些块体就是“板块”。

全球六大板块分布图 | 图源网络

板块“漂浮”在软流层上运动这些运动产生的一系列地质构造就是板块构造。

板块内部相对稳定,板块边缘构造运动活跃。

板块边界根据相对运动方式,主要可分为三种类型:彼此分离的离散型边界、彼此汇聚的汇聚型边界,以及彼此平行滑动的转换型边界。(这里重点介绍前两种)

离散型边界:又称生长边界、拉张边界,是岩石圈张裂和洋壳生长的部位,如前面提到的洋中脊就可以构成这种边界;

汇聚形边界:又称消亡边界、挤压边界,板块在此汇聚,从而发生俯冲或碰撞,如前面提到的海沟就可构成这种边界。

目前普遍认为,地幔对流是板块运动的主要驱动力。

地幔中的放射性物质衰变使地幔升温,密度减小后做上升运动;

到达岩石圈下部时向两侧扩散,产生平流运动;

平流过程中热量逐渐散失,物质降温后密度变大做下沉运动;

沉入地幔深处后重新升温再次上升,如此循环往复构成地幔对流。

地幔对流示意图 | 图源网络

此外,板块在俯冲带因密度差异产生的“板块拉力”,以及洋中脊高处物质向两侧的“重力滑动”等,也可能提供了部分动力。板块运动的驱动机制仍是地球科学前沿探索的课题。

板块构造学说综合了大陆运动和洋壳扩张,是对整个岩石圈运动、演化规律的解释

我们今天的主角威尔逊旋回”,则是板块构造运动在洋壳演化过程中的周期表现

 02 

威尔逊旋回

加拿大地质学家威尔逊按照大洋盆地的生命周期,把大洋从诞生到消亡的过程分为六个阶段

  • 胚胎期

演化过程:地幔对流使岩石圈受到向上的力的同时向两侧拉张会使大陆地壳出现裂缝,持续拉张还会导致断裂下陷

构造地貌:大陆裂谷、断陷盆地

典型实例:东非大裂谷(非洲板块内部张裂,谷多湖泊,未来可能变成新海洋)

洋壳发育“胚胎期”示意图 | 图源网络

  • 幼年期

演化过程:裂谷持续扩张,岩浆涌出形成新洋壳,同时海水侵入裂谷,裂谷逐渐演变为狭窄的海洋

构造地貌:狭窄洋盆

典型实例:红海、亚丁湾(印度洋板块与非洲板块张裂形成,海域狭窄,面积还在不断扩大)

洋壳发育“幼年期”示意图 | 图源网络

  • 壮年期

演化过程:随着岩浆不断涌出,喷发区逐渐堆积隆起,形成连续的大洋中脊,并持续生成新洋壳向两侧快速

考题中的“威尔逊旋回”到底是什么?

且洋盆两侧无明显洋壳俯冲,扩张速率大于消亡速率,洋壳面积持续扩大,并在此阶段达到最大

构造地貌:大洋盆地洋中脊

典型实例:大西洋(美洲板块与欧亚、非洲板块张裂,是目前最“成熟”的大洋,两岸距离还在拉开)

洋壳发育“壮年期”示意图 | 图源网络

  • 衰退期

演化过程:在这一时期,大洋边缘与大陆边缘汇聚,出现俯冲带和海沟;

俯冲过程中,洋壳在深处的高温高压环境下熔融消亡,熔融产生的岩浆沿地壳薄弱处向上喷发,伴随着板块挤压导致的地壳抬升,在大陆边缘形成岛弧或高大的山脉;

此时新洋壳生成速率远小于老洋壳消亡速率,洋盆面积持续收缩

构造地貌:海沟、岛弧(如日本群岛)褶皱山脉(如安第斯山脉)

典型实例:太平洋(周边环绕海沟与火山地震带,洋盆面积不断缩小,是“衰退中的大洋”)

洋壳发育“衰退期”示意图 | 图源网络

  • 终结期

演化过程:大洋边缘持续的俯冲作用加剧使洋盆进一步收缩变浅

同时大洋两侧大陆板块逐渐靠近,其间仅残留小型洋盆

构造地貌:残余海盆

典型实例:地中海(非洲板块向欧亚板块俯冲,海域越来越窄,未来可能完全消失)

洋壳发育“终结期”示意图 | 图源网络

  • 遗痕期

演化过程:残余洋盆完全闭合后,两侧大陆板块发生碰撞,产生的巨大挤压力使地壳发生褶皱、断裂和抬升,碰撞的位置称为碰撞带或缝合带

原本存在于洋壳沉积物和岩石被挤压到地表,成为判断曾经海洋环境的地质依据。

构造地貌:褶皱山脉

典型实例:喜马拉雅山脉(印度洋板块欧亚板块碰撞挤压形成北部的雅鲁藏布江则为碰撞带,也是这两个板块的界限之一

洋壳发育“遗痕期”示意图 | 图源网络

威尔逊旋回讲述了“大洋的一生”将静态的板块地图,变成了一部波澜壮阔的星球演变史。

这个角度去看世界,会感觉手中的地图“活”了起来。

我们看到东非的裂谷,就知道那是新大洋的“胚胎”;看到广阔的大西洋,明白它正处壮年,蓬勃生长;看到环太平洋的火山地震带和深邃的海沟,清楚那是古老太平洋衰亡边缘的喧嚣;看到雄伟的喜马拉雅山,便能遥想亿万年前那片名为“特提斯”的古洋。

“沧海桑田”不再是文学比喻,而是在我们身边正发生事实

 03 

做完题再走

威尔逊旋回是加拿大学者威尔逊提出的大洋盆地从生成到消亡的演化循环。读下表完成下面小题。

2. 阅读材料,回答下列问题。

威尔逊旋回是指大陆岩石圈在水平方向上的彼此分离与拼合运动的一次全过程,通俗的理解就是大洋从张开到闭合的一生。威尔逊旋回认为大洋盆地的演化可以归纳为6个发展阶段:胚胎期、幼年期、成年期、衰退期、终结期、遗痕期。大洋的演化呈现为张开和关闭的旋回形式,主宰了地球表层活动和演化。

(1)将图中的6幅图片按照威尔逊旋回理论中大洋盆地的演化顺序进行排序。

(2)从海、陆角度,分别描述威尔逊旋回理论中终结期、遗痕期的过程。

 参考答案与解析 
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1. B

【解析】按照表中的特征形态a裂谷对应②东非大裂谷,b扩张的陆间海对应⑤红海,c扩张且有活动中脊的洋盆对应①大西洋,d有俯冲边缘的洋盆对应⑥太平洋,e收缩并抬升的残留海盆对应④地中海,f年轻山系对应③喜马拉雅山,结合选项,B正确,ACD错误。

2.(1)D-C-F-E-B-A。

(2)终结期:随着俯冲作用不断进行,海洋(洋盆)不断缩小两侧陆地相互接近

遗痕期:海洋两侧陆地继续靠近,最终相互碰撞,海洋消失陆地相互挤压、隆起,形成高大的山脉。


本篇内容创作团队

撰文:掷笔三叹

指导羊羊

排版:杳杳

封面设计:掷笔三叹

文字校对:安安 青衣