海底扩张
海底扩张是板块构造理论的核心过程之一,描述的是在大洋中脊处,新的海洋地壳不断形成并向外推移,推动较老的洋壳向两侧运动,最终在海沟处俯冲回地幔的循环过程。
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观察基础与假说的提出。在20世纪50年代之前,人们普遍认为海洋盆地是古老而静止的。然而,通过回声测深技术绘制的大西洋海底地形图揭示了一个惊人的特征:大西洋中央存在一条纵贯南北的巨大海底山脉,即大西洋中脊。其后,类似的洋中脊在其他大洋也被发现。基于对洋中脊、海底沉积物厚度(洋脊处最薄,向两侧逐渐增厚)和地磁异常等观测事实,美国地质学家哈里·哈蒙德·赫斯于1962年提出了“海底扩张”假说。他认为,洋中脊是地幔物质上涌的裂谷带,新生的玄武岩洋壳在此形成,并像传送带一样向两侧移动。
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关键证据:海底磁异常条带。这一假说很快得到了决定性证据的支持,即海底磁异常条带。地球的磁场在地质历史上曾多次发生南北极反转。当富含磁性矿物的玄武岩浆在洋中脊喷发冷却时,其磁性矿物会“冻结”记录下当时的地磁场方向。随着新洋壳不断生成并将老洋壳推向两侧,在洋中脊两侧的海底,就会形成以洋脊为轴心、平行对称分布的、记录了正反磁化序列的岩石条带。这种像“磁带录音”一样的对称模式,完美地证明了洋壳是从洋中脊向外生长和移动的。
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扩张的过程与驱动力。海底扩张的具体过程是:在洋中脊轴部下方,来自软流圈的地幔物质因压力降低而发生部分熔融,形成玄武质岩浆。岩浆上涌并喷发或侵入,冷却凝固后形成新的海洋地壳(主要是玄武岩)和其下的地幔顶部岩石(橄榄岩),共同构成岩石圈。新生的岩石圈是热的、密度较低,因此具有较高的地势,形成了洋中脊。随后,它逐渐向两侧推移、冷却、收缩,密度增加,海底深度也随之增加。驱动这一运动的根本力量被认为是地幔对流:在地幔中,较热的物质从洋中脊下方上涌,推动岩石圈板块向两侧运动;而冷却变重的板块边缘则在海沟处下沉(俯冲)回地幔,形成一个巨大的热物质循环系统。
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扩张速率与全球构造意义。不同大洋的扩张速率并不相同,有快有慢。例如,东太平洋海隆是快速扩张脊(每年可达10厘米以上),而大西洋中脊则是慢速扩张脊(每年约1-2厘米)。海底扩张理论将大陆漂移、地震与火山带分布、造山运动等地质现象统一起来,它与地幔对流理论结合,共同构成了现代板块构造理论的基石。它解释了为什么最老的洋壳年龄不超过2亿年(因为不断循环再生),而大陆岩石可以古老得多;也阐明了环太平洋火山地震带正是洋壳俯冲消亡的产物。海底扩张是理解地球表面动态演化的关键。