地学革命（一）

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JOIDES－地球深部取样联合海洋研究所     DSDP—深海钻探计划

一、革命前夜1963～1968

1、莫霍面和莫霍孔

地槽：是19世纪的美国地质学家James Hall最先提出来的，原指造山带巨厚沉积物形成的地方。他指出，山脉下面的沉积物厚度特别大。而欧洲地质学家则认为，地槽的沉积物是在深海槽形成的。这两种情况都称为地槽。在此基础上衍生出了地槽造山的理念。这一理论统治地学界达百年之久，大大阻碍了地球科学的发展，现已为板块理论所取代。

盖奥特是在重力作用下发生沉积的。而有一些平顶岛却不是波浪的侵蚀作用所致，而是沉积作用的结果。而达尔文的看法是，环礁是在火山岛的基础上生长起来的，环礁顶上的泄湖沉积作用就是岛屿变平的原因，而一旦珊瑚礁停止生长，这些岛屿就会慢慢下沉变成盖奥特。

英国皇家学会的天文学家George Airy曾经设想，地球有一薄层蒋轻的固体外壳，包在密度较大的液态核心外面。他把地球外圈的这一固体薄壳称为地壳。较轻的地壳漂浮在较大的液态物质之上，保持一种漂浮平衡，这种重力平衡模式，就叫Airy均衡（等压）平衡模式。而地球物理学家，则认为地壳下面密度较大的物质是固态的。

玄武岩是一种火山熔岩固结而成的岩石，化学组成中富铁镁，属于铁镁质岩石，由于熔岩喷出海底很快发生冷却，所以组成玄武岩的矿物都很细。如果同样的熔岩在海底以下一两公里处的裂缝中慢慢凝结，其晶粒就可以长到几毫米，这种缓慢冷却的岩石虽然成份与玄武岩一样，但结构却完全不同，地质学家称之为辉长岩。

沉积层下面最常见的是花岗岩和片麻岩，而地幔是由什么岩石组成的？两种推测，一种是和玄武岩成分相同的榴辉岩，另一种是橄榄岩。而事实证明是由橄榄岩组成的。

2、冰期和“长岩心委员会”(LOCO)

世界各地海水的氧18与氧16的比值已趋一致，可以以此作为比较的标准，称为标准平均海水，既SMOW。氧化物中含较多氧18时称为正异常，而低于标准平均海水的则为负异常。

在正常温度下，从温度较低的海水中析出的生物骨骼，其同位素组成要比从温度较高的海水是析出的生物骨骼含有更多的氧18。也就是说海相化石的氧同位素组成取决于温度。而这就是古气候的温度计。

莱伊尔提出均变论，即在地质历史上起作用的，也正是我们现在所熟知的自然规律，而自然规律是永恒的，不随时间变化的。但是他又走向了另一个极端，认为在整个地质历史上地球上的条件从没发生过巨大的变化，地质作用一直以一种均匀的速度进行着。而历史上就有四次冰期：贡兹、民德、里斯和武木。前进的冰川就像推土机一样，将大大小小的石块推向山谷和平川，冰川消融时期又退向高山，于是就在草原上留下了一堆漂砾。

冰期到底有多少次，如果在大陆上找不到答案就要去海洋找了，能过海洋取心，研究一种名叫Globorotalia menardii的有孔虫或是沉积物中碳酸钙的含量变化都可以，但后者分析出至少有9次强冷气候的旋回。

3、驶向大洋——“格洛玛．挑战者”号破洋之旅

盐丘是盐类物质从地下深处的盐层里冲到上部沉积层中而形成的一种柱状构造。盐的压固程度要比松散的沉积物高，因此盐与沉积物的界面是一个可以追踪的地震反射面，用连续地震剖面仪可以确定海底下面的盐丘构造。墨西哥湾海底深处的盐丘说明了它曾一度干化，成为白花花的盐的海洋。

如果深海钻井平台钻穿了盐丘里的高压储集层，天然气猛然逸出，使海水的浮力骤然减少，就会使平台倾覆。

深海地震剖面很多都呈水平状，经取心发现是中始新世的放射虫燧石岩。放射虫是生活在热带海洋的一种单细胞浮游动物，在许多地方放射虫都发生了重结晶，变成了坚硬的岩石。而在温带海域中发现放射虫燧石则意义重大，它表明，要么古新世富营养的赤道很宽，要么大大西洋底向北移动了一段距离。

4、地学革命

当火山熔岩喷出地表开始冷却时，其中一些含铁矿物就会结晶出来，温度降到一定值 ，达到矿物的 “居里点”时就开始获得磁性。磁性矿物在熔岩中获得磁性时，要按地磁场定向，矿物的北极指向地磁北极，并取得相应的磁倾角。矿物因此而取得的磁性方位，称为天然剩磁。在熔岩冷凝为玄武岩时就会保留在岩石中。如果地磁场在历史上没有发生过变化，岩石的磁性方位与用罗盘在采样地点测得的磁性方位是一致的。但实际情况往往不一样，说明要么地球磁极的位置在历史上曾经改变过，要么取样地点曾经发生过漂移，已经离开它原来的取得剩磁的地点。而在研究过程中发现的磁极倒转现象用大陆漂移解释不了，在磁极真的发生过倒转，而且不止一次。

大陆漂移学说是错的。1、地壳下层的物质并不是液体，而是一种强度很大的固体，花岗质的陆壳根本不可能浮在液态的玄武岩上，因为花岗岩的熔点比玄武岩低，如果温度中以使玄武岩溶化，花岗岩也就不可能以固态的形式存在了。2、另一点是大陆漂移的驱动力是什么，Wegener解释为潮汐牵引作用所引起的极移力，而Jeffereys的计算证明这种驱动力比使大陆动起来的力小好几个数量级。

而大陆漂移也是有很多证居的：1、生物的迁移扩散。古植物学家发现，在大约2亿5千万年至3亿年以前的石碳纪、二叠纪世界上的古植物可以分为两大类，一类是欧亚两洲的大羽羊类，另一类是世界其它地方的舌羊齿类。2、陆生动物的分布。19世纪奥地利地质学家认为印度、非洲、澳大利亚、南美和南极洲曾一度连成一片组成一个巨大的陆地，称为“冈瓦那古陆”。

温度导致热应力，热应力引起液体对流。然而，实验表明，固态物质在足够高的温度、压力作用下，强度其实是很小的，只要时间足够长，就能在应力的作用下发生形变。即使应力很小，也会发生蠕动，甚至像液体一样流动。

地幔内部有热对流吗？如果没有热对流，地球上的热流只能来自于花岗岩中放射性元素的裂变，由于陆地上花岗岩厚而海洋主要是玄武岩，所以大陆的热值理应比洋底的高，但测量结果表明二者几乎一样。而热流是从洋隆或大洋中脊处上升，而在海沟处下降的。爱丁堡的Arthur Holmes进一步指也，热对流可能就是驱动大陆漂移的马达。

大洋中脊上的中央裂谷的产生，Harry Hess主张用地幔对流机制来解释，他认为，大洋中脊就是地幔升起的地方，地幔上升流的热量足以使上地幔发生熔化，熔化形成的液态组分推开地表，喷溢而出，就形成海底山或水下火山，随着时间的流逝，地幔对流缓缓地将那些火山岛从大洋中脊推开。其实这就是“海底扩张”的思想。

地磁场的产生是由于地心熔融铁的运动产生的。Elsasser的发电机理论：在地心有载电颗粒的运动，这种运动与地球自转有关，地磁场就是由于这种带电颗粒的运动产生的。

磁法调查的基本原理很简单，北半球高纬度地区的一个正磁化的磁性体的磁力线，平行于地球磁场的磁力线，两个磁场的强度叠加起来，其磁场就会大于正常值，形成一个正异常；而负磁化的磁性体就会形成一个负异常。海底磁异常呈规则的线性分布：极强的磁化区与极弱的磁化区呈条带状相互交替。而海底磁化异常就是在地磁极倒转的情况下发生的。

在海底扩张过程产生的磁异常带是按照裂谷的轴线呈对称分布的，而如果海底扩张的速度是恒定的，那么每个磁性条带的宽度应当与熔岩喷发阶段磁性期的长短成正比。按着这一思想可以通过海底磁异常带的宽度来计算海底扩张的速度。

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二、石破开惊 1968～1973

5、数字比赛

赫顿的“均变论”，莱伊尔发展均变论形成的“存在均变论”，他们的观察学无法解释一些在海洋中观察到的新现象。

“代”（宙）是最大的地史时间单元，下面是“纪”：深海钻探只能穿透新生代和中生代的地层。中生代地层包括三叠纪、侏罗纪、白垩纪，新生代地层包括第三纪和第四纪。“纪”可进一步划分为“世”，第三纪分为古新世、始新世、渐新世、中新世和上新世，第四纪则分为更新世和全新世。

应用海底扩张理论在海底钻孔以测沉积岩石的年龄与理论推理完全一样，从而证明了海底扩张理论的正确性。

什么是科学：科学是人类从杂乱无章的自然现象中导求规律的一种努力；它应当能提供一种简单的关系来解释表面上看起来互不相关的事实；它应当能预测未来。

6、大西洋和特提斯海

瑞士阿尔卑斯山的蛇绿岩与大西洋的基底极为相似。它们的沉积盖层记录了相似的发展过程。大西洋和特提斯洋的了出现，是在非洲从北美和欧洲漂开的时候。大西洋的哥林奇滩下面是一套辉长岩。这种辉长岩与瑞士阿尔卑斯阿拉峰的辉长岩是同一种岩石。

地层上的缺失，称为“沉积间断”或“不整合”。

会什么在大西洋与阿尔卑斯会发现时代和类型都相同的蛇绿岩和远洋沉积物呢？

构成阿拉林峰的辉长岩经常与另一种叫做蛇纹岩的超铁镁质岩石共生在一起。因为这些岩石色绿而斑斓，看上去像绿蛇的色彩，因而统称为“蛇绿岩套”。而阿尔卑斯蛇绿岩套的盖层都是红色或绿色的燧石，这些燧石是单细胞生物——放射虫的骨骼组成的，因而称为放射虫岩。这些现象说明了4000多米高的阿尔卑斯山曾是4000多米深的海洋。


是什么导致了海底抬升并形成高山呢（造山运动）？

有人想地幔的热对流就是造山运动的驱动力；也有地质学家用“地槽理论”来解释；而Wegener则认为是大陆漂移，板块相碰撞产生的。而在Wegener之前，Suess就认为，在欧亚大陆和非洲之间曾经存在过一个广阔的大洋——特提斯洋，这一沉积物可以现在出露在阿尔卑斯山山和喜马拉雅山的放射虫燧石岩和超微化石石灰岩为代表。中生代特提斯洋的形成是因为欧洲与非洲的分离，而阿尔卑斯的形成则是因为漂移着的欧洲大陆与非洲大陆又发生了碰撞。

在中生代之初，欧洲、非洲和北美都是一个“超级泛大陆”的一部分，在侏罗纪的早器，大约155百万年前，非洲大陆先从“泛大陆“分离，二者之间出现了一个裂缝，海底熔岩沿着裂缝喷溢而出，形成大西洋的基底。由于地磁极的倒转，熔岩经历了正向与反向交替的磁化期，形成了一系列的地磁条带。180百万年前泛大陆的裂解是晚三叠世最重要的地质事件，一个类似于莱因地堑的巨大坳陷形成了，其中沉积了三叠纪的新红砂岩，在大西洋两岸都可以看到。而非洲和欧洲的分离形成了特提斯洋，大西洋和特提斯洋组成了一个大洋。

做为一对孪生姐妹，大西洋与特提斯的命运为什么如此不同？原来，虽然非洲已经漂得很远，但是欧洲与北美分离产生北大西洋时，欧洲与非洲之间的海洋，即特提斯洋，正随着欧洲东移速度的加快而变得越来越窄，欧非两个大陆之间的距离也下在不断缩小，在40百万年前的始新世，欧洲终于赶上了非洲，两个大陆相撞，产生了阿尔卑斯山，升出海面，特提斯消失。

7、地中海的岛弧与海沟

地球物理学家已证实大陆是不能漂移的，但是可以移动，这就是板块构造理论的关键所在。陆地岩石圈可以在大洋岩石圈之上发生漂移并最终于另一个大陆岩石圈发生碰撞。

大陆漂移学说是错误的，因为Wegener的资料来自于Pratt应用万有引力定律对喜马拉雅山密度的研究上，认为山脉下岩石物质密度比平原下的小，因为他在计算时有一个假设——地球在形成之初，其外壳的厚度与密度是均匀的，即“均衡模式”。而英国皇家学会的Airy则采用了“漂浮理论”来解释山的质量较小的原因，拉罗拉多高原处的莫霍面与理论计算不合宣告了该理论的破产。Barrell提出了“软流圈”的概念，在软流圈上面是“岩石圈”，它由固体地壳和上地幔组成，而且地幔物质的密度并不是处处都一样的。这一设想和Pratt的均衡模式有点像，而且他还发现地壳是处于一种区域性平衡状态之下的
地震资料表明，地壳物质较轻，地幔物质较重，山脉下面地壳较厚，莫霍面埋藏较深，而海洋下面的地壳较薄。但这并不是说Airy的预言是对的，地壳并不是漂浮在地幔之上的。地幔是铁镁硅酸盐组成的，它有在低温条件下强度很大，只有在温度升高到接近于其熔点或者在极其缓慢的应力作用下，才会像液体一样流动。



虽然地壳不能漂移，但陆地真的移动过，由于陆地是岩石圈的一部分，因此岩石圈必定也移动过。地球的深源地震大多局限在一个很窄的带内，以不同的角度从地表向下延伸，而这个深源地震的倾斜地带被称为“贝尼奥夫带”。



板块已分成了好多块，它们或相向运动，或相背运动，或呈侧向滑移，这些运动是受Euler定律控制的：球面上任何一点的运动皆可看作围绕一个轴的转动，也就是说，其运动轨迹可以描述为地球表面的一段圆弧或一个小圆。在相背移开的地区就是像大洋中脊部位，这种板块边界称为“加积边缘”，是新的海底加叠到的老的海底之上的场所；而在板块相向运动的地方形成深海沟和山脉，这种地方现在称为“活动板块边缘”，大洋板块会俯冲到大陆板块下面。这就是板块构造理论，位于岩石圈板块顶部的大陆，就好像载重汽车上集装箱，它将随着板块的运动而运动，而板块就是那隆隆向前的载重汽车。俯冲板块的地壳物质，因高温而熔化，它产生的熔融液体，由于比重较小，必然要觅路上逸，这些熔融液体就是岩浆。而海沟就是洋壳俯冲的地方，在那里会出现“质量亏损”，即原来密度较大的地幔物质被俯冲作用带来的较轻物质取而代之了。



在地中海的海伦海沟钻到了白垩纪的白去岩，而它本来是沉积在欧洲板块边缘的，在特提斯由板块俯冲而消失之后，非洲继续向前运动，推到了欧洲板块之上，这些岩石从它们的基底上剥离下来，继续被推向前方，变位的同时发生变形，形成了瑞士高山灰岩阿尔卑斯状观的褶皱；而非洲板块在西阿尔卑斯俯冲到欧洲板块之下，地中海的海底原是非洲板块的一部分，也冲到了欧洲南部大陆边缘之下，一部分欧洲大陆的外部边缘被拖带着扎到了现代海沟的深处。



8、洋底消亡

地层学的三条定律：地层叠置定律、地层的横向延伸定律、古生物定年律。

古生代时，在海洋里主要繁衍无脊椎动物，在陆地上主要是鱼类，植物开始繁衍。中生代是爬行动物的时代，恐龙主宰世界。新生代是哺乳动物的时代，生物的发展达到了它的最高阶段。



洋底的岩石本来是规则成层的，它们应当是固结的熔岩、石化了的砂、泥和大洋软泥，原都是按照一定的次序成层叠置的一套序列，然而弗朗西斯科杂岩被半卷入了一个巨大的碎样机，经过强烈剪切、破碎和变形，形成了混杂岩。



洋底沉积物是平展的，但当它们被带入贝尼奥夫带后，由于那里是压性，就会在那里发生褶皱变形。而洋底也就是由于这种俯冲作用而不断地发生消亡。

新的洋壳不断生成，老的洋壳不断消亡。



9、边缘海（弧后盆地）

边缘海不是大陆大洋化的产物，而是洋壳俯冲作用形成的，是海底扩张作用形成的。低温洋壳板快的俯冲引起了大陆边缘上地幔的局部热对流，地幔物质的上升引起大陆岩石圈的裂开，而裂缝的底部就是洋壳。

张性构造与压性构造同时相邻存在是边缘海的重要特征，地球物理学家的实际模型是：低温岩石圈的俯冲扰乱了弧后地幔的热状态，形成了一个局部的对流元，大陆边缘下面的上升流在横向上扩展，引起了弧后盆地的张裂和海底扩张。



10、瑙鲁悲欢录（在钻探船上的故事）

盖奥特的地质历史：火山喷发；最后一次火山喷发大约在1亿年前，玄武岩溢出；在火山岛的边缘生长珊瑚礁，形成沉积灰泥的浅水泄湖里沉积，8500万年前，水面上仍然矗立着一个死火山锥，其上植物繁茂，万物争艳，植物死后的残枝碎叶经过搬运，最终都沉积在泄湖里；继续沉降，漂浮生物或游泳生物的骨骸落入淹没了的古泄湖里，最后形成厚达几百米的海洋软泥。

盖奥特的钻探结果表明，并非所有的中太平洋的盖奥特都有一个很平的顶，而且沉没火山的平地形是由一沉积作用才变成平项的，没有必要祈求波浪的侵蚀作用。



活动边缘的火山活动形成安山质熔岩，而增生边缘的火山活动则形成玄武岩，还有一种火山活动，称为板内火山活动。陆地上广泛发现的拉斑玄武岩就是板内火山活动的结果，而在洋壳中也有板内火山活动，一般形成碱性玄武岩。



链状的岛屿与海山并不是同期火山活动的产物，Wilson提出，这些岛屿的形成是因为地幔里面有一个固定不变的“热点”，在过去的几亿年内，随着海底的扩张，在岩石圈板块已经在水平方向上移动了很大的距离，但是热点是不变动的，在岩石圈板块的移动过程中，板块上相应的点因为地幔“热点”的加热而发生部分重熔，从上地幔里产生的岩石熔浆，上升到海底发生喷发，就形成了海底山和火山岛。



11、夏威夷的热点

天皇—夏威夷海山链的钻探证实了热点理论。而该热点位于北纬19度，在这样的低纬度带，生物繁盛，海山和盖奥特的熔岩必将为珊瑚礁所覆盖。Jackson在《地质时代》中写道：“一般说来，天皇海山链的热为成因已经得到证实。从应神经仁德到推古，玄武岩上的盖层的化石依次变老。根据海山的年龄计算，太平洋板块的移动速度约为第年9cm。而且这些海山玄武岩的化学成分，与夏威夷火山的相似，说明它们具有共同的成因。海山上珊瑚礁的存在足以证明，它们曾一度处于更偏南的位置。玄武岩流的磁倾角也能证明纬度的变化。”。



12、印度的长征

古生代以来的地球历史是超大陆裂解的历史。中生代早期，冈瓦纳大陆与北美和欧亚大陆分离，形成大西洋和阿尔卑斯特提斯。一条陆片从冈瓦纳的北部分离出来，形成了喜马拉雅特提斯。印度从冈瓦纳大陆上分出是以后的事。它的向北长征已经证明是一种新的洋壳断裂，即Tuzo Wilson所说的“转换断层”运动的结果。



Neumayr提出从阿尔卑斯到喜马拉雅之间存在一个东西向海洋，Suess给这一中央地中海起了一个古怪的名字——特提斯，以纪念希腊神话中Odeanus的妻子。与非洲向北挺进并促使特提斯的西端隆起成为阿尔卑斯山的同时，印度也在向北漂移，最终封闭了特提斯的东端，使雄伟的喜马拉雅山拔地而起。在这些大陆中间，特提斯的万丈深渊变成了南欧、小亚细亚、伊朗和阿富汗的山系，只有东地中海保存下来，成为这一海洋惟一的残迹。



冈瓦纳古陆是一个巨大的南方大陆，在石炭、二叠纪时，以独特的舌羊齿植物群及广泛分布的古冰川沉积特征，到了古代末期，冈瓦纳古陆与北方大陆结成一体，组成了全球的一个超级大陆，即联合古陆。16000万年前的早侏罗世，联合古陆又一次一分为二，因此侏罗纪特提斯南面的冈瓦纳又称为新的冈瓦纳。非洲与北美分开，不仅导致了中央大西洋和阿尔卑斯海的形成，而且标志着新冈瓦纳古陆与安加拉古陆的分裂，这块南方大陆碎成了4块（非洲、南极洲、南美洲与澳大里亚）和一个次大陆（印度）。



构造学家认为有三种断层，地堑式断层——具有巨大的垂直分量，比如莱茵地堑；冲断层——地壳的一片推覆到另一片之上的一种断层；走向滑移断层——地块错移，在水平方向上擦肩而过。



转换断层：



大约在10500万年以前，印度、澳大利亚和南极洲都是南方大陆冈瓦纳的组成部分。后来，印度和非洲分了出去。海底沿着一个东西于，的大洋中脊扩张，印度洋越来越宽。印度正好印度板块上，就像一个载在火车上的集装箱，向北飞驰，直到与欧亚板块相撞，引起喜马拉雅山的崛起。当时澳大利亚还附着在南极大陆上，直到距今5300万年以前才分道扬镳。东经90度洋脊就位于或者靠近一个转换断层!在印度向北挺进的漫长岁月里，澳大利亚却静卧在这个转换断层的另一侧。

按着热点理念的模式，东经90度洋脊的形成是由于印度洋板块沿着一条古老的活动转换断层从一个孤立的岩浆房上面移过的结果。来自热点的岩浆，藏在东经90度洋脊印度一侧的地幔深处，首先在老的转换断层处停下来。待到8000万年前，印度板块向北移到到达热点，山脊上的第一座火山形成。板块继续向北形成了海山链。

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第三篇：新的探索 1973～1975

13、南极探险记

在250万年前，北极冰盖已经形成，远在冰川达到瑞士草原以前很久，冰山就随着拉布拉多洋流向南漂移了。南极冰川是在2500万年或3000万年以前的渐新世开始形成的。

大西洋边缘是被动边缘，太平洋边缘主要是活动边缘。



在新生代的初期，全球平均气温相当温暖。当时，南极大陆并无冰盖。其植物群与今日寒带和温带的植被相似。在4000万年或5000万年前的始新世时期，南极开始出现局部山岳冰川。始新世末期，地球上的气候发生了显著的变化。在中纬度地区，公在极冷的气候下才能生存的生物新种属，代替了繁盛的热带动植物。许多地质学家都相信，3500万年以胶，南极的冰川才永久地建立起来。冰席扩展到了海平面附近。到中中新世的第二期加速变冷时期，在南极表面又加上了冰盖。向北漂移的冰山带着冰筏砾石漂到了新西兰附近。在500万年前，南极冰席进一步扩展并增厚。在北极以及欧洲和北美大陆为冰席覆盖以前，南极大陆已经是万里冰封的冰川王国了。我们可以说，地球历史上最后一次冰期时代是3500万年以胶从南极开始的。



14、白垩纪中期缺氧事件

在大西洋钻进白垩纪地层中钻进曾钻到黑色页岩，而页岩是因为海底的水体中没有足够的氧来氧化动植物的遗骸。有一种理论说，氧的短缺是因为海底滞流，缺乏底流的注入，而另一种理论从“收支平衡”的角度来解释缺氧环境的形成，他们认为，海洋漂浮生物的生产力或陆源生物碎屑的供应太多太快，底水中的氧很快耗尽，从而造成有机质的过剩。

当海洋表层水的密度大于底水时，表层水就会下沉。而海水变咸、变冷或既咸来自且冷，都能引起表层水密度的增加。在奥特朗托海峡，来自黎凡特的盐水与来自亚得里亚海的冷水会合，后者因为阿尔卑斯山的寒冷北风而使水温低于正常值。盐水降温，密度进一步增大，因而下沉到深海，成为东地中海的底流，这就是当今地中海深部水循环的马达。

冰期刚过不久，从黑海流入东地中海的海水与来自黎凡特的海水相混，形成了比当代的海水盐度小得多的表层水。这种低盐水即使有亚得里亚冷水的冷却作用也达不到底层水所需要的盐度，因此出现了海水的分层和滞流。这样水里的一点儿氧很快消耗完，东地中海曾因此而数度发生清空流。



而大西洋也发生过滞流吗？而现在大西洋的底流是很大的，来自北极挪威海和南极威德尔海的高密度冷水，沉到海底，源源不断地带来氧气。这些深部水团，在向东转弯经过印度洋到达南太平洋以前，与南大西洋的海水合而为一，最后在北太平洋回到表层。挪威海和威德尔海好比人的两叶肺。底水的循环就像人体的血液循环。肺吸入氧，通过血液循环保证氧气的供应。大西洋的肺是否曾出过毛病呢？

冰是不含盐的，因此，水结成冰时，要将其中的盐分排出，剩下的未结冰的海水就变得更咸了，这种又咸又冷的海水向下沉，就形成南极底水。北极情况与之相似。而白垩纪时，极区是很温暖的，因此白垩纪的底水循环的驱动机制必须由另一种机制来实现，有科学家猜想，是蒸发作用和降剖作用共同作用的结果。那时候由于没有两极冰盖，因此大洋底流的产生取决于盐水和冷水相遇的机遇，而如果地理条件限制或排除这种机遇，大洋就可以发生滞流。



分析表明影响安哥拉盆地白垩纪底水缺氧的因素很多。白垩纪气候温暖，海水的蒸发量高；由于高温和高盐，海水中氧的溶解度在为降低。而陆源植物碎屑的输入量却很大，生物生产力也异常高。除此之外，在一个比较不的盆地里，海水很可能已经发生了分层现象，一旦那些密度较大的高盐水沉到海底，它们就很难再泛起。而有足够的资料证明，开阔海中的黑色沉积局限在最小含氧带，但是在一起封闭的盆地中，由于底流的循环受到阻碍，可能导致全海域缺氧。







15、古海荒漠——地中海曾一度干化

在深海环境里，砾石是很少见，但是浊流会把粗碎屑带到深海盆地。在一般情况下，砾石和粗砂都是石英、长石和花岗岩、流纹岩、片麻岩、片岩、石黄岩、砂岩、页岩、礁灰岩的岩屑组成的，这些都来自陆地的碎屑物质。而地中海的砾石组成却不一样，它们是由玄武岩、石膏、石化了的大洋软泥和底栖动物的化石介壳组成。因此作者猜想：地中海曾一度孤立和干化；海山曾露出水面接受侵蚀；大洋软泥曾在阳光下发生石化；在盐化了的海水中仍然 有底栖动物幸存；石膏的沉淀；这一砾石层是个年轻的蒸发岩层。



在地中海取心取到的“亚特兰蒂斯之柱”发现“鸡网硬石膏”和叠层石。鸡网硬石膏仅仅形成于地下水面十分接近地表的地方，那里的含盐地下水的温度可高达30度以上；而在地下水面较深、温度较低的地方，只有石膏，没有硬石膏。叠层石是另外一种构造。在间歇地为高潮所淹覆的平坦的潮坪带，有密集生长的蓝绿藻，即现在所谓的蓝藻细菌，铺在地上，就像一层薄毯子。当强风暴过后，一层薄薄的石灰泥掩埋了蓝绿藻毯，过一段时间，藻类又会在灰泥层上重新繁衍起来，形成一层新的藻毯。这种更迭变化最后形成了一种纹层状的沉积物——叠层石。而藻毯是潮间环境的典型标志。因此地中海在沉积叠层石的那段时间内，是一个浅水的蒸发盐浅盆。



如果地中海曾干化，那么就应当在盐层下面找到正常的深海沉积，逐步干化还应当导致盐类矿物的同心状或“牛眼”状分布。而钻探结果都证实了这些理论上的东西。

当地中海干化时，深海平原变成盐沼，米辛尼亚的植物带大大地向下扩展，现代地中海的陆隆和陆坡变成了米辛尼亚期的大草原或温带和亚热带的森林。上新世初发生海侵，盐沼、草原、森林毁于一旦。而阿尔卑斯植物在地中海岛屿周围的滨海平原上幸存下来。

在西地中海钻到具有纹层状构造的岩心中含有大量淡不硅藻，这种湖泊沉积物的发现说明，干化的地中海海底半非永远是盐沼，淡水的大量输入曾经多次使这个沙漠盆地变成淡水湖泊。

此外，由于550万年前南极冰盖扩展，大量的水体被贮存在南极，全球海平面下降了50m或者更多。最扣海平面下降到了连接非洲和西班牙的海峡之下，从而使地中海成为一个孤立的盆地。而且地中海不止下次被孤立。



科学不能没有观察，但是观察到的东西仅仅是启发人们思考的线索，并不能证明什么。要证明一种推理必须排除其他可能的解释。“当你排除了所有的不可能，那么，剩下的不管看上去我么不可能，它就是真理”。



16、几度变色的黑海

大约1500万年至2000万年以前的中新世早期，大陆漂移导致了欧亚大陆与非洲大陆的碰撞及阿尔卑斯、第纳列克、海伦尼兹和陶里兹山链的升起。股特提斯海一下子分为丙个内海：地中海和外特提斯海。外特提斯海从一开始就是一个类似于今日波罗的海的半咸水海，用湖海来称为它以强调它介于湖泊与开阔海之间的特殊性。外特提斯海从维也纳盆地一直延伸到咸海以外，之后，外特提斯的海水大量外流，发生解体。其残余就是现在的里海与黑海。

黑海并不是完全与世隔绝的。它通过博斯普鲁斯海峡与马尔马拉海相通，又通过达达尼尔海峡西连地中海。岩心记录表明，海水不是经常能通过博斯普鲁斯海峡入灌的。黑海环境的变化取决于海平面的升降。



植物的演化很慢，但对气候的反映却很灵敏，因此，植物化石如孢粉等是古气候的良好标志。Traverse发明了一个“草原指数”，作有植物组成的定量标志。草原指数是指草原孢粉在总的孢粉组合中所占的比例，指数100，说明黑海周围几乎全为草原植物所覆盖，指数为0说明为松林或混合林所覆盖。

微体生物（如硅藻）和悬浮的粘土颗粒交替沉积，就会形成颜色深浅相间的韵律沉积，说明黑海曾多次好生滞流。尤其是在前冰川时期，这些纹层构造未受扰乱，说明没有底栖生物。但就是在滞流时期，也没有大量有机质沉积。



黑海岩心的沉积纪录有一个突出的特点——两类不同沉积物的突变接触。在较近70万年内形成的沉积物主要是陆源的粉砂和泥，是河流带来的细粒沉积物。在这之前沉积在黑海底部的沉积物主要是化学沉淀物质。在湖泊环境里，只有在没有统称为碎屑物质的粘土、粉砂和其他陆源风化物进，长有可能发生纯化学沉积物的沉淀。在黑海沉积作用的早期，主要是化不沉积，那时候多瑙河曾一度流入东喀尔巴阡湖，在那里卸下了大多数悬浮的固体物质。更新世的时候，东喀尔巴阡湖为粉砂所淤满，多瑙河被迫流入黑海，黑海的化学沉积作用才停止。



地中海与黑海是邻居，在晚中新世地中海干化的时候，黑海的命运怎么样？

在晚中新世地中海干化以后，每个地中海凹陷的底部都有一个巨大的像现代死谷那样的盐原。后来，复苏的河流奔腾而来，其峡谷深深地切入了荒芜的大陆斜坡。那些古河流的溯源侵蚀，不断增加河流的长度，使分水岭一步一步地向北推移，最后终于导致分水岭决口，这些外特提斯的海湖就疏干了。这些深深的排水峡谷通过匈牙利、南斯拉夫流入亚得里亚海。这次河流截夺事件使地中海的“死谷”充满了淡水，在早先的干化盆地底部，形成了一系列大湖，包括所谓的湖海。典型的外特提斯动物群随着洪水一拥而入，在新的家园里蓬勃地繁衍起来。



随着外特提斯海的消亡，欧洲的水系发生了一次重要的改组。原来来自中欧潮湿地区的大量地表径流，而今都转向了地中海的流域盆地。地中海的所得就是黑海的所失。由于河流水的消失，黑海不复有足够的水源来补偿它的蒸发损失。这一巨大的淡水湖逐渐蒸干，变成了一个深达2000m,而其实水深不足覆底的巨大的盐湖盆地，其盐度至少达到正常海水的3倍。通过黑海大陆斜坡上的干峡谷流进来的高速洪水，形成了洪积扇，带来了大量的砾石。在湖滨则形成了鲕石和叠层石。最后，该盐湖终于为沉积物所填满。



在海水重返地中海的过程中有造山运动。这些运动造成了东欧水系的重组。黑海与地中海的脆弱联系迅速崩解。来水量逐渐增加，终于超过了蒸发量，形成了一个深湖。由于淡水的过量注入，黑海的盐度越来越小，终于变成了一个淡水湖。这时，化学沉积作用就开始了。



第四篇 新的火种  1975～1983

17、洋壳卡钻

在太平洋上的钻探自实了地质学家根据陆地上蛇绿岩序列的研究建立起来的洋壳模式。地壳中的铁锰物质来自新生洋壳的热液，在这些热液还中硫化物。

洋壳不是由蛇纹岩组成的，也不是地幔物质水化的结果。洋壳就是陆地的蛇绿岩，岩浆来自地幔岩石的部分重熔。



在陆地上，地下水会在重力的作用下流过岩石。而在大洋沉积物中，人们曾经以为，粒间水是静态的，那里没有压差，因此也就没有通过沉积物的液体运动。但洋底热泉的发现和加提帕戈斯海底丘的钻探，支持陆地地质学家另一个颇为热衷的设想。现在我们知道，海水能够流过洋底的岩石和沉积物，驱动这种流动的能量是热。这种热液能从洋壳中溶滤出铁和铜，将它们以硫化物的形式沉积在海底。这一发现为地质工作者寻找金属矿床提供了个新的思路。在中国西南发现的巨大的攀枝花铁矿和在中国北方和东部发现的许多铜矿都产于混杂岩的外来蛇绿岩块体中。这绝不是偶然的，它们最先应当是在一个海底扩张中心形成的。



18、海滨吃花生

“地槽”的概念被判死刑，由“被动大陆边缘”取代。

大陆与海洋的区别，不单是它们的地形高程，还在于它们的地壳结构。大陆下面是厚达30～50Km的花岗岩地壳，而海洋下面则是厚仅5～10Km的玄武岩地壳。大陆边缘是一个过渡带，它的下面是厚度居于上述二者之间的（10～25Km）花网岩壳。一个古陆变成沉落的大陆边缘要求地壳发生明显的变薄。沉降作用只不过是深部地质地程的表像。

地球物理学家发现莫霍面以下的地幔密度并不是到处一样的。在地幔释放热量较多的地方，地幔岩石受到加热，发生膨胀，它的密度就会比正常的地幔密度小一些。这样，地幔物质膨胀的地方会引起上升，形成山脉和高原。山脉和高原的侵蚀作用使下伏的地壳变薄。随着地幔热源的消失，地幔物质发生冷却，从前的高地，现在有着较薄地壳的地段将沉落到海面以下，形成大陆边缘。这种想法可以解释大陆边缘或大洋边缘的成因，但解释不了大洋的成因，而海底扩张学说可以解释大洋的成因。一个解释大陆的垂直运动，一个解释地壳的水平变位，二者结合起来就构成了被动大洋边缘的现代成因理论。





现代科学思想体系描绘被动大陆边缘地壳演化的几个发展阶段。首先，由于地幔膨胀引起大陆升隆，张应力使大拉开，形成裂谷。在地幔中，地热梯度是很大的，因此引起了深部地幔物质的局部重熔。熔融物质以熔岩形式溢出地表，由于侵蚀作用或拉张作用导致了陆壳变薄。然后，裂谷作用进一步发展，陆壳完全拉开，此时，地幔中的热源依然存在，来自地幔的玄武熔岩不断溢流，在“漂移”大陆之间的裂缝中形成新的洋壳。再然后，随着海底的继续扩张，大陆边缘从地幔热源上面移开，大洋变宽了，中间是海底火山活动依然很活跃的大洋中脊。现在离扩张轴很远的大陆边缘和古老洋壳已经转变为较冷的地区，地幔物质的密度增加了，这些地区开始沉降。



弧后盆地的崩塌：洋壳岩石圈俯冲到岛弧之下，洋壳与陆壳发生碰撞。



每一个活动边缘都有一个增生楔。在俯冲过程中，因为洋壳岩石的密度比陆壳大，洋壳要沿着贝尼奥夫带俯冲到地贴吧的深处，而活动边缘海沟的大洋沉积物密度较小，因此要向上升。从基底上刮落下来的复理石类沉积就会呈楔状插在大陆和俯冲洋壳之间。在强大的挤压力作用下，破碎的沉积地层碎片和分散的洋壳外来块体混杂在一起，构成“混杂岩”。这种大陆混杂岩的增生楔聚集在大陆的下面，成为陆壳的一部分，它的下面是洋壳岩石的增生楔。



在大陆的边缘，为什么有些地方上升，在有些地方下拉呢？有几个因素可以考虑。首先，增生楔一定会卷入大量的物质，因此海沟里必须大量的沉积物，这些沉积物粘贴在大陆楔的下面，将大陆顶起。另一种极端的情况是，如果海沟里基本上没有什么沉积物，这样的地壳即使俯冲到陆壳下面，也不会有什么加积或增生，相反，还会有陆壳碎块崩裂下来，被俯冲的洋壳岩石圈带到地幔的学处，发生“俯冲侵蚀”。





19、驱动海洋循环的马达

在西属撒哈拉西边的一个陆隆钻探时，发现从中新世泥岩与早白垩世页岩之间出现了一个长达一亿年的巨大沉积间断！在6000平方公里的面积上，有10000立方千米的石化很好的岩石被剥蚀掉了。后来研究表明，海洋底水的运动可以达到极高的速度，足以侵蚀海底，形成巨大的间断。

钻探过程中发现两个反射层都是侵蚀面，即地质工作者所谓的不整合面。侵蚀作用剥去了松散的沉积物，海水与被剥蚀海底之间的化学反应造成了硬底。这两相侵蚀面的时代分别为晚白垩世和始新世/早渐新世。第一次侵蚀标志着洋流循环的强化，底流带来了大量的氧，结束了沉积黑色页岩的缺氧时期的历史。第二次侵蚀，在时间上与南极底层水的形成巧合。因此，科学家得出结论是：在大西洋边缘引起广泛侵蚀作用的底部洋流，在早渐新世时最为活跃，在距今1000万年至2000万年的时间内，剥蚀掉了1000m厚的沉积层，至中新世早期，侵蚀作用实然停止，底水的运动减弱了，无力再搬走从更远的巴约多尔角斜坡上崩塌下来的碎屑流。



大洋的历史可以根据深海钻探的结果追溯到白垩纪。那时，极区是没有水的，赤道和高纬度地区之间的温差很小，不能产生足够的密度差别，形成像今天这样的温-盐循环。只有蒸发作用引起的盐度增高，才能产生局部的高密度水体。这种高盐度的水体冷却、下沉，就能引起盐度驱动的循环。但是盐度驱动循环机制并不是经常有效的，大西洋盆地反复出现的滞流相黑页岩就是证据。

在海洋的历史上，渐新世初期是一个多事之秋。一次降温事件促成了南极冰川的形成和发展。冰川的扩展和推进使海水降温，导致了海洋的形成。表层水变得既冷又咸，沉到深部就形成了渐新世的南极底层流。从此，它以西部边界的形式开始长距离循环，侵入到南太平洋、大西洋和印度洋。寒冷的南极水体向热带地区挺进，引起全球的进一步恶化，反过来加重了南极冰川的进一步膨胀。

但是，这种“急剧变冷”的过程为什么又实然停止了呢？强烈的底流循环为什么从早渐新世开始，而在晚渐新世和早中新世又慢了下来？当南美洲、新西兰洲及澳大利亚与南极洲连着的时候，这种环流是不存在的。当新西兰和南美的洲刚刚与南极洲分开的渐新世，塔斯马尼亚以南的海域成了最后的障碍。直到晚渐新世它才与南极洲分开，并产生了一条洋壳铺底的深而窄的通道，在此之间德雷克海峡已经形成，至此，南极绕极流的最后障碍终于排除。绕极流的成因为中纬度地区边界流的增强提供了一种解释。在渐新世早期，南极底层水形成，直接向北流向太平洋、大西洋和印度洋。晚渐新世后，寒冷的底层水大多储集于绕极循环系统中，各大洋的冷水供应被切断，底流因而大大削弱，再也无力阻止大洋边缘的沉积作用。



20、大灭绝

6500万年以前的大灭绝是陨石撞击作用引起的环境灾难。

白垩纪与第三系的界线就定在粘土层的底面，粘土层两侧化石的变化，标志着一个老的时代——中生代的结束和一个新的时代——新生代的开始。

这一粘土层几乎不含化在一般情况下 ，但是却夹在富含大量微小生物介壳的钙质软泥之间。粘土层里没有化石，一种解释是，没有生物能生活在当时的海洋里，因此也就没有生物骨骼；另一种解释是，死亡生物的骨骼已经完全溶化掉了。

王兴龙

这是许靖华先生的著作吧。

zxja

王兴龙 发表于 2011-12-26 14:54
这是许靖华先生的著作吧。

是的，我在图书馆借着看的，感觉上面的内容很有启发性，就把其中感觉对自己有帮助的内容输到电脑上了。