经典地质动图，彻底搞明白板块构造！

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在过去几十亿年的地质历史中，

地球板块运动始终是其

极其重要的一部分。

山脉高原、海沟火山......

地球上最神奇构造的形成

几乎都与之相关！

那么，板块构造究竟是什么？

又是如何运动的呢？

第

1

则

-构造板块-

基于机械性能和传热方法的差异，

地球的外层可分为岩石圈

（ lithosphere）和

软流圈（asthenosphere）。

岩石圈较冷且较坚硬，

软流圈较热且较易流动。

在传热方面，

岩石圈通过传导来传热，

而软流圈通过对流来传热。

这种划分方法与这些层

被分为地幔（mantle）

(包括软流圈和岩石圈的地幔部分)

和地壳（crust）等

的化学划分法不同：

一块给定的地幔可能是

岩石圈的一部分，

也可能是软流圈的一部分，

这取决于它的温度和压力。

板块构造的基本原理 是

岩石圈作为独立的、

明显的构造板块存在，

它位于流体状

(粘弹性固体)软流圈之上。

世界板块分布英文版（图源@USGS）

板块运动范围可达

每年 10-40毫米

(大西洋中脊；

约和指甲增长速度相近)，

甚至每年160毫米

（纳斯卡板块；

约与头发生长速度相同）。

板块运动

两个板块相交的地方

被称为板块边界。

板块边界通常与地质事件

（如地震）和地形特征

（如山脉、火山、洋中脊和海沟）

的形成有关。

世界上大多数活火山

都发生在板块边界上，

其中太平洋板块的火山环是

目前已知的最活跃的。

大多数的构造板块

同时包括陆壳和洋壳。

大洋地壳形成于海底扩张中心，

大陆地壳形成于弧火山作用和

构造过程中的地体增生。

例如，非洲板块包括

非洲大陆以及大西洋和

印度洋部分海底。

第

2

则

-板块运动驱动力-

人们普遍认为，

由于岩石圈和软流圈的特征，

构造板块是移动的。

尽管仍有争论，

但一个多数人接受的观点是：

由于在俯冲带中下沉的

洋壳密度过大，

形成了板块运动的强大动力源。

虽然俯冲被认为是

驱动板块运动的最强力量，

但它并不是唯一的力量。

目前科学家们所倡导的

驱动力可分为以下3大类。

与地幔动力学有关的驱动力

在过去的四分之一

世纪的时间里， 构造板块运动

背后驱动力的主导理论设想了

上地幔大规模对流，

而这种对流可以

通过软流圈传导。

地幔对流（mantle convection）

这一理论由

亚瑟·霍姆斯和 一些先驱者在

20世纪30年代提出。

但由于在60年代早期的

重大突破之前，

多数人仍然认为

地球是静止的，板块不会运动，

因此它在科学界

曾一直存在争论。

直到地球内部的二维和

三维成像(地震层析成像)

显示了 整个地幔不同的

横向密度分布。

这种密度变化可以是

物质(来自岩石化学)、

矿物(来自矿物结构的变化)或

热能(来自热能的热膨胀和收缩)。

这种变化的横向密度

正体现了地幔对流

（mantle convection）的浮力。

地球的温度与深度（虚线:层状地幔对流；固体曲线:全地幔对流。）（图源@Brews ohare）

地幔对流如何直接或

间接地与板块运动有关，

这是地球动力学中现在

仍在研究和讨论的问题。

这种能量必须以某种方式

转移到岩石圈，

以使构造板块移动 。

科学家认为，

影响板块运动的力

主要有两种：摩擦力和重力。

基础阻力(摩擦力friction)：

软流圈的对流与刚性

上覆岩石圈之间的

摩擦所引起的板块运动。

板块吸力(重力gravity)：

在俯冲带内，由对板块

产生向下拉力的局部

对流驱动的板块运动。

与重力有关的驱动力

与重力（gravity）有关的力

在诸如上述各种

地幔动力学形式的

更一般的驱动机制的框架内

常被援引为次要现象。

但在在现代观点中，

重力被认为是主要驱动力，

表现在板块沿

俯冲带的牵引作用中。

目前科学家认为，

软流圈的强度不够坚硬，

无法直接通过岩石圈

底部的摩擦引起运动。

因此，板块拉力（Slab pull）

被广泛认为是作用在

板块上的最大的力。

根据许多研究者的观点，

洋壳是由热地幔物质在

扩张脊处形成的，

它随着年龄的增长

逐渐变冷变厚。

冷洋壳比热地幔物质

密度大很多，

因此随着厚度的增加，

它逐渐沉降到地幔中，

形成一个侧斜面，

并逐渐增加与洋脊轴部的距离。

与地球自转有关的驱动力

Alfred Wegener，

作为一名气象学家，

提出潮汐力和离心力

是大陆漂移背后的

主要驱动机制。

Alfred Wegener

但在当时，这些力量

被认为太小而无法

引起大陆运动，

因为该概念是指

大陆正在穿越洋壳。

而到了20世纪60年代早期

Heezen、Hess、Dietz、

Morley、Vine和Matthews的

海底扩张理论被

广泛接受之后，

洋壳（ oceanic crust）

被认为与陆壳一起运动，

这导致了与地球自转相关的

理论被重新考虑。

这些与地球自转相关的

驱动力对板块运动的影响

主要体现在以下3个方面。

第

3

则

-板块边界-

板块边界是指

不同板块之间的结合部位，

表现为持续活动的

火山带和地震带，

是全球地质作用 最为活跃的地区。

板块边界划分的主要依据是

板块边缘的构造、活动性和

板块内部的整体性，

可主要分为以下3类。

离散型边界常见于

洋中脊或洋隆，

以浅源地震、火山活动、

高热流和引张作用为特征。

离散型边界（冰岛）

如果板块张裂

位于大洋中， 则形成海岭。

由于海底洋壳比陆地陆壳要薄，

因此岩浆涌出冷却形成海岭。

如大西洋的中部因

美洲板块、亚欧板块和

非洲板块就形成了一个大洋中脊。

若板块张裂位于

大陆上，则形成裂谷。

由于陆壳比洋壳要厚

所以很少有火山岩浆涌出。

如东非大裂谷，由非洲南部的

赞比西河口一直延伸到

红海、地中海。

东非大裂谷（图源@Pete Chonka）

汇聚型边界两侧的 板块

相向运动，又称消亡边界，

是一个地质作用复杂的地区。

它以岩浆作用和

构造变形变质作用为特征，

可分为两个亚类：

俯冲型边界和碰撞型边界。

汇聚型边界（喜马拉雅山脉）

俯冲型边界有一侧的

板块向下俯冲至软流圈，

并受热熔融成为

地幔的一部分。

由于陆壳物质的密度较小 ，

洋壳的密度较大，发生俯冲的

板块通常是大洋板块，

俯冲作用通常会形成海沟、

岛弧、弧后盆地的地貌组合。

俯冲带

碰撞型边界的两侧

通常均为大陆板块，

二者不会发生俯冲并进入地幔，

而是发生地壳的变形缩短，

并“碰撞”在一起，在板块的

结合处形成一系列的山脉。

欧亚板块南缘的

阿尔卑斯-喜马拉雅带是

典型的板块碰撞带实例。

喜马拉雅山脉形成模拟

守恒型边界也称剪切型边界。

位于相邻板块相互错动的地方，

沿转换断层发育，

在边界处既没有物质的增生，

也没有物质的消减。

守恒型边界（圣安德烈亚斯断层）

值得注意的是，

断裂带两边出现的

地质体年龄略有差别，

且附近地壳减薄。

转换断层可以以不同的形式

将离散型板块和

离散型板块边界连接起来。

但不管以何种方式

连接其它板块边界，

守恒型边界都与板块

相对运动的方向平行。

圣安德烈亚斯断层是

典型的守恒型边界实例。

圣安德烈亚斯断层（图源@John Wiley）

参考资料

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USGS、NASA、BBC、UNsplash、flichr、YouTube、Cary Graham、百度百科、维基百科

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