通过地震波对地球内部的研究表明,自地球表层至60~100km的深处是相对刚性的表层,其下是地震波低速层即软流层(地幔塑性层)。软流层深部的局部加热作用,使软流层的温度增高,从而发生缓慢的塑性变形,于是其上浮的刚体层因软流层内的热对流带动,加上对流过程中的板块拖曳地幔,以及洋中脊炽热物质楔入两个分离板块之间的推挤作用等共同驱动着板块做水平运动。首先大洋中脊分裂,地幔岩浆涌到中脊,产生新的洋壳,所以大洋中脊热流值较高。新洋壳的生长一方面使洋底不断扩张,另一方面又不断俯冲到地面以下为大地所吞噬。大洋底不断向两侧移动着,距中脊愈近,岩石年龄愈小,愈远则愈老。这就是在探索大洋岩石圈板块运动模式的现代设想中始终存在的基本模式(图6.3)。板块理论认为,这个模式,一方面有大量地球物理资料的佐证和支持,另一方面还在于它特别强调了地球表层刚体的运动学特性,即每一刚性板块的相对运动都可以用通过地球中心的一个轴(板块旋转轴)的旋转来表示,它们之间的离散(板块由此而新生)、俯冲(板块由此而消减)、碰撞(板块由此而破坏)和走滑(板块物质不生不灭),总的来说,则是构成全球构造时空布局的基本原因所在。正是基于板块的这一运动学特征,才有可能从海到陆,从陆到海逐步建立起至少是中新生代以来的新全球构造的科学理论体系。
大尺度可预见性及可检验性
自地槽学说诞生到板块构造理论创立的100多年时间内,传统大地构造学几乎都是以对大陆地质为主所进行的平凡定性描述,可以毫不夸张地说,它几乎无预见性可言,即使有所预见也难以检验或难以制定检验程序和设计检验手段。然而,自然科学的创立过程表明,任何假说都必须经过所有观察事实的检验,其中最强有力的检验则是对它的可预见性的检验,如果它所预测的事件,经过实验验证根本不存在或验证结果与理论预测并不一致,那就证明这种理论有错误,需要改进;反之,如果预测的新发现是存在的,证实预测的新发现不仅是继续增加的,而且还可以反证,这就说明这一理论是逼近真实的。全球深海钻探计划(DSDP)对瓦因—马修斯模型的检验就是这类验证之一。著名地质学家许靖华教授参加了这一验证工作,验证航次为第三航次,是在南大西洋距大洋中脊分别为200,420,500,700,740,1000和 1300km 7个钻位上对海底扩张年龄所进行的钻探验证。在过去的500万年中,南大西洋的平均扩张速率为20cm/a,使用扩张速率除距离的简单公式即可求出这7个站位的预测年龄分别为:10,21,25, 35, 37,50和65Ma,经过两个月的钻探验证和船上分析,与海底沉积物对应的年龄值分别为:9,24,26,33,40,49和67Ma,二者结果基本一致。
许靖华教授认为任何科学理论都既要能预测,也要能得到证实。瓦因—马修斯进行了预测,而其结果就地质学尺度而言也得到了令人信服的证实。
接下来的验证是对沉积序列中磁异常极性倒转年代的验证。许靖华教授(1980)再次领导了这一验证工作。验证航次为第73航次。
如果用黑白相间条带图来表示海底磁异常条带的正、反极性段,那么所得图形看上去就像地球的“条码”(图6.4),可以用电脑读出储存在这些“条码”内的信息。比如,中生代最晚期的沉积物,许靖华教授认为可能是在新生代第29号反向期内形成的,其“条码”形式可简化为C—29—R期。C是新生代代号;29是“时”的编号,自新而老依次编码;R代表反极性期(正极性期用N代表)。因此,C—29—R即为中生代结束的标志。经过深海钻探发现,C—29—R弱磁性条带位于远离南大西洋中脊1300km处,假设南大西洋的海底扩张速率平均为2cm/a,那么C-29-R的磁性地层学年龄应为 13 000万年除以2cm/a,即6 500万年。经对白垩纪(K)/第三纪(R)界线附近火山灰层的同位素年龄测定,为6 300~ 6 700万年,上下误差为 200万年。而 6 500万年的磁性地层年龄又恰恰是该同位素年龄测定的平均值,因此,这一数字就成为中生代结束、新生代开始的通用年龄了。
以上两例年龄值的验证,虽有微小变化,但就地质学的时间度量标尺而言,显然是微不足道的,根本达不到必须去修改验证理论的程度,更何况与此相类似的年龄验证和可重复性检验,在之后对大西洋、太平洋和印度洋的继续检验中也都得到了相应的结果。这表明,证实预见的新发现是持续增加的,由瓦因—马修斯模型所代表的海底扩张理论,至少就近代海洋地质的发展演化而言是逼近真理的。
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① 现代海洋地质调查表明,不存在“陆桥”沉入大洋的事实。大洋盆地中也没有发现构成“陆桥”的大陆硅铝层。