海陆的变迁 资料[上学期]

科学华师大版第一册第4章第2节相关资料收集
海陆的变迁
慈溪市鸣鹤中学　杜江
从“大陆漂移说”到“板块构造学说”
曾被拒绝的“大陆漂移说”
　　1910年有人第一次提出了这种疑问：位于大西洋两岸的南美大陆和非洲大陆的海岸线，为何如此相似？这个人就是德国地球物理学家、气象学家阿尔弗莱德·魏格纳，这个念头成为他提出“大陆漂移说”的契机。
　　海洋阻隔的两岸具有相似海岸线的现象，很早以前就有人注意到了，魏格纳对这一事实从地质学、古生物学、气候学等角度进行了科学的推敲。他提出，根据造山带等的地质构造，以及不能越过大洋的羊齿类植物、蜗牛等小动物，在3亿年前的冰川时期曾广泛分布于南美大陆和非洲大陆，他得出结论：大约3亿年前，我们今天所知的南北美洲大陆、非洲大陆、欧亚大陆、南极大陆等统统属于一块“超级大陆”，后来这块“超级大陆”分裂为若干块大陆，经过漫长岁月的移动，终于形成了今天的大陆位置关系。
　　魏格纳提出的“大陆漂移说”，后来发展成“板块构造学说”，并成为20世纪地球科学的主流。“大陆漂移说”之所以具有如此的生命力是因为，它是一种能够解答迄今为止包括古生物、古气候、地质构造、地形等广阔领域里，为数众多疑问的理论。然而，1915年出版的魏格纳的著作《大陆和海洋的起源》却没有轻而易举地被人接受，它虽然得到地质学家和古生物学家的首肯，但受到了大多数地球物理学家的不屑，有人提出了份量不轻的反驳。
　　持反对论者的最主要的论据是：没有发现能让大陆在水平方向移动几千公里的原动力。地质学家阿尔萨·霍姆兹虽然考虑到地幔对流有可能是大陆漂移的原动力，但曲高和寡，随着1930年魏格纳在格陵兰探险中失踪，“大陆漂移说”遂渐趋冷落，以致到本世纪40年代时，人们把“大陆漂移说”忘诸脑后。“大陆漂移说”终于再沐春风
　　进入50年代，“大陆漂移说”居然在完全不相干的领域里东山再起。这个完全不相干的领域就是研究古代地球磁场的学科———古地磁学。今天，地球的两个磁极———南磁极和北磁极几乎是固定不动的，但是随着时间的推移，在漫长的地质历史上其位置是移动的并发生过逆转。根据古地磁学，科学家复原了以往各个地质时期生成的岩石当初的磁场，由此推定了南北磁极的位置。磁极随时间推移而形成的移动轨迹，被称为“极移动曲线”。1950年，英国的基斯·兰卡恩和帕特里克·布兰科特等，根据对欧洲大陆和北美洲大陆各地质时期岩石中残存磁场的精确测定，成功地得到了“极移动曲线”。地球只存在南磁极和北磁极两个磁极，从各个大陆研究得来的南磁极或北磁极的“极移动曲线”理应是一致的。然而，兰卡恩等人求得的两条“极移动曲线”形状相似却沿经线偏离。要是把大西洋两边的北美大陆和欧洲大陆合在一起，那么对应的“极移动曲线”恰好能够吻合。这个事实正好说明了大陆漂移具有可能性。由于导致大陆漂移的动力问题没能解决，所有的地球科学家对“大陆漂移说”始终不予理会，不过“大陆漂移说”却因古地磁学的发现而峥嵘再现。“海洋扩大说”崭露头角。
50年代伊始，在第二次世界大战中开发的新技术被广泛用于海洋观测，比如采用声纳装置观测海底地形，利用海洋磁场仪探测海底磁场异常情况等。通过这些探测，科学家终于搞清全球海底被称为“海岭”的巨大海底山脉是彼此相连的。
　　在海底山脉中位于大西洋中部的大西洋中央海岭，魏格纳在世时人们就不陌生。但是，类似的海岭存在于太平洋、印度洋、北冰洋等地球所有的海洋，像网络一样分布在海底。在大西洋中部南北走向绵延1万公里以上的中央海岭的中段，还存在一个“大规模的谷地”，科学家还发现，这个“中央谷地”与中央海岭并排相连。于是有科学家提出，大西洋正是地球的裂缝，海底也许就是在这里扩张的。随后科学家又测定出从地球内部涌流出的地壳热流量，也了解到从海岭之下的深处似乎正在喷涌出热物质。
　　根据以上探测结果，科学家得出结论：中央海岭下的地幔对流升腾形成海洋地壳，海底由此扩大，这种结论支持了“海洋扩大说”，而“海洋扩大说”也解释了大陆的分裂和移动。构成大陆地壳的物质密度小，地幔就会上浮。根据“海洋扩大说”，大陆下的地幔对流升腾造成大陆分裂，进而地幔向水平方向的运动将大陆推开。
　　此后，美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所的科学家，观测了能够解释美国西海岸附近太平洋海底地壳形成原因的地磁异常情况，弄清了在20公里到30公里的宽度上存在百分之一的磁场异常，在南北几百公里范围内呈条纹状分布。此外，随着同时期岩石年代测定技术的进步，科学家弄清了以往数百万年间曾经多次反复的地磁场逆转历史。
　　1963年，弗莱德·瓦因和德拉蒙多·马修兹提出了一个大胆的假说：加利福尼亚的地磁异常带是地球磁场逆转的反映。在中央海岭，由于高温岩浆的冷却生成了海底地壳，也就形成了具有当时地球磁场方向的磁场的岩石。瓦因等人认为，地球磁极曾多次逆转，具有各个地质时期磁场方向特征的海底地壳，在海底并列呈条纹状，这个事实为观测所确定。由于海底向海岭两侧扩张，如果瓦因等人的见解符合实际，那么观测得到的反映磁场异常的条纹，相对海岭两侧应当是对称的。这种对称性也被实际观测所确认。汇集来的有关观测数据都在支持“海洋扩大说”，而且根据海底磁场异常的数据，使迄今科学家掌握的只有几百万年的地球磁场的逆转史，一下子扩大至2亿年。板块构造学说
　　由于“极移动曲线”和海底扩大等提供的证据，大陆漂移的确是正在发生的事实。1965年，科学家运用计算机使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起。再者，海地地形、地震位置、火山等活跃部位都连接成为带状，于是“板块构造学说”这一革命性的见解应运而生。
1970年后，板块构造学说确立，根据这一新学说，地球表面覆盖着不变形且坚固的板块(地壳)，这些板块确实在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。由于地球表面积是有限的，地球板块分类为三种状态：其一为彼此接近的汇聚型板块边界；其二为彼此远离的分离型板块边界；其三为彼此交错的转换型板块边界。板块本身是不会变形的，地球表面活动便都在这三种状态下集中发生，比如海岭就是在分离型板块边界下形成的，海沟则是在海洋板块彼此碰撞，一个板块俯冲至另一板块的下方的汇聚型板块边界下形成的。沿北美大陆西海岸分布的圣安德烈斯断层，则是在太平洋板块和北美大陆板块间形成的很具代表性的转换型板块边界下形成的。
　　由于与被称为“环太平洋带”的太平洋板块周围的状态相关，这个地区内的大地震、深源地震和火山活动等都十分活跃。由于印度次大陆与欧亚大陆间的碰撞，形成了喜马拉雅山脉和西藏高原。在大陆板块彼此碰撞的汇聚型板块边界下，形成了大陆与大陆间的冲突带，也造成了大褶皱山脉。
　　由于板块构造学说的进展，迄今被视为不解之谜的地球活动大多得到了解释。70年代以来，以证实板块构造学说为目的的世界规模的地球观测蓬勃开展。通过这些观测，海底的年代分布被详尽确定，弄清了以往地质时期板块运动的过程，更由于空间观测技术的发展，就连每年一厘米的板块运动，也能够连续数年进行观测。解读整个地球的历史
　　板块构造学说证实了魏格纳当年提出的“大陆漂移说”，由于“大陆漂移说”凭借板块运动，于是很长时间里被视为待揭之谜的“大陆漂移说”的原动力问题迎刃而解。然而板块构造学说并没有搞清所有的地球活动，板块构造学说证实的只是历经46亿年的地球历史中最近2亿年的事实，此前的地球活动仍然作为重要的研究课题留至今天，而且导致板块运动的地幔深处的活动，还需要进一步的观测和研究。
　　对于地球的下部地幔和地核的活动，80年代以来，科学家采用被称为“地震学X射线断层摄影法”的技术，利用地震波研究了地球内部的不均匀构造，这种科学手段使研究得到进展。研究结果表明，曾被认为是板块运动原动力的地幔对流的实际状态似乎可以触摸了。对于地球板块构造是从地球演化史的哪一时刻开始形成的，科学家将对部分比2亿年前更古老的海底地壳进一步研究。
　　20世纪初期德国科学家魏格纳提出的“大陆漂移说”就是在上述曲折的过程中探索并发展的，直到70年代被科学界首肯的板块构造学说问世。最新的地球观测获得的成果，为解开板块构造学说也颇感踌躇的地球深部地幔和地核的活动等待揭之谜，以及弄清长达46亿年的地球演化史提供了新的线索。
　　回顾20世纪的地球科学发展史，魏格纳的“大陆漂移说”为研究地球活动创造了契机，同时，对我们综合理解已细划为地质学、古生物学、观测学、地震学等的地球科学领域，提供了良机。从以上意义说，“大陆漂移说”起到了开创性的作用。
世界七大洲名称由来
亚洲、欧洲：全称亚细亚洲、欧罗巴洲。源于古代闪米特语，意为“东方日出之地”和“西方日落之处”。非洲：阿非利加洲。希腊语意为“阳光灼热”。大洋洲：原名澳大利亚洲。源于西班牙语，意为“南方的绿地”。南美洲和北美洲：合称美洲，全称亚美利加洲。意大利探险家亚美利加到此探险。南极洲：绝大部分地处南极圈而得名。
板块学说
　　如果把地槽-地台学说的提出理解为地质学的第一次飞跃，那么板块学说的诞生无疑是地质学的第二次革命，甚至有人把它与哥白尼提出日心说在天文学内引起的革命相提并论。一大批名垂青史的科学家曾为板块学说的诞生而大喊大叫过。
　　1944年，霍姆斯提出地幔对流-热对流理论；地幔内的流体上升到大陆中央并向左右散开，大陆就从这里向两边裂开，这就是大陆漂移的动力源。基于海洋地质工作的进展，赫斯在1961年提出大洋中脊是新地壳不断生成的地方。狄茨、瓦因、马修斯等人1963年论证了洋底扩张的存在，即：地幔对流驱使超基性物质从大洋中脊裂缝中上升，产生新的洋壳，促使较老的地壳向外推移并进入海沟，俯冲到地幔中而消亡。1964年，柯克斯编制了3.4百万年的磁场反向年代表。1965年，威尔逊提出了转换断层概念，将大陆漂移和洋底扩张结合成全球活动带和刚性板块的学说，并称之为“地球的诗篇”。1968年，勒皮雄把全球岩石圈划分六大板块，即：太平洋、欧亚、印度、非洲、美洲及南极板块，其中仅前者由洋壳组成，后五者既包括了海洋地壳也包括了大陆地壳。
　　60-70年代，为检验和研究板块构造学说，组织了一系列的国际合作计划。其中著名的有：1963-1971年的国际地壳上地幔计划，1972-1977的国际地球动力学计划，还有国际海洋勘探十年计划，联合海洋学会地球深部取样计划和深海钻探计划等。1980年提出了岩石圈计划，拟定了地壳和上地幔的形成和发展等13项主要研究项目，标志着板块构造的发展进入了一个新阶段，即：初期它以海洋走向陆地、地球物理学挑战地质学为标志，80年代起则以陆地走向海洋、地质学挑战地球物理学为标志。
　　80年代以来，许多地质学家深感板块构造的简单模式并不适用于大陆地区尤其是构造复杂的大陆地区。板块构造发展的关键问题，不是从6个板块划为20个或30个板块，而是要倡导一些新概念来解决板块上陆后面临的问题。这样，在美国西部出现了构造地层地体的概念并发展为地体构造说，在欧洲提出了薄皮板块的概念并发展为碰撞构造学，在前苏联出现了岩石圈构造分层说等。在板块的动力学方面也出现了新的构思，如巨地幔柱说。
　　进入新千年后，随着新理论的出现和新方法的应用，地质科学的第3次革命是不言而喻的。板块构造的简单模式也许会被放弃，但它倡导的活动论的观点、全球构造的观点和多学科协同攻关的方法等将得到发扬光大。也正因为这样，地质学这门古老的科学永远是充满活力的年青科学。
格纳和大陆漂移学说
　　“任何人观察南大西洋的两对岸，一定会被巴西与非洲 间海岸线轮廓的相似性所吸 引住，不仅圣罗克附近巴西海 岸的大直角突形和喀麦障附 近非洲海岸线的凹进完全吻 合，而且自此以南一带，巴西 海岸的每上个突出部分都和 非洲海岸的每一个同样形状 的海湾相呼应。反之，巴西海 岸有一个海湾，非洲方面就有 一个相应的突出部。”这就是 德国伟大科学家阿尔弗雷德 ·魏格纳的名著《海陆起源》 一书的前言。在这部巨著中， 魏格纳提出了著名的“大陆漂 移说”，开创了地球科学史上 的一次革命。
　　魏格纳大陆漂移说的主 要论点是：规在的美洲、非洲、亚洲、欧洲、澳洲及南极地区， 在古生代是一个单一的大陆 ——泛大陆。花岗岩质大陆像 冰山在海洋中一样漂浮在玄 武岩质基底上。由于潮汐力和 地球自转离心力的作用。泛大 陆在中生代分裂成几大块，最 先是美洲和欧洲、非洲分离， 中间形成大西洋，接着澳大利 亚南极和亚洲分离，中间形成 印度洋，移动大陆的前沿遇到 玄武岩质基底的阻挡．便发生挤压和褶皱隆起为山、而移 动过程中脱落下来的大陆“碎 片”，便成了岛屿。这个漂移 过程很缓慢，直到第四纪初期 才形成规今地球上海陆分布的 轮廓。
　　大陆漂移说较好地解释 了今未大西洋两岸的轮廓、地 形、地质构造、古生物群落的 相似性及南半球各大陆古生代后期冰成层的分布等一系 列问题,并可解释许多地质学上的以前无法解释的难题，如 过去人们对南极发现煤层迷 惑不解，其实，在石炭纪时，南 极正好位于南纬25度附近， 是热带雨林地带。大陆漂移说 发表后，在全世界地学界引起 很大震动，许多人为之喝彩； 但在当时，海陆位置固定说占统治地位，因而也遭到许多“权威”的指责和嘲讽。有人称 之为“大诗人的梦”，更有人称 之分“疯话”。魏格纳自己也由于证据不够充分而遗憾地说；“漂移理论中的牛顿还没有出 现”。
　　魏格纳于1880年11月l日出生在德国柏林，从小就喜 欢幻想和冒险，童年时就喜爱 读探险家的故事，英国著名探 险家约翰·富兰克林成为他 心目中崇拜的偶像。为了给将 来探险做准备。他攻读气象 学。1905年．25岁的魏格纳获得了气象学博士学位。1906 年，他终于实现了少年时代的 远大理想，加人了著名的丹麦探险队，来到了格陵兰岛，从事气象和冰川调查。为了找到更多的证据，1930年4月，魏 格纳率领一支探险队，迎着北 极的暴风雪，第4次登上格陵兰岛进行考察，在零下65℃的 酷寒下，大多数人失去了勇气，只有他和另外两个追随者 继续前进，终于胜利地到达了中部的爱斯密特基地。11月1 日，他在庆祝自己50岁的生日后冒险返回西海岸基地。在白茫茫的冰天雪地里，他失去 了踪迹。直至第二年4月才发 现他的尸体。他冻得像石头一 样与冰河浑然中盯一体了。
　　到了20世纪50年代，由 于古地磁学的兴起以及遥感、 电子计算机技术的发展，科学 家找到了大量证据证明，各大 陆确实发生过大幅度的漂 移。1984年，美国航空局使用 激光和射电望远镜，第一次精 确测出了各大陆缓慢漂移的 数据，为大陆漂移说提供了过 硬的证据。以大陆漂移说为基 石，科学家又提出了海底扩张 说和板块构造说。这被认为是 地学史上的一次革命，堪与哥 白尼的日心说和达尔文的进 化论相媲美。
海底扩张和板块构造
1906年4月18日的清晨，美国西海岸发生地震，波及沿岸1000多公里的范围，许多居民从睡梦中惊醒，旧金山的震感尤为强烈。尽管量度地震强度的里氏震级直到1935年才发明，但据科学家估计，1906年发生在旧金山的地震应达到里氏7.8级。经济损失估计达5亿美元，按现在的币值计算高达90亿美元。
旧金山大地震将为人们永远铭记，不仅因为它巨大的破坏性，而且因为它在当时难以解释的特性。在旧金山地震时，圣安德烈斯大断层有相当长的一段发生了移动，跨度达480多公里，一直延伸到大海。这样大幅度的位置移动真是闻所未闻。对它的合理解释要等到板块构造学说的出现。
板块构造学说是现代科学的伟大成就之一，其要点是：地球岩石圈由几个大板块组成，这些板块做全球性缓慢移动，而且各大板块之间息息相关。这种运动能引发各种灾难事件，如火山喷发、地震和海啸。板块构造学说直到1960年代才被地球科学家广泛接受。
从地震到大陆漂移
1890年代初，在日本东京帝国工业大学任教的地质学家米尔恩（J.Milne）与同事一起研制了一台精密的地震仪，它能测量和记录有关地震的数据。但在几年后，一场大火烧毁了米尔恩的家和实验室，连他在日本工作十几年来所收集的地震数据也化为了灰烬。米尔恩很沮丧，但并没有轻易放弃。回到他的祖国英国后，他又潜心研究地震。20世纪初，他发明了一种研究地震的新方法，即把遍布英国的27台测量地震的仪器连成一个网络，以便全面地测量地震。到1913年米尔恩去世时，全世界已建立了40个台站来监测地震，并绘制了全球地震点的分布图。
地震仪能记录地震时地面的前后、左右、上下振动情况，实际上是记录了两种不同的地震波：P波（纵波）和S波（横波）。P波能引起沿其传播方向的物质发生挤压或扩张，传播速度快，最先被仪器测量到。S波波形如蛇状，传播方向与物质的振动方向垂直，这种波传播速度较慢。两种波到达地震仪的时间间隔，常用于计算从震中（地下震源对应的地面上的点）到监测站之间的距离。结合三个地震监测站的距离数据，利用三角测量法就可测量出震源在地图上的精确位置。
米尔恩建立的测量地震的网络使地震的远距离监测和定位成为可能，这对科学和人类社会来说都是一个巨大的贡献。不久，地震学家开始意识到，地震仪同时还能探测出地球的内部结构。到第一次世界大战开始时，许多研究者通过研究地震波，推断出地球具有同心球层结构。最里面的是内核（尽管人们对内核是由液体还是固体组成的还有不同看法），中间层是由致密的岩石组成的地幔，最外面的是地壳，厚度约为30公里。
依靠这些背景知识，1915年德国气象学家魏格纳（A.Wegener）在《海陆的起源》中，提出了一个关于地表本质的大胆假设，没想到引发了一场地学界的争论。他在书中指出，巴西的陆地边缘的凸起部分和非洲西南部的陆地边缘的凹陷部分惊人地吻合，并认为这两块大陆曾经是连接在一起的，后来发生大陆漂移后才分开了。作为大陆漂移理论的附加证据，魏格纳以中龙化石为例。中龙是一种生活在2.7亿年前的爬行动物，其化石只发现于南美洲东部和非洲西部。这种动物在活着的时候不可能游过海洋来往于两块大陆。为什么这些中龙化石被发现于相隔遥远的两地？很多地质学家曾经解释过这一现象，他们假定在这两块大陆之间曾经有过一个大陆桥，但后来沉入海洋了。魏格纳却认为这两块大陆曾经是连在一起的，在1.25亿年前分开了，中龙化石也随着分开。他认为现在的大陆是从一块超级大陆分出来的，他称之为泛大陆或联合古陆。
魏格纳也不清楚为什么这些巨大的陆地会发生漂移，他认为可能是由于地球自转离心力以及太阳和月球的引力作用，驱动这些大陆沿海洋地壳运动。但许多有影响力的地球物理学家认为，这些力不足以驱动大陆漂移。1929年，大陆漂移学说的支持者，英国的霍姆斯（A.Holmes）认为，地幔中被加热岩石的对流能提供大陆漂移的驱动力。当地幔深层岩石被加热后，它的密度变小，因而朝地表方向上升，在地表冷却后又下沉，然后又被加热，正是这种对流作用提供了大陆漂移的驱动力。但由于缺乏完全机理上的证据，大陆漂移理论没有得到多少拥护者。
地磁方面的线索
1950年代中期，对岩石磁性的研究使大陆漂移学说出现转机。英国皇家学院的布莱克特（P.M.S.Blackett，因核物理和宇宙线的研究工作获得1948年诺贝尔物理学奖）、剑桥大学的兰康（S.k.Runcorn）和英国国家物理实验室的布伦（E.Bullard）开始研究岩石的磁性，并把它作为地球磁场研究工作的一部分，因为新形成地壳岩石会记录当时的地球磁场强度和方向信息。他们在研究岩石的磁性时发现，岩石在整个地质历史中始终相对于地球磁轴运动。有两种可能的解释：要么地球磁轴相对于大陆漂移，要么大陆相对于地球磁轴漂移。
1950年代中期，在澳大利亚的欧文（E.Irving）收集的古地磁证据的支持下，布莱克特、兰康和布伦相信魏格纳的理论是对的。因为岩石清楚地显示了不同大陆向极区漂移的路线，而且这些路线与魏格纳漂移理论指出的大陆位置相吻合。
来自海洋的发现
尽管地磁学证据证明大陆在地质历史上确实曾发生过移动，但大陆漂移理论仍缺乏驱动机制的证据。
战争使回声定位技术（利用声音来导航和定位的技术）不断发展。在该技术的帮助下，普林斯顿大学地质学家赫斯（H.Hess）成为潜艇探测方面的专家。赫斯在二战中担任传达攻击命令的指挥官，掌握着最灵敏的声纳（回声探测器）。在海上执行任务期间，他经常运用声纳系统从船上向海底发出一个声音脉冲，然后接收从海底反射的回声，测量声音脉冲往返一次所需的时间，再计算出船与海底的距离。赫斯把几个船员的测量结果综合起来，绘制成粗略的海底等高线图。他在军队服役期间，共发现了约100座水下平顶山，并绘制成地图。回到普林斯顿大学后，赫斯开始进行理论研究，他认为这些平顶山曾经是很高的火山，后来由于海水的侵蚀作用逐渐变得平缓了。
与此同时，在尤因（M.Ewing）的带领下，哥伦比亚大学成为权威的海洋地质学研究中心。1950年代初，哥伦比亚拉蒙特地质观测站的海洋研究船在穿过大西洋时获得了大量测量数据。1952年，拉蒙特的研究者们开始利用这些收集的数据绘制海底地图。
自从1870年代中期以来，人们便知道大西洋中脊（海底山岭）是大西洋底的特征之一。洋中脊从平坦的大西洋海底升起，脊峰突出海底约3公里。然而，拉蒙特的研究人员惊奇地发现，大西洋中脊不仅高而且很长，横跨了14480公里，几乎是从格陵兰岛北部到非洲南部的海洋的长度。同时还发现，洋中脊的脊峰沉积物很少，无法跟大陆边缘海地区厚达数公里的沉积物相比。也许最让人意想不到的是大西洋中脊有一条沿山脊走向的深谷。这条大峡谷平均低于海岭顶峰1800米，宽13～48公里，足以“吞下”整个科罗拉多大峡谷（最宽处不过29公里）。从峡谷底部取回来的样品分析显示，那里的海底是由极年轻的火山岩石组成。研究者因此提出，洋中脊是火山熔岩从地壳下面涌出来形成的。从这个可能解释洋中脊成因的力学机制出发，1962年，赫斯发表了著名论文《海洋盆地的历史》，提出了海底扩张学说。
赫斯认为地球形成之初，其核心的岩石在放射性衰变作用下被加热熔化，上升到地表形成地壳。地壳曾经是一个简单的大陆块，由于地球核心存在持续加热作用，地幔中便会形成物质不断上升和下沉的对流环路系统。地球分层结构形成之后，地幔对流分成许多单独的环路从核心延伸出来。这些上升的、熔融的物质构成了洋中脊和形成新的海洋地壳，而且旧的海底被对流推向远离洋中脊的两边，最后又陷入海沟的地幔中。
赫斯最终把海洋和大陆的构造归结于扩张的、移动的海底。海底扩张是一个缓慢的过程，没法用试验来验证。证据只可能来自间接的磁场记录。
磁场和时间证据
自1920年代以来，科学家就知道不同地质年代的岩石会显示不同的磁场极性。有时磁场取向是正常的，即指向北极，就如现在一样；有时地磁场方向是相反的,即指向南极。1963年，澳大利亚的研究者们，通过测量陆地上火山岩石的磁场方向及使用放射性方法确定它们年龄的办法，开始建立一个定量的磁场反转时间表。这是一项艰苦卓绝的工作，到1966年，研究者们终于建立了过去350万年中的磁场反转时间表。
磁场测量像回声定位一样，作为二战的副产品而发展起来，这也是人们致力于提高潜艇侦测能力的结果。1962年，剑桥大学的地质学家马太（D.Matthews）收集到了印度洋海底洋中脊的磁场测量数据，也注意到一个清晰而又令人困惑不解的磁性条带图案，即位于洋中脊脊峰两侧具有对称而平行的强弱相间磁性条带信号。回到英国后，他把自己的发现告诉了一个正在剑桥大学研究海洋地球物理学的研究生凡因(F.Vine)。他俩猜想，这是因为新的熔岩从地幔涌出来的时候，记录了地球磁场方向，就如赫斯的海底扩张学说那样，这些被交替磁化的物质被平行地移到洋脊的两边。
1965年，凡因、赫斯和威尔逊（J.T.Wilson）开始一起研究洋中脊。不久他们发表了一篇论文，提出了一个太平洋东北海底扩张的模型，把反转磁场沿山脊条形分布作为他们的证据。不久后，其他的研究者发现了陆地的磁场反转。这一发现使得海底磁场反转条带和陆地已知的磁场反转时间之间矛盾消除了。并且，这两套数据惊人地吻合。
1965年和1966年所有对海底的研究与发现，都证实了海底扩张学说。其中比较重要的研究是对海底沉淀物的取样，样本来自南太平洋海底的垂直岩芯，发现岩芯样本的磁场反转时间和地质年代与从陆地火山岩中采集的样本一致。
板 块 移 动
至此，科学家认为应该重新认识地球了。威尔逊一直致力于对海底断层的研究，他第一个看到海底扩张说的深远意义。研究者发现不断扩张的海岭遍布整个海洋系统，它被垂直于它的断层分割成数段。威尔逊之前的研究者认为洋中脊开始是连续的，后来被断层断开、错位。但威尔逊不同意这一观点，他认为断层的确是地壳破裂的证据，但仅仅存在于逐渐扩张的洋中脊各段之间，并且变形只局限在断层，洋中脊的其余部分只是发生漂移，并没有断裂。威尔逊把这些移动的岩石块叫“板块”，他进一步指出，地球表面被分成七个大板块和几个小板块。
威尔逊关于海底断层和板块的理论，很容易被新的地震定位数据装置所证实。拉蒙特的研究者很快尝试了这一实验，发现海洋地震实际上多发生在洋中脊和它们相连的断层，海洋板块内部几乎很少发生地震或从不发生地震。
1964年初，拉蒙特的研究者们对南太平洋汤加岛附近海沟的地震活动情况进行研究。他们收集了许多的地震数据以便辨认地下震源，最后发现，震源分布在一个沿海底向下倾斜成45°的平面内。这个下倾的海底温度很低而且很坚硬，在陷入海沟的过程中足已抗震而不会发生断裂。移动的并非只有海底表层或地壳，而是一个更厚的地块，似乎把这个移动的地块称为板块更加名副其实。
1960年代末，拉蒙特的研究者们和普林斯顿大学的贾森（W.Jason），运用球面几何学原理共同绘制了地球板块的外形和位置图，即移动路径图。图中不仅记录了地球板块现在的状态，而且对将来的变化也进行了预测。1967年，威尔逊在一次演讲中宣布，海底扩张和板块构造学说跟哈维发现血液循环一样，具有伟大的意义。
用地球物理学的知识造福人类
板块学说的诞生对人类的公共安全来说具有非常深远的意义。科学家通过板块学说可知道，加利福尼亚的圣安德烈斯断层是两大板块相互滑过对方后形成的，因而这儿是地震多发地带。太平洋板块是世界上最大的板块，它正在向西北方向移动，逐渐越过北美大陆。
尽管科学家不能预测何时发生地震，但通过对板块移动速率和与圣安德烈斯断层相关地震类型的研究，可以发展一些特殊的预防措施。1975年，加利福尼亚建立了一个地震安全委员会，负责审查和修订政府的地震减灾计划。1964年阿拉斯加地震发生后，应地震专家的呼吁，美国在1977年颁布了国家地震减灾法案，法案规定在全国实行国家地震减灾计划。该计划不仅影响到公众教育计划的实行，而且有利于制定建筑物及其他设施的抗震标准。比如，建筑设计中的“地基分离原理”便是该标准的一部分。所谓“地基分离原理”就是把建筑物和地基用轴承垫隔离开。当大地向一个方向移动时，地基上的建筑物就会朝相反方向运动。地震发生时，大地的运动方向不断改变，不加轴承垫的建筑物就会发生摆动。如果建筑物被轴承垫隔离的话，轴承垫将吸收地震波，以使建筑物基本上保持不动。日本和加利福尼亚类似，也是地震灾害多发区，因此它们在建筑抗震建筑物（包括公共学校、桥梁、医院和堤坝等）方面采用了许多领先的技术。
通过板块学说，可以解释许多地质灾害现象，从而提高了人们的生活保障，并且还带来了巨大的经济效益。例如可以将板块学说运用于矿石、天然气的开采和石油勘探。因为板块学说完善了古地理学,有利于准确地找出保存石油的地质层。
探索新世界的窗口
板块学说还带来了新的发现，例如科学家在海底还发现了温泉，这主要是在海底扩张带，海水渗入炽热的地壳而产生的热水喷泉。1977年，一支探险队在哥拉帕蒂斯（Galapagos）洋缝的温泉附近发现了一种新的生态系统，很快又在其他海洋里也发现了类似的生态系统。科学家在这些海底发现了两百多种新的蠕虫、软体动物、节肢动物。由于海底缺少阳光，这些海底生物只能通过氧化从地球内部向外喷发的硫化氢，从而获得能量维持生命，尽管硫化氢对地球上大多数生物来说是有毒的。在这些被发现的神奇生物中，有一种微生物竟然能在温度高于沸点的水中生存。科学家们已经着手研究这些微生物的代谢过程。
（本文据美国国家科学院向本刊提供的Beyond Discovery: When The Earth Moves中相关资料编写。）

海底扩张和板块构造学说的发展历程

1890年代：米尔恩研制出了地震仪，在英国建立了地震观测站网。
20世纪初：科学家通过对地震的研究，探明了地球内部结构，地球由地核、地幔、地壳组成。
1915年：魏格纳发表了大陆漂移理论，用于解释海洋和陆地的起源。
1950年代中期：布莱克特、兰康和布伦收集了许多古地磁数据，发现明显的磁极迁移，这与魏格纳的漂移理论相符。
1959年：哥伦比亚大学的尤因等人绘制了第一幅有关全球洋中脊体系的地图。
1962年：普林斯顿大学的赫斯在研究洋中脊过程中，提出海底在地幔对流的驱动下，正从洋脊处缓慢扩张。
1963年：剑桥大学凡因和马太提出海底磁场反转“条带”和海底扩张相关的构想。
1965年：凡因和威尔逊在海底收集的磁极反转证据，以及海底岩芯样本的证据，极大推动了海底扩张学说发展。
1963至1966年：澳大利亚研究者从陆地火山岩中的磁场测量中确定了地磁反转时间表。
1960年代后期：威尔逊提出了板块构造学说，创造了一个新名词“板块”。
1960年代后期：通过运用球面几何学，研究者们定义了板块的形状并指出其在全球的运动和分布。
1968年：研究者发现下陷的板块足够坚硬以承受地震带来的破坏，这些板块沉入深海沟，并形成地震带。
1977年：美国国家地震减灾计划出台，该计划将减少地震带来的危害。
1977年：科学家观察到一些新的生物群体生活在哥拉帕蒂斯的海底温泉口。
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