海底扩张学说：地幔对流推动海底扩张

在20世纪20—30年代，魏格纳“石破天惊”的观点，大陆漂移的动力机制尚不具备无懈可击的证据，必须有一个超过现有理论，明显的令人信服的地质事实，才能被人接受。

20世纪50年代以后，这个理论找到了。

1962年，赫斯教授发表了他著名的论文《大洋盆地的历史》。首先提出了“海底扩张学说”，可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论。

赫斯早年毕业于著名的耶鲁大学。战前，他曾是一位航海家。第二次世界大战爆发了，他应征加入海军，成了“开普·约翰逊”号的舰长。

赫斯舰长指挥军舰横越太平洋，利用军舰上的“声呐”进行水下监视发现敌人、定位和跟踪水下潜艇、观察水中武器的使用。低频的声波可以穿透海底几千米的地层，得到地层中的信息，海底地质地貌的变化也如实地反映到仪器中来。

赫斯舰长利用巡逻的机会，通过回声测深，把航线上的数据加以分析整理。在分析这些测深剖面时，一种奇特的海底构造，引起了他的注意：海底根本没有沉积物，没有又黏糊又平滑的古代泥沙，到处是悬崖沟壑和裂缝，在大洋底部，拔起像火山锥一样没有山尖的山体，这种海山顶部像是被一把快刀削过似的，非常之平坦。

战争结束后，赫斯又回到他原先执教的大学工作。这位学者从数据中发现，海底平顶山是古代火山岛，年代较新的海底平顶山，山顶离海面较近，它们呈直、折线延长成为海底的生长点——海洋中脊；大洋的中心竟然不是海底最深的地方，大洋的边缘才是海底最深的地方，呈狭长的海槽状，紧贴着一些海岛分布；广袤的大洋底竟然全部都是由年龄很小的岩石组成的，一般只有几千万年。洋中脊近的较为年轻，洋中脊远的，地质年代久远。

到了1962年，正式提出海底运动假说。他认为，地幔软流层物质的对流上升使海岭地区形成新岩石，并推动整个海底向两侧扩张，就像一块正在卷动的大地毯，从大裂谷的两边扩张最后在海沟地区俯冲沉入大陆地壳下方。随着软流层的运动，各个板块也会发生相应的水平运动。估计，大板块每年可以移动1—6厘米距离。这个速度虽然很小，但经过亿万年后，地球的海陆面貌就会发生巨大的变化。

它的主要内容是：

（1）地球是由地核、地幔、地壳组成的。地幔的厚度达2900千米，是由硅镁物质组成，占地球质量的68.1%。地下6300米深处直到地心，是密集的铁镍质内核，地核以上那部分区域存在着密度较大的地幔软流圈，由于地幔温度很高，压力大，像沸腾的钢水，温度和热流值的不均一性，导致地幔物质密度的不均一性，从而在地幔或软流圈中引起物质的不断翻滚，产生对流，形成若干动能强大的环流。浮在其上呈固态密度较小的大洋壳或大陆壳则被动地在地幔对流体上不停地缓慢运动。

（2）大洋中脊B是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳，海岭是新的大洋地壳诞生处，这种地幔的涌升不间断地运行。当岩浆向上涌时，海底产生隆起是理所当然的，岩浆涌升自然会冲出海底，随后温度降低，压力减小，冷凝固结夹在老的洋底上。在继之而来的地幔涌升力的驱动下，裂缝中又涌出新的岩浆来，冷凝、固结后形成新的大洋地壳。随着地幔环流不断向两侧把先前形成的大洋壳向外推移。也就是如传送带一样不断向两侧扩张，于是产生了现在的洋壳年龄离洋脊越远越老的现象。

因为海底热岩浆涌出点的有序线性排列，就产生了地磁异常条带在大洋中脊两旁有规律的排列。

图7　新洋壳产生、海底不断扩张(www.xing528.com)

（3）当移动的大洋壳遇到大陆壳时，扩张受阻碍，就俯冲钻入地幔之中，海沟则是下落到地球内部的地方。在俯冲地带，由于拖曳作用形成深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度，就频繁发生挤压褶皱、地震断裂以及岩浆上升、火山喷发等。

被挤到深150—200千米处的大洋壳，因高温可局部或全部熔融，形成岩浆。挥发成分强大的岩浆内压促使其向上侵入，并携带大量热能上升，因此在海沟向大陆一侧达到一定距离时，形成高热流值；同时，来自地幔的以及混杂了重熔陆壳的岩浆喷出地表形成火山和岛弧。大陆边缘山脉和火山、地震就是这样同步产生的。

海沟靠近大陆一侧，向上仰冲的大陆壳边缘被挤压隆起成岛弧或山脉的现实例子，就像当今大洋壳俯冲带日本—马里亚纳斯海沟，向下俯冲潜没在欧亚大陆地壳之下。形成现在太平洋周围分布的岛屿。

新洋壳不断产生，海底不断扩张。把老洋壳向两侧推移出去，因此，洋底岩石的年龄是离洋中脊愈远而愈古老。这样反复不停地运动，大约2亿—3亿年就全部更新一次。

近代各种勘察手段已经证明：海底岩石一般不超过2亿年，平均厚约5—6千米，主要由玄武岩一类物质组成。

而大陆壳的岩石年龄就老多了，已发现有37亿年以前的岩石，大陆板块平均厚约35千米，最厚可达70千米以上。除沉积岩外，主要由花岗岩类物质组成。

地幔物质的对流上升不仅在大洋，也在大陆深处进行着，如东非大裂谷，就是地幔物质对流促使非洲大陆开始张裂的表现，它处在大陆壳发生破裂上升流涌出的地方。

太平洋板块中部生长出来的大洋壳，平均每年以5毫米向西移动，2亿年可移动10 000千米。从东太平洋中隆至马里亚纳海的消亡带正好为10 000千米，而马里亚纳及其附近海底基岩年龄也正好为1.5亿—2亿年，这说明太平洋底大约2亿年更新一次，也就是说太平洋板块2亿年就是一个轮回。火山多在太平洋板块边界附近，其他如张裂、岩浆上升、热流增高、大规模的水平错动等，也多发生在边界线上。

图8　太平洋板块、南大西洋海底岩层时代及对称关系

上图是20世纪50年代以来，人们利用放射性同位素测定海底岩石年龄，发现海底岩石离大洋中脊愈近，岩石年龄愈新；离大洋中脊愈远，岩石年龄愈老。图面标明了太平洋和南大西洋海底岩层形成时代，以及它们在海岭两侧的对称关系。这一过程实际上是洋壳“新陈代谢”过程，所以，海洋地壳是由大洋中脊处诞生，到海沟岛弧带消失。

20世纪50年代测定：离大洋中脊最远的灰色调洋底地质年龄（1.95亿年），相当于中生代侏罗纪，绿色调相当于白垩纪。绛红色代表古近纪（6000万—2600万年），黄色代表新近纪（2600万—200万年），中间蜿蜒伸长的土褐色则代表大洋中脊，其所历时间约2亿年。

海底扩张学说恰好可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论。赫斯海底扩张学说的动力支持，使大陆漂移学说得到完整解释，在大陆漂移学说的基础上，板块构造学说开始形成。