海底擴張説

五十年代以來，隨着海底科學的發展，人們利用放射性同位素測定海底岩石年齡，發現海底岩石的年齡很輕，一般不超過2億年，相當於中生代侏羅紀（大陸最老岩石年齡在30億年以上），而且離海嶺（又叫大洋中脊）愈近，岩石年齡愈輕；離海嶺愈遠，岩石年齡愈老，而且在海嶺兩側呈對稱分佈。六十年代初，一些科學家提出了海底擴張學説，認為海嶺是新的大洋地殼誕生處。

板塊的驅動力是地幔物質的對流。地幔物質從海嶺頂部的巨大開裂處湧出，凝固後形成新的大洋地殼。以後繼續上升的岩漿又把原先形成的大洋地殼以每年幾釐米的速度推向兩邊，使海底不斷更新和擴張。當擴張着的大洋地殼遇到大陸地殼時，便俯衝到大陸地殼之下的地幔中，逐漸熔化而消亡。這一過程實際上是洋殼“新陳代謝”過程，其所歷時間約需2億年。它也是海底岩石年齡的下限。

沿大洋中部穿透岩石圈的裂縫或裂谷向兩側擴展並導致新生洋殼的學説。它認為地幔物質在這種裂縫帶下因軟流圈內的物質上湧、侵入和噴出而形成新的洋殼，隨着這個作用不斷進行，新上湧侵入的地幔物質把原已形成的洋殼向裂谷兩側推移擴張，致使洋底不斷新生和更新。

由於洋殼不斷向外推移，及至海溝島弧一線，便受阻於大陸而俯衝下插於地幔，達到新生和消亡的消長平衡，從而使洋底地殼在2～3億年間更新一次。

H.H.赫斯於1960年首先提出洋盆的形成模式。隨後R.S.迪茨於1961年用海底擴張作用討論了大陸和洋盆的演化。赫斯於1962年對洋盆形成作了系統的分析和解釋，並闡述了洋盆形成、洋底運移更新與大陸消長關係。這一理論為板塊構造學的興起奠定了基礎，並觸發了地球科學的一場革命。海底擴張説從以下事實得到驗證：①1963年F.J.瓦因和D.H.馬修斯從地磁場極性的週期性倒轉的分析發現洋中脊區的磁異常呈條帶狀、正負相間、平行於中脊兩側，對稱延伸，其順序與地磁反向年表一致。

這一事實證明了洋底是從洋中脊向外擴展而成，洋底磁異常條帶因順序相同而具有全球的可對比性。②1965年威爾遜提出了轉換斷層的概念，證明岩石圈板塊的水平位移成為可能，並因此闡明瞭洋中脊的新生洋殼和海溝帶的洋殼消減之間的消長平衡關係，即擴張速率與消減速率相等。通常用擴張速率來表示海底擴張作用的強度，一般以一側的速率來表示。太平洋的擴張速率為每年5～7釐米，大西洋的擴張速率為每年1～2釐米。

1949年H.貝尼奧夫在研究環太平洋深源地震分佈時發現，震源深度分佈構成一個自大洋向大陸方向的傾斜帶（見貝尼奧夫帶），標誌着大陸和大洋間有一重要構造運動面的關係。50年代中期，B.C.希曾提出大洋中部普遍存在中央海嶺，沿洋中脊存在全球裂谷系的洋底地貌特徵。S.K.朗科恩發現了由岩石剩磁判定的古地磁極隨地質時代發生遷移，歐洲和美洲大陸可由古地磁極移曲線重合以及關閉現今大西洋而拼合一起，有力地支持了大陸水平漂移運動的存在（見大陸漂移説）。

H.H.赫斯於1960年首先提出海底擴張説（見圖）。隨後R.S.迪茨於1961年用海底擴張作用討論了大陸和洋盆的演化。赫斯於1962年對洋盆形成作了系統的分析和解釋。他明確強調地幔內存在熱對流，洋中脊下的高温上升流使中脊保持隆起並有地幔物質不斷侵入、遇水作用成蛇紋石化而形成新洋殼，先存洋殼因此不斷向外推移，至海溝、島弧一線受阻於大陸而俯衝下沉、融熔於地幔，達到新生和消亡的消長平衡，從而使洋底地殼在2～3億年間更新一次。這一理論為板塊構造學的興起奠定了基礎，觸發了地球科學的一場革命。

海底擴張説驗證主要的有以下兩個方面：①1963年F.J.瓦因和D.H.馬修斯用地磁場極性的週期性倒轉的地磁反向週期特徵，對印度洋卡爾斯伯格中脊和北大西洋中脊的洋底磁異常特徵作了分析。洋中脊區的磁異常呈條帶狀，正負相間，平行於中脊的延伸方向,並以中脊為軸呈兩側對稱，其順序與地磁反向年表一致。這就證明了洋底是從洋中脊向外擴展而成，洋底磁異常條帶因順序相同而具全球可對比性。②1965年J.T.威爾遜提出了轉換斷層的概念，這就使岩石圈水平位移成為可能，也因此闡明瞭洋中脊的擴張新生洋殼和海溝帶的洋殼俯衝消減的消長平衡關係，即擴張與消減速率相等。

海底擴張作用以洋中脊為軸向兩側擴張，通常用擴張速率來表示其強度。一般以一側的速率來表示。測算結果表明，太平洋的擴張速率為每年5～7釐米，大西洋的擴張速率為每年1～2釐米。

海底擴張説在大陸漂移説的基礎上，把洋中脊的擴張與海溝島弧的俯衝聯繫起來，即認為大洋水體雖然是古老的，但洋底因不斷更新而具新洋殼，而大陸則是由不同時代的陸塊不斷裂解、拼合和增生而成。 ^[2] 

海底擴張説認為，高熱流的地幔物質沿大洋中脊的裂谷上升，不斷形成新洋殼；同時，以大洋脊為界，背道而馳的地幔流帶動洋殼逐漸向兩側擴張；地幔流在大洋邊緣海溝下沉，帶動洋殼潛入地幔，被消化吸收；大西洋與太平洋的擴張形式不同：大西洋在洋中脊處擴張，大洋兩側與相鄰的陸地一起向外漂移，大西洋不斷展寬；太平洋底在東部的洋中脊處擴張，在西部的海溝處潛沒，潛沒的速度比擴張的快，所以大洋在逐步縮小，但洋底卻不斷更新，古老的太平洋與大西洋的洋底一樣年輕。深海鑽探的結果證實，海底擴張説的上述觀點是成立的。　洋中脊處新洋殼不斷形成，兩側離洋中脊越遠處洋殼越老，證明了大洋底在不斷擴張和更新。海底擴張説較好地解釋了一系列海底地質地球物理現象。它的確立，使大陸漂移説由衰而興，主張地殼存在大規模水平運動的活動論取得勝利，為板塊構造説 的建立，奠定了基礎。但擴張説在擴張機理方面還存在有待解決的難題。

這是一個非常有趣的故事。

第二次世界大戰期間，一艘美國軍艦“開普·約翰遜”號在東太平洋上巡航。這艘軍艦的指揮官名叫哈利·赫斯。軍艦從南駛向北，再由北駛向南，看似這艘軍艦在巡邏，實際上軍艦的指揮員正利用海上無戰事的海上巡航，用聲納測深技術對洋底進行探測。

赫斯艦長1906年生於紐約，早年畢業於著名的耶魯大學。戰前，他曾是一位航海家，在普林斯頓大學工作。戰爭爆發了，他應徵加入海軍，成了“開普·約翰遜”號的艦長。雖説赫斯由一個教授、學者，變成了軍人，但他熱愛海洋科學，他的理想是不斷揭示海洋奧秘。這不，他正在利用巡邏的機會，對海底進行探測。

赫斯艦長工作起來完全是個學者風度，他指揮軍艦橫越太平洋，把航線上的數據加以分析整理。在分析這些測深剖面時，一種奇特的海底構造，引起了赫斯的注意：在大洋底部，有從海底拔起像火山錐一樣的山體，它與一般山體明顯不同的是沒有山尖，這種海山頂部像是被一把快刀削過似的，非常之平坦。連續發現這種無頭山，讓赫斯感到大惑不解。

戰爭結束之後，赫斯又回到他原先執教的大學工作。他把自己發現的無頭海山命名為“蓋約特”，以紀念自己尊敬的師長、瑞士地質學家A.蓋約特。因為這種海山的頂部均為平坦的，後來人們又稱之為“蓋約特”，實際上就是人們統稱的“海底平頂山”。

這些海底山體和過去發現的海丘山峯均不同，具有一種頂部平坦的特殊形狀。山頂部直徑為5～9千米，如果把周圍山腳計算在內，形成數千米左右的高台；山腰最陡的地方傾斜達32°，再往下形成緩坡，並呈現階梯狀。這是所有平頂山的共同特徵。還有一個特點是，平頂海山的山頂至少在海面下183米，也有的在海面下2500米處，一般多在海面下1000～2000米之間。這種海底平頂山，在世界大洋中均有發現。 ^[3] 

後來的調查證實，海底平頂山曾是古代火山島。與大洋火山有相同的形態、構造和物質成分。那麼，既然是海底火山，為什麼又沒有頭了呢？

赫斯教授的解釋是，新的火山島，最初露出海面時，受到風浪的衝擊。如果島嶼上的火山活動停息了，變成一座死火山，在風浪的襲擊下被侵蝕，失去再生的能力，天長日久，火山島終於遭到“砍頭”之禍，變成為略低於海面具有平坦頂面的平頂山了。

哈利·赫斯教授的研究並沒有到此為止。他發現，同樣特徵的海底平頂山，離洋中脊近的較為年輕，山頂離海面較近；離洋中脊遠的，地質年代較久遠，山頂離海面較遠(深)。最初，人們對這種現象無法解釋。到了1960年，赫斯教授大膽提出海底運動假説。他認為，洋底的一切運動過程，就像一塊正在捲動的大地毯，從大裂谷的兩邊捲動(大裂谷是地毯上卷的地方，而深海溝則是下落到地球內部的地方)。地毯從一條大裂谷捲到一條深海溝的時間可能是1.2億～1.8億年。形像地説，托起海水的洋底像一條在地幔中不斷循環的傳送帶。因為在地球的地幔中廣泛存在着大規模的對流運動，上升流湧向地表，形成洋中脊。下降流在大洋的邊緣造成巨大的海溝。洋殼在洋中脊處生成之後，向其兩側產生對稱漂離，然後在海溝處消亡。在這裏，陸地作為一個特殊的角色，被動地由海底傳送帶拖運着，因其密度較小，而不會潛入地幔。所以，陸地將永遠停留在地球表面，構成了“不沉的地球史存儲器”。 ^[4] 

1962年，赫斯教授發表了他的著名的論文--《大洋盆地的歷史》。這篇論文被人們稱為“地球的詩篇”。其中，赫斯教授以先人之見，首先提出了“海底擴張學説”。

“海底擴張”説，恰好可以解釋當年魏格納無法解釋的大陸漂移理論。我們知道，地球是由地核、地幔、地殼組成的。地幔的厚度達2900千米，是由硅鎂物質組成，佔地球質量68.1%。因為地幔温度很高，壓力大，像沸騰的鋼水，不斷翻滾，產生對流，形成強大的動能。大陸則被動地在地幔對流體上移動。形象地説，當岩漿向上湧時，海底產生隆起是理所當然的，岩漿不停地向上湧升，自然會衝出海底，隨後岩漿温度降低，壓力減少，冷凝固結，鋪在老的洋底上，變成新的洋殼。當然，這種地幔的湧升是不會就此停止的。在繼之而來的地幔湧升力的驅動下，洋殼被撕裂，裂縫中又湧出新的岩漿來，冷凝、固結、再為湧升流動所推動。這樣反覆不停地運動，新洋殼不斷產生，把老洋殼向兩側推移出去，這就是海底擴張。

在洋底擴張過程中，其邊緣遇到大陸地殼時，擴張受阻礙，於是，洋殼向大陸地殼下面俯衝，重新鑽入地幔之中，最終被地幔吸收。這樣，大洋洋殼邊緣出現很深的海溝，在強大的擠壓力作用下，海溝向大陸一側發生頂翹，形成島弧，使島弧和海溝形影相隨。

海底擴張説的誕生，可以解釋一些大陸漂移説無法解釋的問題。當年魏格納的“大陸漂移”學説，被赫斯教授的“海底擴張”學説所代替就是情理之中的事了。60年代後，被人們一度冷落的“大陸漂移”學説又重新受到人們的重視。