地球板块飘移过程.doc

地球板块飘移过程 形成於11亿年前的超大陆罗迪尼亚（Rodinia）在前寒武纪晚期开始分裂，此时的气候与今天非常类似，是一个冰室的世界。 由於缺少具有硬壳的化石以及可信的古地磁资料，使得我们要重建前寒武纪时期的古地理图非常地困难，依据我们所能获得的资料，这张六亿五千万年前的古地理图是我们所能描绘出最古老的时期了。 然而在前寒武纪晚期是一个特别有趣的年代，因为所有的大陆互相碰撞，形成了超大陆罗迪尼亚，同时地球的气候是属於一个大冰期的年代。 大约在11亿年前，超大陆罗迪尼亚聚合而成，虽然它的正确大小与组成我们并不清楚，但它显示北美洲当时位於罗迪尼亚的中心，北美东岸紧连著南美的西岸，而北美西岸则是连接著澳洲大陆与南极洲。 罗迪尼亚大约在七亿五千万年前分裂成两半，打开了古大洋（Panthalassic Ocean）。北美洲往南向著冰雪覆盖的南极旋转。罗迪尼亚大陆的北半部基本上包括了：南极大(Antarctica)、澳洲(Australia)、印度(India)、阿拉伯(Arabia)，以及成为今天中国的一部份大陆碎块(North China, South China)，以逆时针的方向旋转，向北穿越严寒的北极。 介於分成两半的罗迪尼亚大陆之间，是第三大陆 - 刚果地盾(Congo)，它组成了中、北非洲的大部分。当罗迪尼亚大陆的两半互相碰撞在一起的时候，刚果地盾就正好被挤在中间，因此在前寒武纪即将结束之际，大约距今五亿五千万年前，这三个大陆再次因为碰撞而形成了一个新的超大陆潘诺西亚（Pannotia），与这次碰撞相关的造山运动事件则被称为泛非（Pan-African）褶皱造山活动。 如同我们先前所提到，在前寒武纪晚期的地球气候是非常寒冷的。我们可以在所有邻近大陆上找到冰河的证据，但是为什麼严寒的气候如此广泛地分布各地，至今仍困惑著地质学家们，曾经有很多假设被提出来，却一一都被否定。其中一个假设认为：地球曾经倾斜到北极一侧向著太阳，而南极一侧则背对著太阳，这样的情形导致地球有一半会受到太阳持续烧烤6个月，而另一半的地球则有6个月冷到结冰。虽然可能，但是并没有任何一种机制可以说明地球的自转轴可以倾斜到如此极端的状况。 另一个不尽相同的假设认为地球曾经被由岩石或冰所组成的环所围绕，就像今天的土星和海王星一样，这个环造成了地球上的阴影，冷却了地球上的气候。然而并没有任何有关这个环的遗迹曾经被发现过。 而目前最受认同的假设则是认为，当时整个地球的海洋都被冰冻，成为一个巨大的雪球，这个大雪球假说（Snowball Earth）同时可以解释表层岩石中，同位素异常的特徵。 现在我们知道在前寒武纪的晚期其实并没有不寻常的现象进行，这三个假说由於没有把当时古地理图分析仔细，而显得有些解释得太过头，对於前寒武纪冰室世界的神秘，我们今天已经能够加以解释，那是因为当时大陆的碰撞与超大陆的形成，许多大陆不是紧邻北极就是南极，导致全世界进入一个全球的冰室（就像今天的世界），不过当时位於赤道附近的澳洲却出现冰的遗迹，则是个很有趣的例外。在寒武纪时，具有硬壳的动物第一次大量地出现，许多大陆都被浅海所氾滥， 超大陆刚瓦那(Gondwana)则正在南极附近形成。 形成於前寒武纪末期(大约距今六亿年前)的超大陆潘诺西亚（Pannotia），在古生代的时候开始分裂，一个新的海洋-巨神海(Iapetus Ocean)在劳伦西亚(Laurentia,北美)、波罗地(Baltica,北欧)和西伯利亚(Siberia)这几个古大陆之间扩张。超大陆冈瓦那(Gondwana)则在泛非褶皱带上组合而成当时最大的大陆，范围从赤道延伸到南极。 在奥陶纪时期，温暖的海水把石灰岩和盐岩沈淀在冈瓦那大陆的赤道地区(Australia澳洲、India印度、China中国与Antarctica南极洲)，同时在冈瓦那大陆的南极地区(Africa非洲与South America南美)则沈淀了冰河的沈积及冰漂的碎屑。 在奥陶纪的时期，古海洋把劳伦西亚(Laurentia)、波罗地(Baltica)、西伯利亚(Siberia)和刚瓦那(Gondwana)这几个古大陆分隔了开来。到了奥陶纪结束时，气候进入了地球上最寒冷的时期之一，冰雪覆盖了整个刚瓦那大陆的南半部。 在奥陶纪时，许多张裂的海盆使得古大陆劳伦西亚、波罗地、西伯利亚和冈瓦那大陆分离开来，包括巨神海(Iapetus Ocean)隔开了波罗地和西伯利亚大陆，後来巨神海闭合时，形成了加里东山脉(Caledonide Mts.)以及北阿帕拉契山脉(Appalachian Mts.)。还有古地中海(Paleo-Teyhys Ocean)把冈瓦那大陆从波罗地和西伯利亚大陆分隔了开来，而巨大的古大洋(Panthalassic Ocean)则覆盖了当时大部分的北半球。 在奥陶纪冰室世界的末期，进入了一个大冰期。冰原的厚度可以达到3 km，覆盖了大半非洲(Africa)的北部与中部以及部分的南美洲(Amazonia,亚玛逊盆地)。从冰帽中流出冰冷的融冰水，冻结了世界各大洋，导致生活在赤道附近暖水种的生物大量灭绝。 劳伦西亚(Laurentia)与波罗地大陆(Baltica)的碰撞，使得巨神海(Iapetus Ocean)的北面分支被关闭，并形成了老红砂岩（Old Red Sandstone）大陆。珊瑚礁四处扩张，陆生植物则开始往荒芜的大陆移民。 在古生代的中叶(大约四亿年前)，巨神海的闭合使得劳伦西亚与波罗地大陆碰撞在一起。这次的大陆碰撞中，许多地方都出现了大陆边缘岛弧的上覆运动，导致了斯堪地那维亚半岛(Scandinavia)上的加里东山脉(Caledonide Mts.)形成，以及英(Great Britain)北部、格陵兰(Greenland)和北美(North America)东部海岸的北阿帕拉契山脉(Appalachian Mts.)都在同时形成。 同样在古生代中叶，非常类似的情况出现在北中国陆块(North China)与南中国陆块(South China)自冈瓦那大陆(Gondwana)的印度澳洲(India-Australia)边缘漂移开来，往北移动并穿越了古地中海(Paleo-tethys Ocean)。从整个古生代的早期到中叶，范围宽广的古大洋(Panthalassic Ocean)就覆盖了大部分的北半球，同时在海的周围还环绕落隐没带，像极了今日太平洋周围的火环(ring-of-fire)。 古生代早期的海洋在泥盆纪时期闭合，形成盘古(Pangea)大陆的前身。淡水鱼类开始自南半球的陆地迁徙到北美(North America)和欧洲(Europe)。森林则是首次出现在赤道地区的古加拿大（Canada,今天的北极附近）。 泥盆纪时期是属於鱼类的世界，在泥盆纪早期演化出的有颔鱼类到了泥盆纪晚期成为最顶尖的掠食者。 植物此时也开始大量出现在陆地上，同时最早形成於热带沼泽地区的煤，则是覆盖了大半今天加拿大极区附近的岛屿、北格陵兰(Greenland)以及斯堪地那维亚(Scandinavia)等地。 在石碳纪早期，位於欧美大陆(Euramerica)及冈瓦那大陆(Gondwana)之间的古生代海洋开始闭合，形成了阿帕拉契山脉(Appalachian Mts.)和维利斯堪山脉(Variscan Mts.)。同时南极(Antarctica)开始形成冰帽，四足的爬虫类开始演化，赤道地区开始形成煤的沼泽。 在晚石碳纪时，由北美及北欧所组成的大陆与南方的冈瓦那大陆(Gondwana)发生碰撞，形成了盘古大陆(Pangea)的西半部。冰雪此时覆盖了泰半的南半球，而巨大的沼泽区煤田则形成於赤道附近。 到了古生代末期，绝大部分在潘诺西亚(Pannotia)超大陆支解期间张开的海洋，都由於後来大陆与大陆之间碰撞，并形成了新的超大陆盘古(Pangea)之後耗尽了。以赤道为中心，盘古大陆从南极延伸至北极，并将古地中海(Paleo-Tethys Ocean)与古太平洋(panthalassic)分隔在东、西两侧。 在晚石碳纪到早二叠纪的期间，盘古大陆的南部（包括South America南美洲南部、Africa非洲南部、Antarctica南极洲、India印度、印度南部以及Australia澳洲）是被冰河所覆盖。同时证据也显示在二叠纪晚期，当时北极的冰帽出现在西伯利亚(Siberia)东部。同时在石碳纪晚期，位於盘古大陆中部宽广的山脉则形成了赤道高地，当地并成为赤道雨林带形成煤炭的场所。在二叠纪中叶，盘古中央山脉往北移动到北美及北欧内部的乾燥气候区，变成类似沙漠的天气。持续抬升的山脉则阻挡了赤道风带吹送而来的水汽。 盘古这个字的意思是所有的大陆，虽然我们称为盘古的这块超大陆形成於古生代末期，但是这块超大陆在当时似乎仍未包含所有的陆地，就在东半球 古地中海的右侧，仍然有分离於超大陆之外的陆地。这些大陆就是南、北中国陆块(South,North China)，以及一块长形挡风玻璃状的辛梅利亚(Cimmeria)大陆。辛梅利亚大陆包含的部分有土耳其(Turkey)、伊(Iran)、阿富汗(Afghanistan)、西藏(Tibet)、印度支那(Indochina)和马来亚(Malaya)。这块大陆似乎是晚石碳到早二叠的期间，从冈瓦那大陆(Gondwana)印度 澳洲(India-Australia)的边缘分离开来。结合了中国陆块，辛梅利亚大陆朝著欧亚大陆往北移动，最终在晚三叠纪时，撞上了西伯利亚(Siberia)的南缘。於是就在亚洲这些破碎陆块互相撞击之後，世界上所有的陆地於是全部加入了超大陆，形成名符其实的盘古大陆。 在二叠纪时期，巨大的沙漠覆盖了盘古大陆(Pangea)的西半部，同时爬虫类分布整个超大陆的表面。但是在古生代结束的时候，地球上99%的生命都遭受到了灭绝事件的劫难。 大约在三叠纪时期组合而成的盘古大陆(Pangea)，使得陆地上的动物得以从南极迁徙到北极。生命在经过二叠-三叠的大灭绝之後，重新开始多样、丰富起来。同时暖水种生物的分布则横越了整个古地中海。 由一片片组合而成的盘古大陆，它的形成是始於泥盆纪，经由大陆与大陆彼此之间持续的碰撞，一直持续到三叠纪晚期，才导致了这块超大陆的成形。 盘古大陆并没有立刻就支解开来，它是以相类似的三个阶段分裂成较小的陆块。第一阶段在侏儸纪中叶(大约距今一亿八千万年前)，张裂的活动开始进行。经过一个阶段，沿著北美(North America)东岸、非洲(Africa)西北岸和大西洋(Atlantic Ocean)中央的火成活动，将北美向西北方推移了开来。在南美与北美互相远离的同时，墨西哥湾(Gulf of Mexico)开始形成。就在同一个时刻，位於另一边的非洲，由於延伸在东非、南极(Antarctica)和马达加斯加(Matagascar)边界的火山喷发，预告了西印度洋(West Indian Ocean)的形成。 在中生代的时期，北美和欧亚大陆是同一块大陆，我们有时称之为劳伦西亚(Laurentia)。当中央大西洋开始张裂，劳伦西亚大陆於是顺时针旋转，把北美洲往北方推送，欧亚大陆则向南移动。侏儸纪早期在东亚大量出现的煤炭已不复见，由於亚洲大陆潮湿的气候带移往副热带的乾燥区，因此取而代之的是晚侏儸纪时期沙漠及盐的沉积。劳伦西亚大陆这种顺时针的运动，导致了当初将它从冈瓦那大陆分离开来的V型古地中海(Paleo-Tethys Ocean)开始闭合。 在侏儸纪早期，东南亚(Southeast Asia)聚合而成。一片宽广的古地中海将北方的大陆与冈瓦那大陆(Gondwana)分隔两处。虽然此时盘古大陆(Pangea)仍是完封不动，但是最早关於大陆分裂的传闻已经可以隐约的听见了。 盘古大陆(Pangea)在侏儸纪中期开始分裂，到了侏儸纪晚期，中央大西洋(Central Atlantic Ocean)已经张裂成一狭窄的海洋，把北美与北美东部分隔开来。东冈瓦那(Gondwana)也同时与西冈瓦那开始分裂。 在白垩纪时期，南大西洋(South Atlantic Ocean)张开。印度(India)从马达加斯加(Matagascar)分离开来，并加速向北，往欧亚大陆(Eurasia)碰撞的地点前进。值得注意的是北美洲(North America)与欧洲此时仍然相连，而且澳洲大陆(Australia)此时也还属於南极(Antarctica)的一部份。 盘古大陆(Pangea)分裂的第二个阶段开始於白垩纪的早期，大约一亿四千万年前。冈瓦那大陆(Gondwana)不断地变得破碎，包括南大西洋的张裂，隔开了南美和非洲；以及印度和马达加斯加一起从南极洲漂移开来；还有发生在澳洲西缘的东印度洋张裂等等。此时的南大西洋并没有立刻打开，而是像拉开拉链一般地由南向北渐渐张开。这也是为什麼南大西洋比较宽的原因。 另外有一些重要的板块运动事件也发生於白垩纪时期。这包括：北美与欧洲开始漂移开来，伊伯利亚半岛(Iberia)以逆时针方向旋转离开法国(France)，印度从马达加斯加分离开来，古巴(Cuba)与希斯盘纽拉(Hispaniola,西印度群岛)从太平洋(Pacific Ocean)衍生出来，洛矶山脉(Rocky mountains)的抬升，外来的陆块蓝格尔(Wrangellia,阿拉斯加附近)、史提金尼亚(Stikinia,加拿大附近)到达北美洲西缘。 白垩纪时期全球的气候与侏儸纪、三叠纪时期类似，比今天要温暖许多。恐龙与棕榈树可以出现在今天的北极圈(Artic)，南极(Antarctica)以及澳洲(Australia)南部地区。虽然早白垩纪时期的极区可能会有一些冰帽存在，但是整个中生代都没有任何大规模的冰帽出现过。 白垩纪时期这样温和的天气状况，部分是因为浅海覆盖了大部分的陆地所导致。温暖的海水从赤道地区可以被往北输送，为极区带来温暖。这些浅海同时也使得部分地区的气候变得温和，就像今天的地中海可以改善欧洲的气候一样有用。 由於当时海水面的高度要比今天高出100200公尺，使得这些浅海得以覆盖许多陆地。造成高海水面的部分原因是由於新海盆开始张裂，大洋中的中洋脊取代了海水，使得海水溢到陆地上来。白垩纪同时也是海盆迅速张裂的时期，由於它们宽阔的外形和和迅速扩张的中洋脊取代更多的海水，因此在海床迅速扩张的时期，海水面会趋於上升。 白垩纪晚期,眼睛标志的位置指出了恰克斯拉伯(Chicxulub)撞击的地点，这个直径10 mile（16 km）大小的彗星撞击结果，导致全球气候的变迁，杀死了恐龙以及其他许多形式的生命。海洋在白垩纪晚期便得更为宽阔，而印度(India)也越来越接近亚洲(Asia)的南缘。 大约在五千万到五千五百万年前，印度(India)开始撞上亚洲大陆(Asia)，形成了西藏高原(Tibetan)和西马拉雅山(Himalayas)。原本与南极大陆(Antarctica)相连的澳洲陆地(Australia)，也在此时开始迅速向北漂移。 盘古大陆(Pangea)分裂的第三个阶段，也是最後一个阶段，在新生代早期开始发生。北美(North America)与格陵兰(Greenland)从欧洲(Europe)漂移开来，南极大陆释放出澳洲陆块，正如同五千万年前释放出的印度板块，後来迅速向北移动并撞上亚洲的东南位置。今天大部分的张裂活动，都是发生在两千万年前，包括有：红海(Red Sea)的张裂使阿拉伯半岛(Arabia)自非洲(Africa)漂移开来，东非张裂系统的产生，日本海(Japan Sea)的张裂，让日本往东移动进入太平洋(Pacific Ocean)，以及加里福尼亚湾(Gulf of California)的开启，使得墨西哥(Mexico)北部及加州(California)一起往北运动。 虽然许多新的海盆在新生代时张开，但是过去六千六百万年以来的地球历史可以说是各大陆在激烈碰撞的时期。其中最具代表性的碰撞就是大约五千万年前印度撞上欧亚大陆的事件。 在白垩纪晚期的时候，印度是以每年15 20cm的速度在接近欧亚大陆，这可以说是板块运动速度的世界记录了。经过白垩纪晚期与边缘岛弧的碰撞之後，北印度（Great India, 大印度）开始隐没到欧亚大陆之下，抬起了西藏高原。令人惊奇的是亚洲，甚至印度，由碰撞所造成地壳变动的作用至今仍然持续著，这是因为印度是一片固态的大陆地壳岩石圈骑在主要由较坚硬的海洋地壳岩石圈所构成的板块之上，而另一方面亚洲则是由较松散的大陆碎块接合、拼凑而成。因此在碰撞带（或称缝合带）的地区，由於欧亚大陆内这些碎块与碎块之间仍然热络，而很容易产生反应。於是当印度撞上亚洲的时候，这些大陆碎块便沿著滑移断层（顺著老的缝合带）被挤往北边和东边，而沿著这些断层所发生的地震则至今仍然持续著。 印度与亚洲的碰撞其实只是古地中海(Paleo-Tethys Ocean)在闭合过程中一系列大陆与大陆碰撞的一部份罢了。从东到西所有的大陆与大陆之间碰撞包括有：西班牙(Spain)与法国(France)的碰撞，形成了本宁山脉(Pyrenees)；义大利(Italy)、法国与瑞士(Switzerland)的碰撞形成了阿尔卑斯山(Alps)；希腊(Greece)、土耳其(Turkey)与巴尔干省(Balkan)的碰撞，形成了西奈山(Hellenide)和底那瑞(Dinaride)；阿拉伯半岛与伊朗(Iran)的碰撞；以及最後、也是最年轻的碰撞-澳洲(Australia)撞上了印尼群岛(Indonesia)。 二千万年前，南极洲(Antarctica)整个被冰雪所覆盖，同时北方的大陆也开始迅速冷却。世界看起来已经和今天非常类似，不过佛罗里达州(Florida)和亚洲(Asia)的一部份则还是在海洋的覆盖下。 由於大陆岩石圈受到水平方向的压力，导致了大陆碰撞阶段的山脉抬升作用。虽然此时大陆仍然占据相同的体积，但是它们的表面积则会稍微地减少。於是就全球的尺度来看，在新生代的期间因为大陆被消耗，造成了海盆面逐渐增加的结果，也正因为海盆渐渐增大，容纳海水量变多的缘故，使得海水面在过去六千六百万年来持续下降，一般来说在大陆互相碰撞的年代（包括泥盆纪早期、泥炭纪晚期、二叠纪和三叠纪），海水面都比较低。 在低海水面大陆碰撞聚合的年代里，陆生植物在大陆间的迁徙路线也被开启，地球的气候变得更具季节性，更重要的是地球的气候趋向冷却下来，这多半肇因於陆地区倾向将太阳能反射回太空，而海洋则是把太阳能吸收，同时由於陆地的聚集使得永冻冰层的范围得以扩大雪的冰层，将反射更多的能量回太空。因此大陆上冰原一旦形成，理所当然的地使海水面更加降低，於是导致陆地的范围更大，地球变得更冷，更多的冰在陆地上形成，一直循环下去。在这里我们可以学到一个事实，那就是一旦地球开始变冷（或变热），正向回馈的机制就会把地球气候系统推向愈来愈冷（或愈热）的境地。在新生代的後半，地球开始变冷，冰原首次在南极洲形成，然後分布到北半球，於是过去五百年来，地球是进入了一个大冰期的年代。在地球的历史上只有少数几个时期曾经像过去五百万年来这麼冷。