从地槽—地台说、板块构造说到地球系统多圈层构造观

从19世纪中叶开始,大地构造理论经历了从地槽—地台说到板块构造说的发展过程。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但一个新的大地构造理论——地球系统多圈层构造观(简称多圈层构造观)已在形成中。地槽—地台说,19世纪中叶提出,盛行于20世纪上半叶,是地质学家从理论上研究地壳构造及其演化的开始。地槽—地台说使用的方法是传统的地质学方法;研究领域是大陆地壳,褶皱带(造山带)和克拉通是其研究的核心内容。地槽—地台说大大推动了地质科学的发展,并为地球科学的进一步发展,奠定了良好的基础。板块构造说,起始于20世纪60年代。板块构造使用的方法,除地质学外,加上了地球物理学和地球化学等现代科学和技术手段;研究领域是全球大陆和海洋的岩石圈。板块构造说使大地构造学的研究范围从地球表层扩展到地球内部,从大陆扩展到海洋,极大地推动了地球科学向更高的层次发展。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但是不足和缺陷已日益显露出来。地球系统多圈层构造观,孕育于20世纪80年代晚期,目前正在发展中。地球系统多圈层构造观使用的方法更现代化,包括地质学、地球物理学、地球化学以及一切探测地球深部和外层空间的方法、手段;研究领域,已不仅仅是地球表层的地壳或岩石圈,而是地球整体,地球各圈层的相互作用。我们相信,21世纪必将是地球系统多圈层构造观不断发展、不断完善的时代。中国及邻区中、新生代构造演化是全球研究多圈层构造的最理想的切入点之一。我们期待中国地学工作者在新一轮大地构造理论创新中发挥应有的作用。

地球系统多圈层构造观的基本内涵

地球系统多圈层构造观的基本点是,把地球作为一个活的天体放在宇宙系统之中,更多地考虑地球深部壳-幔-核之间的相互作用,考虑地外天体对地球运动的作用和影响。这一构造观认为:构造运动并不仅仅是岩石圈板块之间的相互作用,而是地球系统的全球动力作用过程;陆与洋是对立统一相互转化的,单纯的大陆增生说是不正确的;地幔对流说至今未被证实,陆块是活动的,但不能大规模漂移;大陆地壳不是单纯地侧向或垂向增生,而是多旋回构造-岩浆作用叠合的产物;地球的构造不是均变式向前发展,而是非均变、非线性、旋回式向前演化的;地球表层在不同地史阶段,均有其受相应深断裂体系控制的不同的构造格局,大西洋—印度洋—太平洋式大洋盆体制,只是在中生代晚期以来才出现的。

地球系统多圈层构造观

地球系统多圈层构造观的基本理论框架是:(1)把大地构造学从研究地球表层的地壳构造、岩石圈构造推进到研究地球整体多圈层构造的新阶段。(2)地球系统和宇宙天体系统共同作用下形成的全球动力学,太阳能、地球系统多圈层相互作用以及宇宙天体运行的联合作用是各种地质作用的动力来源。(3)洋陆转化论:陆与洋是对立统一、相互转化的。陆与洋都不会永存,不存在只有大洋消亡,大陆增生的单向发展过程,单纯的大陆增生论是不正确的。(4)大陆的地壳和地幔是多层次的,不同层次可以沿其间的界面适度滑移,但大陆整体却难以移动,更不能随意漂移。(5)旋回演化论:地球表层构造不是均变论式,而是非均变、非线性、渐变与突变相结合的,螺旋式向前发展演化的。地球演化的不同阶段,即不同的构造旋回均各有其特有的、不同于其他旋回的全球构造格局和构造特点,不能用一种构造模型套用于地史发展的各个构造旋回和各个阶段。(6)地球结构和演化是不对称、不均匀的,不能用一种构造模型套用于全球不同地区。(7)大陆地壳的多旋回演化:大陆地壳并不是单纯的侧向或垂向增生,而是多旋回构造岩浆作用叠合的产物。(8)深断裂的控制作用。切穿壳-幔不同层次的深断裂带,在大地构造演化中具有十分重要的作用。现今的大洋中脊断裂带、转换断层和贝尼奥夫带,勾画了当今全球的构造格局。地球发展的不同构造旋回和阶段,均各有其所特有的深断裂体系,它们决定了不同阶段和不同构造旋回之全球大地构造格局和演化过程。以Jason(太平洋)和Tuzo(非洲)两个超级地幔沟为支点,研究中国以至亚洲中、新生代构造格局大转换、大改组过程中壳-幔组成和结构的演化过程,是用地球系统多圈层构造观研究大地构造的一个良好的切入点。

构造古地理学:揭示圈层动力过程整合的重要窗口

1地球系统科学中的构造古地理,地球科学的“主旋律”每隔20~30年发生1次大变革。20世纪60年代开始的“主旋律”——板块构造理论,研究地球固体圈层的运动规律,是20世纪自然科学的重大突破;导致了地球科学(当然包括构造古地理学)、矿产资源、能源、灾害预测与防治等研究领域取得重大突破,极大地推动了人类文明的进步。

地球表层系统与中国区域大地构造的研究发展

地球表层系统科学与地质学史都具有自然科学和社会科学相结合的特征,两者研究内容和研究目标互有关联,都是从不同角度揭示地球各种地质作用和地质过程的客观规律,促使人与自然和谐发展。在地球表层系统各地质学科中,大地构造占有重要地位,因而探讨中国区域大地构造研究史,对地质学史也有重要意义。文中将中国区域大地构造的研究分为6个阶段,总结其发展的经验和过程,说明社会环境、科学路线、科技水平、思维方法等是决定科学发展的关键因素。21世纪地球表层系统科学将成为地球科学的主流之一,中国区域大地构造的研究应迅速融入地球表层系统的研究,同时也要积极创建新的大地构造理论体系。

黄汲清与中国大地构造研究

本文概述了黄汲清的中国大地构造经典著作——《中国主要地质构造单位》的基本内容和写作基础;阐述了黄汲清及其科学集体的治学风格和工作方法,强调野外地质调查的重要性,突出用新的科学理念和事实,与时俱进不断发展大地构造学。指出大地构造学已从研究地球表层地壳构造、岩石圈构造,进入用地球系统观研究地球整体多圈层构造的新阶段。

晚新元古代-早寒武世现代板块构造与现代地球系统的建立

板块构造是维持岩石圈与表生系统之间物质与能量交换循环、保持地球生命力的一级动力学机制,但是板块构造在地球上并非与生俱来。板块构造的演化主要受控于地幔温度下降,并部分受俯冲带富水沉积物的影响。自太古代板块构造启动以来,其经历了热俯冲、浅俯冲为特征的早期板块构造阶段、地球中年期以及冷俯冲、深俯冲为特征的现代板块构造阶段。新元古代晚期,特别是显生宙以来,地球上开始广泛出现低温/压(T/P)比的超高压变质岩;与此同时,同样受控于地幔温度的马里亚纳型大洋初始俯冲蛇绿岩开始出现于地球上了。这显示新元古代以来,由于地幔温度下降,板块构造体制进入深俯冲阶段。在此阶段,随着冈瓦纳古大陆的逐步聚合,在530~520 Ma,其周缘形成了俯冲带并发生了全球性的构造联动。此外,活动陆缘数量、温压比(T/P)、锆石Hf-O同位素演化趋势等都在早寒武世达到了峰值或低谷,表明早寒武世全球俯冲通量达到了一个新高度,俯冲作用达到全板块尺度。因此,启动于新元古代的现代板块构造,很可能在早寒武世才建立起来,在此之前,经历了构造转换阶段。板片的深俯冲造就了冈瓦纳古大陆聚合阶段史无前例、高耸入云的造山带,这些巨型山脉显著改变了地球的气候,为海洋输送了大量Fe,P等营养物质,促进了海洋初级生产力。此外,这一时期的高俯冲通量导致CO_(2)的构造排气量达到峰值。全球性构造过程显著提高了初级生产力,引发新元古代大气增氧事件(NOE),为早寒武世生命大爆发提供了必要条件。在此之后,地球表生气候环境逐渐接近现代地球,多门类高级生命繁盛,多圈层密切协同演化的现代地球系统逐渐建立。

地球表层自然环境与地球表层自然系统

去年,我主持编写了教育部面向二十一世纪课程系列教材<现代自然地理学>.结合自己的一些认识与体会,谈谈地球表层自然环境(系统)的组成、结构、功能及其与地内系统、地外系统的联系.不当之处,请批评指正.

地球系统科学——人地关系研究的科学基础

地球系统科学的产生、发展及科学概念的形成与人地关系面临的科学和实践困境密切相关,形成了用全球性系统观和多时空尺度,研究人地关系整体行为的科学体系。其科学意义来自于提升人地关系研究水平的“系统观”;其现实意义来自系统方法与现代技术集成的方法论。并因此奠定了地球系统科学在人地关系研究中的基础地位。

中国大地构造研究之思考——中国地质学家的责任与担当

19世纪中叶到20世纪中叶盛行的地槽-地台学说,起源于西方学者对大西洋半球的欧洲和北美东部地质的研究。20世纪中叶提出的板块构造学说,虽然起源于对现代海洋的地质、地球物理调查,但用板块学说解释大陆构造的尝试,也是从解剖北美和欧洲大西洋两岸的古生代造山带开始的。二者均缺少太平洋半球的亚洲,特别是中国及邻区的资料基础,因此,其立论基础是不全面的。这就给亚洲,特别是给中国学者提供了很大的发展空间。通过1∶500万国际亚洲地质图的编制和全球构造的对比研究,笔者发现,处于亚洲核心地带的中国及邻区不仅是亚洲也是全球显生宙地质结构和发展历史最复杂的地区。古亚洲洋构造域的乌拉尔—蒙古—兴安巨型造山带是全球规模最大、发育历史最长、地质结构最复杂的古生代造山带;中国西南部,特别是青藏高原是全球特提斯巨型造山带出露宽度最大、地质纪录保存最完整的地段;中国东部的太平洋构造域,既有亚洲东缘的巨型中生代造山带和新生代的沟弧盆体系,又有宽阔的滨太平洋陆缘活化带。这就使中国及邻区成为研究全球显生宙构造不可缺少的重要地段。我们一定要抓住中国在全球构造研究中的区位优势,以地球系统多层圈构造观为指导,用地质、地球物理、地球化学多学科结合的方法,立足实际,抓住特色,构建中国大地构造的新理论、新模型,为国际地球科学,为发展、完善现代大地构造学理论做出应有的贡献!

地壳波动与旋动的辩证观

本文从自然界物质波动和旋动考察和分析了地球各圈层(特别是岩石圈)的波动与旋动特征;同时,探讨了地壳波浪式运动与螺旋式运动的内因和外因,认为地球旋转能、地热能、重力能和“体积波”的有机结合与相互制约,可能是内力地质作用的主要能源,控制着地球、地壳各圈层的波动与旋动。地球、地壳呈有规律、有节奏和多期性、周期性的波动与旋动,塑造了具有定型性、定位性、定向性和多样化的全球波状地貌景观和地壳波状—旋扭构造图案。地壳动和旋动确实是地壳构造运动时间与空间、形式与内容、现象与本质的综合表现。 自然界是一个物质的波的海洋和充满波动的世界。物质波动是自然界物质运动的共同属性。物质旋动是物质波动的复杂化,即螺旋式运动通常是特殊和高级的波动形式。 事物矛盾的对立统一,必然推动事物波浪式或螺旋式地向前发展,波动与旋动反映了事物运动的共性。本文拟从这种观点出发,简略探讨地球各圈层(特别是地壳岩石圈)之波浪式运动与螺旋式运动特征。

京-津-唐地区自然灾害系统的特点和发展趋势预测

本文在对大量实际资料分析研究的基础上,总结出京—津—唐地区自然灾害系统的特点。文中指出该区自然灾害分布受控于自然环境系统,而构造体系的存在及其发展又是自然环境系统形成与变异的主导因素,该区存在3种主要构造体系。根据自然灾害分布和特点,本文将京—津—唐地区划分为3个灾害区,并简述了各灾害区的特点。文中分析了地球各圈层韵律变化的特点及在本区的表现,论述了发生于本区各种自然灾害的周期性。本文还论述了自然灾害系统的形成与地球运动及太阳系活动的关系。最后,作者对该区自然灾害发展趋势提出了预测意见。

半世勤劳传嘉风一腔热血岂徒流——缅怀中国地震局地质研究所研究员高庆华

正"人,最宝贵的是生命,生命对于每个人只有一次。这仅有的一次生命应该怎样度过呢?每当回首往事的时候,不会因为虚度年华而悔恨,也不因碌碌无为而羞愧。"——保尔.柯察金《钢铁是怎样炼成的》如果时间可以倒流。