板块合并是什么边界(板块的边界是如何划分的)

4.板块边界的地质特征

地质学家将板块边界分为三种类型。离散型板块边界、汇聚型板块边界和转换型板块边界。

板块边界类型

4.1离散型板块边界

1872年,挑战者号从英国启航,开始了世界上第一次考察航行。当时大部分海底深度是未知的。船员探测结果表明,在大西洋盆地中心有一条从北到南的海底山脉。它在深海平原上方约2公里处隆起,后来被称为大西洋中脊。洋中脊由格陵兰岛延伸至南美,沿着它的长度,由不同的段组成,它们的末端止于一个断裂带。此外,由于裂缝段之间并不排列在一起,因此一个裂缝段的末端可能会沿裂缝带偏移几公里到几百公里。

南大西洋中大西洋脊的水深图,蓝色的浅色调是浅水的深度,红线是山脊的轴线

横跨大西洋中脊,从大陆到大陆的水深剖面

洋中脊的分节错开

洋中脊的分节错开

在板块构造理论出现之前,没有人知道为什么大洋中脊会存在。板块构造理论解释了它们的地质起源。洋中脊描绘了一个离散的边界。在这种类型的板块边界,两个大洋板块分开。在此过程中,没有开放空间在不同板块之间发展。相反,当板块分离时,它们之间会形成新的海洋岩石圈。

在海底扩张的过程中,海底变宽,两边的大陆分开,新的海洋地壳在脊轴上形成

在海底扩张的过程中,热软流圈在山脊下上升并融化,产生岩浆,积聚在脊轴下方的岩浆房中,岩浆房可以被描绘成一个充满大量晶体和热熔物的空间。其中一些在岩浆房的四周凝固成辉长岩,而另一些沿着垂直的裂缝上升到更高的地方,凝固成玄武岩。有些则一直到达海底表面,并沿着脊轴的裂缝渗出。当熔岩与冰冷的海水接触时,冷却下来,形成枕状玄武岩。从辉长岩底部到枕状玄武岩顶部,在脊轴处形成的整个火成岩层代表了新的海洋地壳。换句话说,海洋地壳就像一个巨大的、不断移动的传送带,在洋中脊处形成,然后远离。当扩张发生时,施加在新形成的固体地壳上的拉伸力,或张力,会破坏新形成的地壳,导致沿脊轴形成断层。在这些断层上的滑动会引起离散边界的地震。

洋中脊熔岩上升并凝结为辉长岩和玄武岩

在脊轴上,岩石圈由新地壳组成。地壳和下面的地幔随着年龄的增长逐渐冷却。地幔热量的损失导致了较冷的刚性边界(<1280℃)和暖的塑性边界(>1280℃)变深,这个边界定义了岩石圈的范围。由于岩石冷却时密度更大,随着年龄的增长,岩石圈的密度也会增大,向软流圈更深的地方移动。

随着海底年龄的增加,岩石圈地幔变厚,海底表面变深

海底钻孔证实,随着距离洋中脊的距离增加,沉积物越来越厚,底部(最低)沉积层变得越来越古老。这一观测结果可以作为海底扩张的证据。

随着远离洋中脊,海底变得越来越老

4.2汇聚型板块边界

在“发现”号史诗般的航行中,挑战者号在西太平洋发现了一个海洋深度超过8公里的地方。76年后,挑战者二号重新调查该地区,发现了“马里亚纳海沟”,其最深点近乎11公里!类似的深海海沟定义了太平洋板块的大部分边界,并且沿着其他几个板块的边缘部分出现,尽管没有一个板块像马里亚纳海沟那样深。火山弧,即在地图上的弧形的火山链,位于沟槽的一侧,在沟槽和火山弧下,大地震以令人不安的频率发生。

太平洋西部的水深地图显示出马里亚纳海沟的踪迹

海沟标志着下行大洋板块的岩石圈俯冲到上冲板块下软流圈的位置,海沟两边的板块相对运动,地质学家将与海沟有关的板块边界称为汇聚型板块边界,该边界也可称为俯冲带。

俯冲发生的原因很简单:岩石圈地幔的密度比下面的软流圈要大,一旦进入软流圈,它就像锚一样开始下沉。然而,软流层只能非常缓慢地流动,因此俯冲的速度不能超过15厘米/年。

太平洋板块俯冲到日本下面的海沟,下沉的板块类似于系在绳子上锚的下沉

所有的海底最终都会经历俯冲,所以地球上最古老的海底只有大约2亿年的历史,比地球的年龄小得多。当俯冲发生时,海床沉积物以及从附近陆地冲进海沟的沙子和泥浆,被刮起并沿着上冲板块的边缘合并成一个楔形的块体,称为增生棱柱。实际上,一个增生棱柱就像在推土机前堆积的一堆沙子。当板块下沉到地表以下约150公里的深度时,在板块的上方形成火山弧。在任何给定的时间,整个弧形下方都会发生俯冲,所以弧形中的所有火山都是活火山。

增生棱柱与火山弧:当大洋板块俯冲向大陆时,沿着大陆的边缘发育大陆弧——南美洲海岸的安第斯山脉和俄勒冈州和华盛顿州的瀑布弧就是例子。当大洋板块俯冲向大洋板块时,火山在上冲板块的海底聚集,形成一系列火山岛弧——马里亚纳弧和阿留申弧就是例子。在一些地方,由于边缘海小盆地的存在,火山弧发育在与大陆地壳分开的陆壳上,比如日本弧。

大陆弧和岛弧:在汇聚型板块边界,下行板块和上冲板块底部之间的边界包含许多断层,在这些断层上的滑动就会产生地震。地质学家在板块下沉660公里处探测到地震。下地幔可能是俯冲板块的“墓地”。

俯冲的岩石圈下沉到地幔中,就像密度较大的流体下沉到密度较小的流体中,俯冲板块在穿过地幔层时,最终可能分裂成碎片

4.3剪切型板块边界

我们之前注意到,洋中脊被分段,各段由断裂带连接。滑移只发生在位于两个脊段末端之间的断裂带的部分。在加拿大地质学家Wilson开始在海底扩张的背景下考虑断裂带之前,断裂滑移的分布一直是个谜。想象一张地图,上面显示了两个南北向的洋中脊段,并由一个东西向的断裂带连接。

相对于脊轴,A板块向东移动,B板块向西移动。北部洋脊段在x与断裂带相交,南部在y。沿着x-y断裂带之间的方向,板块A相对于板块B向左运动,这部分是一个地震活跃的断层。x-y破碎带的这一段是一个板块边界。而在x点以东和y点以西,海底的南北区域移动方向和速度相同,可视作同一板块。

大洋转换断层

Wilson两个脊段之间的断裂带相对滑移叫做转换断层(transform),并强调转换断层是第三种板块边界。一个板块相对于另一个板块滑动,但是没有新的板块形成,也没有旧的板块消失。因此,转换边界是垂直断层,滑动方向与地球表面平行。Wilson和其他人很快意识到,并不是所有的转换都连接脊段,也不是所有的都位于水下。例如,阿尔卑斯断层横切新西兰,连接两个海沟。加利福尼亚的圣安德烈亚斯断层是北美板块和太平洋板块之间的转换边界,并将一个山脊部分连接到一条海沟。位于断层西部的加利福尼亚板块的一部分与太平洋板块一起移动,而断层东部的加利福尼亚板块则与北美板块一起移动。

今天在我们的星球上可见的板块和板块边界的构造在地质历史上并不存在,而且在未来也不会保持不变。由于板块运动,新的海洋板块形成,后来又被俯冲所吞噬,大陆合并,然后分离。接下来,我们首先介绍当两个大陆碰撞时,汇聚型边界是如何停止存在的,之后介绍大陆是如何分裂的,这个过程可能会产生一个新的分裂边界。

San Andreas断层,北美板块和太平洋板块的转换边界