【板塊構(gòu)造學(xué)（楊樹鋒、郭令智）】

研究地球巖石圈板塊的成因、運(yùn)動、演化、物質(zhì)組成、構(gòu)造組合、分布和相互關(guān)系以及地球動力學(xué)等問題的學(xué)科。地質(zhì)學(xué)的一個分支。它認(rèn)為地球的巖石圈分解為若干巨大的剛性板塊即巖石圈板塊，重力均衡地位于塑性軟流圈之上，并在地球表面發(fā)生大規(guī)模水平轉(zhuǎn)動；板塊與板塊之間或相互離散，或相互匯聚，或相互平移，引起地震、火山和構(gòu)造運(yùn)動。板塊構(gòu)造學(xué)說囊括了大陸漂移說、海底擴(kuò)張說、轉(zhuǎn)換斷層、大陸碰撞等概念和學(xué)說，為解釋地球地質(zhì)作用和現(xiàn)象提供了極有成效的模式，是當(dāng)代最有影響的全球構(gòu)造理論。

簡史板塊構(gòu)造學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展大致可以分為三個階段：

１、１９１２年德國學(xué)者A·L·魏格納提出了大陸漂移說。當(dāng)時由于多數(shù)人的反對而沒有被接受。５０年代古地磁學(xué)的研究測得各地在地質(zhì)時代中的磁極位置變化多端，用大陸固定論無法解釋，采用大陸漂移說則可以得到圓滿的解釋，大陸漂移說隨之復(fù)活。

２、６０年代初美國地質(zhì)學(xué)家H·H·赫斯和R·S·迪茨在古地磁學(xué)研究的基礎(chǔ)上提出了海底擴(kuò)張說，隨后英國的F·J·瓦因和D·H·馬修斯通過海底磁異常的研究對海底擴(kuò)張說作了進(jìn)一步論證，論述了地殼的產(chǎn)生和消亡，并得到深海鉆探的驗(yàn)證。

３、１９６５年加拿大人J·T·威爾遜建立轉(zhuǎn)換斷層概念，并首先指出，連綿不絕的活動帶網(wǎng)絡(luò)將地球表層劃分為若干剛性板塊。１９６７～１９６８年法國的X．勒皮雄、美國的D·P·麥肯齊將轉(zhuǎn)換斷層概念外延到球面上，定量地論述了板塊運(yùn)動，確立了板塊構(gòu)造學(xué)的基本原理。

基本內(nèi)容地球上層構(gòu)造根據(jù)物理性質(zhì)在垂向上可以分為兩個截然不同的層圈，即下部塑性的軟流圈和上部剛性的巖石圈。巖石圈在側(cè)向上被地震帶所分割，形成若干大小不一的塊體，稱為巖石圈板塊，簡稱板塊。板塊的厚度變化較大，約在幾十公里至２００公里。

成就與展望板塊構(gòu)造學(xué)深刻地解釋了地震和火山分布、地磁和地?zé)岈F(xiàn)象、巖漿與造山作用；闡明了全球性大洋中脊和裂谷系、大陸漂移、洋殼起源等重大問題；更新了地質(zhì)學(xué)中的許多概念，使得既承認(rèn)水平運(yùn)動也承認(rèn)垂直運(yùn)動的活動論觀點(diǎn)取代了曾占統(tǒng)治地位的固定論。板塊構(gòu)造學(xué)以全球整體的研究觀點(diǎn)開拓了地球科學(xué)研究的深度和廣度，是地球科學(xué)領(lǐng)域中的一場革命。

板塊構(gòu)造學(xué)還存在一些有待解決的難題。板塊構(gòu)造學(xué)對于板塊構(gòu)造活動總的輪廓已比較清楚，但具體作用過程和細(xì)節(jié)還不十分明確；對板塊動力學(xué)的確定依然有困難；對板塊內(nèi)部的構(gòu)造和巖漿活動研究不足；對板塊俯沖、消亡及伴隨的巖漿活動、邊緣盆地起源等還了解不夠；還不能圓滿地解釋大陸巖石圈的成因和演化。

──摘自《中國大百科全書·地質(zhì)學(xué)》中國大百科全書出版社１９９３年版

【小行星與恐龍的滅絕】

恐龍為何會絕跡？這一問題在長達(dá)一個多世紀(jì)的時間里既引起了科學(xué)家和大眾的興趣，也令他們困惑不已，因而也出現(xiàn)了大量不切實(shí)際的理論，有些甚至十分好笑。例如，認(rèn)為恐龍的滅絕是因?yàn)樗鼈兊能|體太龐大而導(dǎo)致交配困難──雄性恐龍?jiān)诮慌溥^程中可能會壓垮它的配偶。另一種理論就是，隨著植物的進(jìn)化，恐龍的飲食發(fā)生變化，最后導(dǎo)致致命的便秘。還有一種說法就是：恐龍下的蛋全被剛剛進(jìn)化的、而且更加靈活聰明的動物──哺乳類動物吃掉了。有的認(rèn)為是新出現(xiàn)的疾病使恐龍?jiān)诘厍蛏舷�失。一種更令人信服的理論是以恐龍時代的瑪瑙化石中的氣泡為依據(jù)。這種空氣中氧的含量比現(xiàn)代空氣中的氧含量要高出５０％�？赡苁请S著氧氣濃度逐漸下降至今天的濃度標(biāo)準(zhǔn)，恐龍就因窒息而死掉。

盡管有一些牽強(qiáng)的解釋，但在關(guān)于恐龍滅絕的問題上存在著兩大思想學(xué)派：

１、它們突然死于某一場世界性的大災(zāi)難；

２、由于地球上天氣的逐漸變冷使得恐龍難以適應(yīng)而慢慢滅亡。

災(zāi)難學(xué)派描繪的是一幅十分令人震撼的場面：一顆相當(dāng)于曼哈頓島大小的小行星或彗星以每秒１５英里（相當(dāng)于２５公里）的速度向地球隕落，與地球撞擊的能量相當(dāng)于１００萬億噸TNT炸藥（是扔在廣島上的原子彈的能量的５０億倍），而且在進(jìn)入地殼２５英里深的同時熔化了沿途的巖石。在這場劇烈的碰撞之后，成千上萬噸的塵埃和碎石進(jìn)入大氣層，罩住了地球，遮擋了陽光，使得地球連續(xù)好幾個月甚至好幾年都處于黃昏狀的黑暗之中。在這種黑暗里，植物不能正常生長──因?yàn)樗鼈冃枰�陽光來制造養(yǎng)分。以植物為生的動物不能正常生存，不靠植物為生的其他動物也難以生存，恐龍就是那種不能在黑暗中生存的動物。事實(shí)上，根據(jù)某些科學(xué)家的觀點(diǎn)，地球上６０％的動物是不能在黑暗中生存的。

然而，小行星或者彗星的隕落真的發(fā)生過嗎？地球上生命的大規(guī)模消亡是有大量資料可查的，但這是由于劇烈的碰撞所造成的嗎？讓我們從頭來敘述這個故事并從中找到答案。

大約一百五十年前，一位名叫理查德·歐文的英國解剖學(xué)家創(chuàng)造了“恐龍”（DINOSAUR）這個詞來描述剛剛發(fā)現(xiàn)的一種曾在地球上生存過的動物。DINOSAUR這個詞源于希臘語的“可怕的”（DEINOS）和“蜥蜴”（SAURS）。那個時候（即１８４１年），可供研究的恐龍化石少得可憐，因此，人類對恐龍也知之不多。

我們對恐龍的認(rèn)識了解在過去的一個半世紀(jì)里有了一定的提高。我們知道它們是在大約２．２５億年前由爬行動物的祖先進(jìn)化而成，于大約６５００萬年前滅絕的。它們的個子有很大的差異，身長從不足２英尺到１４０多英尺不等；體重有２０磅的，也有９０噸的（陸上現(xiàn)存最龐大的動物大象的重量為６噸）�？铸垖倥佬蓄惱溲�、笨拙型動物，下蛋并且全身長滿鱗片。

然而，關(guān)于恐龍笨拙、動作緩慢的說法最近也引起了人們的懷疑。研究表明，許多恐龍相對于爬行動物而言是十分聰明的，且腿腳十分麻利。這一觀點(diǎn)使得科羅拉多大學(xué)的羅伯特·巴克爾于１９６８年提出，恐龍根本就不是冷血的動物，而是像我們?nèi)祟愐粯拥臒嵫獎游铮�這一爭論至今未得到解決。按照一群英國古生物學(xué)家的說法，恐龍有可能“屬中間型的”�；蛘哒f，個子小些、更靈活的恐龍是熱血的，而那些個子大些、笨重的家伙則是冷血的。一位科學(xué)家甚至提出，恐龍的新陳代謝可能是隨季節(jié)變化的：冬天里是熱血，夏天里又變成了冷血。

那么，在使得恐龍滅亡的６ ５００萬年前又發(fā)生了些什么呢？有沒有可以說明某顆小行星或彗星曾撞入地球并滅殺了恐龍的任何證據(jù)呢？有的，有證據(jù)。

７０年代末期，由已故物理學(xué)家路易斯·阿爾瓦雷茲和他的兒子、加州大學(xué)柏克萊分校的沃爾特·阿爾瓦雷茲率領(lǐng)的一個小組有了驚人的發(fā)現(xiàn)。他們注意到，在大約有６ ５００萬年歷史的沉積土層中有一種叫做“銥”的元素的含量異常高，銥是地球上罕見的重金屬，只存在于地殼的深處，但在小行星和彗星上卻大量存在。起初，地質(zhì)學(xué)家們認(rèn)為６ ５００萬年前的火山活動可能會把銥噴入大氣層，落下時便集中形成一個獨(dú)特的土層。最終，事實(shí)并不能證明這一理論。

那么這與小行星或者彗星又有什么聯(lián)系呢？小行星或者彗星與地球的碰撞會使小行星或彗星的大部分被氣化掉，并使含有大量銥的塵埃進(jìn)入全球的大氣層中，塵埃落到地上后，便形成了含銥豐富的土壤沉積層。阿爾瓦雷茲小組曾在意大利和丹麥發(fā)現(xiàn)過這種礦藏，自那以后，這種含有大量銥的土壤層在全球五十多個地方先后被發(fā)現(xiàn)。這些土壤層有６ ５００萬年的歷史，且恰巧與恐龍滅絕的時間吻合，這一點(diǎn)是小行星或彗星滅殺了恐龍的令人信服的證據(jù)。而且，某些地方的礦層出現(xiàn)的斷裂是由某種劇烈的碰撞所造成的。這一證據(jù)也與某顆小行星或彗星曾與地球碰撞過，并且殺死了“可怕的蜥蜴”的理論相吻合（太陽系中落在地球上的塊狀物被稱為“隕星”），落在地球表面的彗星或者小行星，或其某一部分就是隕星。它在隕落之前進(jìn)入地球的大氣層時叫做“流星”。

假如一顆曼哈頓島那么大的小行星或彗星的確在６ ５００萬年前撞擊地球的話，那么撞擊所造成的窟窿或者“隕石坑”又在哪里呢？這一直是一個難以回答的問題。不過，多年來人們提出了許多不同的答案。其中之一就是隕石的碰撞砸開或撕裂了地殼，從而導(dǎo)致了形成冰島（我們知道是由火山形成）的火山活動。然而，這一理論也不再廣為人們所接受。在有６ ５００萬年歷史的沉積土中的銥礦層在冰島并不是那么厚。地質(zhì)學(xué)家們推斷在碰撞地區(qū)周圍的銥礦層可能最厚，因?yàn)殂灥V是在那個位置最先沖進(jìn)空氣中的。而且，伴隨著微細(xì)的白色富銥沉積土層，一定會有較為粗糙的次沉積層。這可能是碰撞后飛濺的熔巖下落時形成的。正如一粒石子扔入水池時濺起的水花一樣。這種次沉積層，也叫做“噴出層”，只能出現(xiàn)在碰撞現(xiàn)場幾千英里的半徑范圍之內(nèi)，而在冰島卻沒有發(fā)現(xiàn)。

１９９０年，亞利桑那大學(xué)的阿蘭·希爾德布蘭德沿著銥礦層和噴出層找到了它們的最密集點(diǎn)。他發(fā)現(xiàn)有兩處隕石坑可能是隕石撞擊地球的現(xiàn)場。一處是在哥倫比亞盆地，位于哥倫比亞北部的加勒比海地區(qū)，另一處是在墨西哥東部的尤卡坦半島的北端。今天，越來越多的證據(jù)對尤卡坦隕石坑的推斷更有利。它的直徑大約為１１０英里（１８０公里），形狀及成分都很正確。這個隕石坑完全被埋在巖石下面，且位處陸地，盡管在６ ５００萬年前這個地區(qū)曾是一片淺海區(qū)域。隕石碰撞造成恐龍滅絕的理論的擁護(hù)者們覺得他們不僅是發(fā)現(xiàn)了“正在冒煙的槍”，而且也找到了被槍殺者尸體中的彈頭──證據(jù)確鑿。

你可能會認(rèn)為，至此，恐龍滅絕之謎已被破解。銥礦土層證明某個小行星或彗星曾撞擊地球，而且碰撞所發(fā)生的時間也是正確的，再說也發(fā)現(xiàn)了一處隕石坑來支持這一理論。然而，疑問依然存在。那么，問題又在何處呢？

問題就在于恐龍是不是一下子突然全部絕跡的。小行星的碰撞會造成恐龍迅速的滅亡──只是幾千年的時間，而不需要幾百萬年。不幸的是，化石記錄卻沒有能給我們展示一個清楚的、無可爭辯的畫面。人們都知道恐龍大約是在同一時期──即在一個主要的地質(zhì)紀(jì)元（白堊紀(jì)）結(jié)束，另一個紀(jì)元也就是第三紀(jì)開始時滅亡的。這一過渡就是大家所熟知的白堊紀(jì)──第三紀(jì)（或K—T）之交。

賓夕法尼亞大學(xué)的彼德·多德遜曾專門對這個時期的恐龍化石記錄進(jìn)行了分析。他的結(jié)論是，在白堊紀(jì)結(jié)束前的８００萬年，恐龍家族十分興旺�？墒�，６００萬年之后，３/４的恐龍種類便已滅絕。這對于小行星碰撞地球造成恐龍滅絕的理論的支持者來說真是個壞消息。因?yàn)樵S多恐龍看來是在某個小行星或彗星與地球發(fā)生碰撞之前就已消失。不過，小行星學(xué)派的理論家們卻指出，在北美洲的大多數(shù)恐龍的種類是一直活到白堊紀(jì)──第三紀(jì)之交（K—T）時由于發(fā)生了隕石碰撞才突然消失的。他們還爭辯說只統(tǒng)計(jì)恐龍種類多少有些誤導(dǎo)性。許多恐龍種類幾乎沒有多少分支，因而從進(jìn)化含義上講不能很充分地被確認(rèn)。他們說，最重要的種類以及大量的單個恐龍都活到了白堊紀(jì)末期，直到過渡期才因?yàn)殡E石碰撞而滅絕的。

在路易斯·阿爾瓦雷茲和他的兒子驚人地發(fā)現(xiàn)銥以來的１５年或更長的時間里，隕石碰撞理論經(jīng)歷了一個曲折的歷史。目前，傳統(tǒng)的學(xué)者們開始傾向于支持這一理論，尤其是隨著尤卡坦的隕石坑的被發(fā)現(xiàn)，對這一理論的間接支持也來自在過去的４．５億年中地球上至少有過４次其他類型的生命突然大規(guī)模滅亡這個事實(shí)（盡管這些時期小行星與地球碰撞的諸如含銥豐富的地質(zhì)結(jié)構(gòu)或能說明問題的隕石坑這類證據(jù)仍未出現(xiàn)）。事實(shí)上，大約２．４億年前發(fā)生的一次大規(guī)模地球生命的滅亡變故使恐龍的滅絕變得黯談。因?yàn)檫@次變故滅殺了地球上９０％以上的生命形式。然而帶諷刺意味的是，就是這場大規(guī)模地球生命的滅亡為恐龍主宰地球（大約是在這個時候開始）鋪平了道路。因?yàn)樗鼈兊拇蠖鄶?shù)天敵已被消滅�！芭椤钡囊宦暢霈F(xiàn)，“砰”的一聲又消失了。

最后一點(diǎn)思考：假如隕石碰撞理論真的正確，那么某一塊隕石的確撞擊地球并導(dǎo)致了恐龍的滅絕倒真是一件好事，不然的話，人類就可能永遠(yuǎn)也不會進(jìn)化至今。因?yàn)橛锌铸堉粮邿o上地統(tǒng)治陸地和海洋達(dá)無數(shù)個百萬年的話，哺乳動物生存的空間就會很少。它們可能仍然是小個子的食蟲動物，根本就沒有有效競爭的能力。這一切都是隨著“砰”的一聲巨響而開始改變的。

──巴里·E·齊然爾曼、戴維·J·齊然爾曼，見《在巖石上漂浮》，張樹昆、張昭理譯，江蘇人民出版社１９９８年版）

【恐龍之死：新的線索】

１０年前有人提出一種理論認(rèn)為，恐龍（以及其他某些生物屬種）在６ ５００萬年前的滅絕是由于巨大隕星或彗星與地球相撞的結(jié)果。另一些科學(xué)家則認(rèn)為大量火山的噴發(fā)和氣候異常是造成恐龍滅絕的原因。盡管如此，撞擊說的支持者們還是占了上風(fēng)，并且現(xiàn)在又有新的證據(jù)來肯定這種觀點(diǎn)。

來自加利福尼亞州拉霍亞的斯克里普斯海洋研究所的杰弗里·L·巴達(dá)（JeffreyL．Bada）在６５００萬年前形成的沉積物中發(fā)現(xiàn)了氨基酸。

氨基酸是蛋白質(zhì)的建筑塊。每個蛋白質(zhì)分子是由一個或多個氨基酸鏈構(gòu)成的，而每個鏈又是由數(shù)十到數(shù)百個氨基酸組成�？傮w來說，地球上的氨基酸只能由生物組織來產(chǎn)生。

如果是這樣的話，在６５００萬年前形成的沉積物中發(fā)現(xiàn)的氨基酸鏈應(yīng)該說沒有什么特別不尋常之處，因?yàn)楫?dāng)時生命已經(jīng)非常繁盛，各種生物都會形成氨基酸。為什么我們不應(yīng)該發(fā)現(xiàn)一些呢？

首先，從理論上講氨基酸有無數(shù)種，但由生物所形成的蛋白質(zhì)僅利用了其中２０種氨基酸。再者，各種生命形式，無論是病毒、櫟樹、海星、蛇或者人類，都是利用同樣的這２０種氨基酸，例外情況極少。

沒有人知道為什么生物只利用這２０種氨基酸，以及那些沒有被利用的其他氨基酸有什么問題。

巴達(dá)在１９８９年６月所報道的存在于古老巖石中的氨基酸只有兩種，即異纈氨基酸和 α 氨基異丁酸。蛋白質(zhì)中不會有這兩種氨基酸，并且就目前所知，它們不是由生物形成的。有一種極少見的真菌，確實(shí)可以形成一些異纈氨基酸，但這是非常例外的現(xiàn)象。

是否在別的什么地方也發(fā)現(xiàn)有氨基酸呢？是的。在某些被稱為“含碳球粒隕石”中含有少量的碳水化合物。在碳水化合物中存在一些氨基酸。事實(shí)上，在少數(shù)隕石中所發(fā)現(xiàn)的氨基酸就是異纈氨基酸和α�舶被�異丁酸。因此，這些氨基酸可能是由于含有氨基酸的隕石或彗星撞擊的結(jié)果，它們把氨基酸撒在地球的表面。

這種解釋可靠嗎？首先，那些極少的真菌確實(shí)形成了異纈氨基酸。也許在６５００萬年以前，一些最終滅絕的動物產(chǎn)生了大量的這些氨基酸。它們現(xiàn)在雖然稀少，但在當(dāng)時卻并非如此。

我們可以十分肯定這種情況并沒有發(fā)生過。像許多對生命至關(guān)重要的其他物質(zhì)一樣，氨基酸有不對稱性分子，并且能以兩種形式存在，即左型或右型（像手套和鞋一樣）。生物酶所形成的氨基酸都為左型，這一點(diǎn)是肯定的。左型氨基酸易于結(jié)合在一起從而構(gòu)成有利于蛋白質(zhì)分子形成的鏈。纏繞在一起的左型和右型氨基酸不形成鏈。當(dāng)然，全由右型氨基酸構(gòu)成的鏈也有助于蛋白質(zhì)分子的形成。當(dāng)生命在３５億年前剛開始出現(xiàn)時，左型氨基酸通過一些隨機(jī)過程最先被選用，自此以后氨基酸一直為左型，甚至形成異纈氨基酸的極少數(shù)的真菌也只含有左型異纈氨基酸。

如果氨基酸由人工或通過任意過程形成，正如通過一般化學(xué)反應(yīng)而在化學(xué)家們的試管里形成一樣，左型和右型的產(chǎn)生幾率是一樣的，哪一種都沒有優(yōu)勢。在隕石中所發(fā)現(xiàn)的氨基酸中左型和右型是等量的，這就告訴我們它們是通過化學(xué)反應(yīng)形成的，與生物酶無關(guān)。

在６５００萬年前形成的沉積物中所發(fā)現(xiàn)的氨基酸也具有等量的左型和右型。這是一個有力的證據(jù)，說明它們不是由地球表面的生物形成的，而是由隕星或彗星中的非生命過程形成的。

科學(xué)家對這一發(fā)現(xiàn)還存在一些疑問。氨基酸為什么沒有被由于撞擊而生成的熱毀滅掉呢？對這個問題沒有一個簡單的答案。氨基酸不是一個十分牢固的分子，一般不能抵御高溫。也許這種氨基酸處于撞擊物體的內(nèi)部，從而得以受到保護(hù)，免遭高溫的破壞。

更加難解的是，這些來自地球以外的氨基酸并不是恰好出現(xiàn)在６５００萬年的沉積物界面上，而是出現(xiàn)在此界面靠上或靠下一段距離的位置上。也許它們最早是存在于此界面上，但在隨后的數(shù)千萬年中，穿過巖層向上或向下遷移了。而這聽起來并不能令人信服。巴達(dá)正在調(diào)查其他地區(qū)的巖石，或許會有更多的資料來支持這一解釋。

──阿西莫夫，見《新疆域》，孟慶任譯，上�？萍冀逃�出版社１９９９年版