文 | 于涛 编辑 | 王旭辉

地球46 亿年的历史，经历了无数次沧海桑田的变化，现在我们看到的高山以前是海洋，现在的湖泊以前是沙漠；
我们的大陆，以前的某个时期，也是连在一起的；
与此同时，大陆在缓慢地悄悄生长。这一切奇妙的大自然现象是如何被发现的呢？又是如何解释的呢？

20 世纪初到中叶，物理学领域，爱因斯坦创立了相对论，玻尔和不爱猫人士薛定谔为代表的物理学家创建了量子力学，加上后续因霍金被我们熟知的宇宙大爆炸理论、生命科学中的DNA双螺旋结构、计算机科学以及我们今天要介绍的板块构造理论，共同构建了现代基础科学体系。

板块构造学说是在“大陆漂移”与“海底扩张”学说的基础上发展而来的，之后威尔逊旋回将地球科学各个方向统一起来，成为地球科学总纲领。

1966 年，美国旧金山举行的地质学大会，标志着研究海洋的地球科学家普遍意识到了大陆漂移与海底扩张的正确性。与此相对的，研究陆地的学者则没有接受这一理论，因为陆地相对稳定，缺乏洋中脊、磁异常条带、海沟等明显支持海底扩张的现代证据。此后两年，整个地球科学界却迅速开始看到了这一新的学说对于大陆地质的意义。

全球板块划分制图/于涛

威尔逊旋回模型 制图/于涛

20 世纪60 年代，威尔逊（Wilson）、麦肯基（McKenzie）、摩根（Morgan）、勒·皮雄（Le Pichon）等科学家在大陆漂移与海底扩张学说的基础上，相继提出了板块构造学说，认为地球上部可划分为两个圈层，上部的刚性岩石圈以及下部的塑性软流圈，而刚性的岩石圈被划分为若干个板块，它们如同漂浮在海洋中的冰山漂浮在软流圈之上以每年几厘米的速度缓慢移动。板块内部是相对稳定的，板块的边缘则因相互俯冲、碰撞，火山、地震等地质活动频发。

很多说法会提到软流圈或者地幔是液体，但其实软流圈是固态的，只不过，在地质历史动辄十几亿年的时间尺度上，万物皆可流动。一个直观的例子是，实验室中把固态金属块长时间放置后，金属块呈现了明显的流动状态，如同点燃的蜡烛流下的蜡油。与此相似，软流圈在漫长的地质时期中呈现出了橡皮泥一样的塑性状态。

1968 年，法国地球物理学家勒·皮雄（Le Pichon）将全球的岩石圈划分成了六大板块，分别是欧亚板块、太平洋板块、非洲板块、印度板块、美洲板块、南极洲板块。此后，六大板块又被继续划分为十二个板块。

大陆漂移-板块扩张-板块构造学说是逐步发展的，三者被称为全球大地构造理论发展的“三部曲”，其中最主要的区别，就是驱动力的变化，如果把大陆板块（岩石圈）比作漂浮在“海水”（软流圈）上的“轮船”，那么大陆漂移学说认为轮船可以自己走，海水不动；
而后两者认为轮船是海水流动（地幔对流）推着走的。

在了解了板块构造学说的由来之后，我们就要介绍一下大名鼎鼎的威尔逊旋回了。1968年，加拿大地质学家约翰·图佐·威尔逊（John Tuzo Wilson）将大洋的形成及其演化过程进行了总结，分为胚胎期、幼年期、成年期、衰退期、终了期和遗迹期这六个阶段，后来威尔逊的朋友将他关于板块构造学说的这一基本理论命名为“威尔逊旋回”，指的是大陆从中间裂解、大洋打开到闭合的整个过程，同时也是大陆之间水平运动，彼此分离又聚在一起的过程，这一过程也就是超大陆的形成与裂解过程。

首先，是胚胎期，大陆从中间破裂，称为裂谷，比如被称为地球伤疤的东非大裂谷就是其中的代表。其次，是幼年期，随着大陆板块进一步破裂，中间出现了大洋地壳，也被称为陆间裂谷，大陆彻底分裂成了两块，典型的陆间裂谷有红海、亚丁湾。

第三个阶段是成年期，大洋持续的增大，大洋推着两侧的大陆跑，此时大洋盆地已经成熟了，如大西洋。

第四个阶段是衰退期，我们可以想象一下，如果大洋无限制地扩张，地球岂不是会无限增大了吗？所以当大洋向两侧推着大陆跑的过程，大陆的另一侧总会被“顶住”，大洋就推不动了，此时大洋板块仍在增长，推又推不动，只得低头，向大陆板块“俯冲”，一头栽了下去，深达几百公里。目前，大西洋目前在扩大，推着两侧的非洲、欧亚、美洲板块跑，而太平洋的面积达到顶峰后便会开始缩小，西岸向欧亚板块俯冲，东岸向美洲板块俯冲。因为俯冲作用，板块熔融，岩浆喷发形成了火山，火山持续增长，露出海平面形成一个小岛，这就是日本的由来。

第五个阶段是终了期，随着俯冲消减作用不断进行，两侧的大陆越来越近，可以想象得到太平洋会关闭，美洲大陆与欧亚大陆碰到了一起，原来在海水下的地壳缓慢隆起，形成了狭长的造山带，原来地壳中那些整齐的地层和岩石，会如同完整的活鸡变成了一锅辣子鸡，凌乱破碎，这就是一座座年轻的山脉形成，同样也是沧海桑田的地质学原理。此外，由于大陆边缘的不规则，会留下一个残余的小海盆，著名的地中海就是如此。

红海（左）为典型的陆间裂谷 来源：视觉中国

最后是遗迹期，当这个残余小海盆完全消失，两个大陆彻底碰撞在一起，中间的大洋彻底消失，形成年轻的碰撞造山带。而我们寻找消失的大洋的方法，就是寻找残留在造山带中的大洋残片，这些残片被称为蛇绿岩。研究它们，便可以描绘出数十亿年前地球海陆分布的模样。

威尔逊旋回是地质学的总纲领，板块构造运动是地球表层活动和演化的“原力”。大陆是不断裂解的，而大洋亦是不断新生又关闭的。大陆裂解伴随着大洋的新生，大洋的关闭意味着造山带的形成，造山带将两侧的大陆“焊接”在一起，如此循环往复。

可以想见，当地球上所有的大陆聚集在一起的时候，超大陆就形成了。当超大陆裂解成多个大陆块，陆块之间便会形成多个大洋，大洋生长、关闭，再次碰撞造山，将大陆焊接在一起，形成新的超大陆，如此形成一个完整的旋回。其实，地球46 亿年的历史，就是超级大陆反复的破裂、分离、聚合的过程。每隔7～8 亿年，全球各个大陆就会汇聚到一起，形成一个超大陆。

根据目前的研究，地球演化历史中，至少形成过四个超级大陆，即距今25 亿年的基诺兰超大陆、距今18 亿年的哥伦比亚超大陆、距今10亿年的罗迪尼亚超大陆和距今2.5 亿年的联合大陆。美国哈佛大学保罗·霍夫曼（Paul Hoffman）教授预测未来还有一次超级大陆，并将其命名为美亚超级大陆。

地球46 亿年的历史，伴随着超大陆的形成、大洋的关闭，发生了无数波澜壮阔的故事，但很多细节我们仍不够清楚，消失的超大陆仍需我们的地球科学家继续探索。

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