人人都该懂的地球科学:追索地球的起源与进化，解锁人类生命的未来,约翰 ? 格里宾,电子书,mobi,pdf,txt,epub,kindle,百度云全文阅读获得

海底扩张的发现只是了解我们这颗动态星球活跃行为的开始。由于地球不处于扩张状态——这已经被现在的观测，包括全球定位系统数据证实，所以在新的地壳持续在洋中脊中产生出来时，为了保持平衡，在其他某个地方的地壳一定在时刻不停地被摧毁。这个“其他某个地方”就是在一些壕沟里，那里的海洋地壳（也就是海底）在大陆地壳的下面滑动，回到了地球的内部。简单来说，隆起来的还得沉下去。一旦大洋地壳下陷的地方被确认，很快就会确定一个描述地球变化的完整理论，这被称为“板块构造”理论。

受压迫的和隆起来的

有意思的是，最早的关于海洋地壳以这种方式被压入地下的证据，来自一些大洲的边缘正在向上隆起的观测。正如我们现在所知，地壳爬到了正在下沉的海床的背上。查尔斯·达尔文是第一批以科学的方法研究这种隆起的人之一。在将自己的研究方向转移到进化论的问题之前，达尔文已经是个有名的地质学家了。在他和罗伯特·菲茨罗伊（Robert FitzRoy）的“贝格尔号”之旅中，达尔文把自己的时间更多地花在陆地而不是海洋上。当“贝格尔号”进行冗长的大陆海岸线调查时，达尔文探索了南美洲的内陆。在这些考察中，他搜集了大量的证据，这些证据表明大陆曾经隆起。在远远高于今天的海平面的地方，贝壳、鹅卵石以及海洋生物的化石显示出远古海滩甚至更古老的海床存在的痕迹。在秘鲁一个海拔几百米高的地方，甚至发现了鲸鱼的遗骸。达尔文拒绝接受这一切可能都是由洪水影响的观点，他渐渐开始怀疑，即便是巨大的安第斯山脉也可能是从以前大洋的海床中被抬升起来的。

达尔文的想法成型于1835年年初。当时他正在瓦尔迪维亚（Valdivia）附近的海岸上，而“贝格尔号”正沿着南美洲的西海岸线做调查。达尔文遭遇了一场可能比较严重的大地震，但很快就发现那只是余震。达尔文回到“贝格尔号”后不久，船就抵达了康塞普西翁（Concepción）。当时，这座城市已经被地震和海啸破坏。海岸上呈现出新的贻贝层，恰好高出最高水位的标记一米左右，而贻贝全都死了。达尔文意识到这块陆地明显被抬升了超过一米，因为就在不到两分钟之前，他亲身经历了一场地震。他相信，在地质时间的跨度上，这种反复发生的地震确实能把安第斯山脉抬升到现在的高度。

“达尔文在南美洲发现”的现代版，来自北美洲的西海岸。1964年3月，阿拉斯加州安克雷奇市附近发生了一场里氏8.6级的地震（我们会在后面讨论里氏等级）。这次地震很严重，与达尔文在1835年所经历的那次地震不相上下。在威廉王子湾和科尔多瓦渔港，大陆在地震期间被明显抬升起来，导致海港干涸，捕捞鲑鱼的舰队船只因此全都搁浅了。负责为美国地质协会调查此事的乔治·普拉夫克（George Plafker）发现了一个贻贝层，和达尔文所发现的情形非常类似。藤壶只生活在高低潮带之间的区域，不能在高于高潮标记的地方存活。但是普拉夫克发现了一个死藤壶带，几乎在高潮线上2米高，说明这块陆地被抬升了2米。

然而，1964年的一次地震中，偏北的一些地方却发生了相反的现象。在科尔多瓦西北大约100千米处的一个水湾，大陆下沉了，洪水淹没了港口的镇子，最后变成了一片海洋。但是在其间的几十年里，该地区被淤泥堵塞，留下了一些一半被埋在泥里的木头房子，看上去像鬼屋一样。当把这个地区所有受影响的地方都画到一张地图上时，从它们的等高线上可以看出，沿着大陆架和海岸线本身的边缘，地壳被抬升了，而向内陆一点的地方沿着海湾入口处下陷了，因为这块大陆地壳被来自海洋方向的压力挤歪了。地质学家由此认识到，太平洋的海底在阿拉斯加地壳的下面，并且在向上发力。这个过程可不是平缓地发生的，而是像在一块不怎么平整的木头上推钝刨子般磕磕绊绊。两块地壳由于压力而挤在一起，然后，当达到一个临界点时，彼此会猛推一下然后又挤在一起。地震和大陆抬升就是在这次猛推中发生的，但同时海洋地壳会在大陆地壳的下面向前、向下猛推。同样的过程也解释了达尔文在南美洲目睹的一切。

地球简史

这种情况多久会发生一次？普拉夫克研究了威廉王子港内的米德尔顿岛。该岛拥有不寻常的形状，类似于梯田。这个岛在1964年的地震中被抬升，形成一个新的台阶，比海平面高了几米。普拉夫克意识到，那些更高的台阶是通过同样的方式形成的，这种反复的抬升可以和更早期的地震联系起来。根据每个台阶上残存的古老浮木碎片，可以测量残留的放射性碳元素，由此推测其存在的时间。最后，普拉夫克估算出像1964年那样的地震事件大约每800年发生一次。如果每次地震能使大陆抬升2米，而这种程度的地震平均间隔800年发生一次，那么在100万年（地质时间上这就是一眨眼的工夫）里，大陆将会升高2 500米——这几乎就是安第斯山脉一半的高度！

但是到了20世纪60年代后半期，人们不必再等几百年才能看到大地震发生时陆地的抬升了。那时，仪器已经足够灵敏，可以测量微小地震引起的地壳的细微变化。这完善了大陆下的海洋地壳是如何被吞噬的的全球图景。

震动的地球

在人们研究大陆抬升并找到山脉形成与大陆漂移的联系之前，海洋学家就已经发现在太平洋大部分的边界处有一系列的深海沟。这些海沟就像海底的深谷。海洋的平均深度只有3.7千米，而一条典型的海沟会深入到海面下六七千米；最深的一条海沟在马里亚纳群岛附近的新几内亚北部，深达11千米。海沟通常位于离海岸线大约100千米的地方，而且往往平行于火山链，沿着所谓火山弧的曲线分布。

进入20世纪50年代后，地震学家开始研究太平洋周围小型地震的模式，他们发现了另外一些关于海沟的趣事。确切地说，大多数环太平洋的地震活动都发生在海洋边缘。不仅如此，它们集中于几十千米厚的一层岩石，从大洋之下的海沟斜着向下深入到地球内部。这些区域被命名为“贝尼奥夫带”（Benioff Zone），以纪念研究它的地震学家雨果·贝尼奥夫（Hugo Benioff）。发生地震的岩石是岩石圈的一部分，那里是地球坚硬的外层，是由地壳本身和地壳下面所附着的一部分地幔组成的。贝尼奥夫认为，他发现的地震带所在的位置一定是在海洋岩石圈滑到大陆内部的地方，在滑动过程中形成了一条很深的海沟。

最初，这似乎是一个很离谱的想法。很难相信有证据表明，海底地壳实际上是在太平洋边缘被摧毁的。但是在1964年，阿拉斯加地震所揭示的活动模式改变了地质学家的想法。原来，只要有一个贝尼奥夫带，就会有大地震出现过的痕迹，还会有类似阿拉斯加那年发生的陆地抬升事件的痕迹，而且在那个地区，类似情形每800年左右就会发生一次。

终于，地质学家们有了答案，他们知道了熔岩从洋中脊处地幔涌出时，所形成的所有新海床到底会去向何方。在横跨海底的运输带到达大陆的边缘后，它被向下推，并在自身的重力作用下沉到地球内部深处，熔化后再次成为地幔的一部分。在岩石圈变形、向更深处弯曲的地方会发生地震，而在更深的地带又变成了地幔，这个地带就是贝尼奥夫带。这整个过程叫作俯冲，发生这些海床沉没的地方叫作俯冲带（subduction zone）。

虽然俯冲带最早是在大陆边缘被发现的，但其他地方也发现了一块海床滑到另一块海床下面的情况。在俯冲带沿着大陆边缘排列的地方，火山弧与俯冲带也有联系，所形成的山脉也是沿着大陆边缘的走向——安第斯山脉的火山就是这样一个典型的例子。但是，当一块海床滑到另一块海床下面时，会有一系列岛屿出现在一条弧线的方向上，火山就在这些岛上——新西兰就是这种岛链的一部分，这大概是今天人们能看到的大陆开始诞生的例子。其他岛链包括阿留申群岛、千岛群岛、日本列岛和菲律宾群岛。

火山加工厂

地球简史

但是火山到底是怎么形成的呢？原来关键的元素之一竟然是水！被挤到俯冲带深处的海床，已经不再是洋中脊固化时的简单状态。岩石本身由于和水相互作用已经产生变化，然后水通过岩石的裂缝渗入其中，并使温度上升到足以沸腾的程度，促使其发生化学反应，从而改变了岩石的结构。在大陆边缘处，从陆地上冲刷下来的有机生物的遗骸形成了一层沉积物，覆盖在岩石上。随着这种混合物不断下沉，它变得越来越热，而且受到极端压力挤压——在50千米的深度下，压力是地表大气压的15 000倍，温度也达到了几百摄氏度。所有这些因素加在一起，又将岩石中的水挤了出来，并流入了地幔层。在那里，水的效果如同在冰上撒盐一样——促使地幔熔化。从岩石圈掉下来的岩块周围，一开始是星星点点的熔融岩浆，后来逐渐扩散。由于熔融的岩浆比固体岩石轻，所以这些熔化的物质渐渐上浮，慢慢地渗透地壳，并在之前下沉的海床之上形成了一连串火山。

当这一切在有条不紊地进行着时，岩浆中产生的气泡也找到了通向地表的路，它们在火山口被释放出来。这些气体中最重要的是水蒸气、二氧化碳和氮气。岩石圈的岩块携带了一些沉积物，其中混合了有机物的残骸，大部分氮气都来自这里。所有这些气体对地表的生物而言非常重要，所以地球上的生命体其实是与这颗星球上无生命的岩石循环密切相关的。

这个“火山加工厂”的其他一些方面对于人类生活也十分重要。熔融的岩石不断穿过地壳上升并逐渐冷却，而一些熔岩在上升的半路就已经凝固。地质学家研究地质过程的标准方法就是测量不同岩石中硅石的含量。（硅石的化学术语是二氧化硅，在我们星球上的几乎所有岩石中都能找到它，有些硅石也叫石英石。）火成岩中的玄武岩通过火山活动喷发出来，是迄今为止海洋地壳最重要的组成部分，硅石占了它的大约一半（从重量来讲）。但是大陆地壳的成分却不一样，它的60%是硅石。这样一来，大陆地壳就比海洋地壳轻，这也是为什么海床会沉到大陆之下的原因。

当然，有些岩石比其他岩石包含更多的硅石，例如，变质岩中的花岗岩含有75%的硅石成分。大陆地壳比玄武岩包含更多的硅石成分，这是因为在从俯冲带到地表的过程中，玄武岩混合物中的其他成分已经被分离出去了。所谓的其他成分包括一些矿物质，例如石英，这些物质从熔融的岩浆中结晶出来，所以余下的岩浆中硅石的成分相对更高，然后在继续上升的过程中，富含金属的矿物质继续分离固化，例如铁、铜、银、金。这种“浸出”是南美洲和其他地方贵金属矿的来源，已经吸引了几代探险家的关注，并且为强大的帝国提供了资金。

板块构造

所有这些过程都可以在板块构造的框架下来理解，这可以解释海床扩张、俯冲、山脉的形成等现象。“构造”这个词意思是“建立”，所以“板块构造”的意思就是“建立起板块”。板块是一块块的地壳，它们挤在一起，组成了地球这个不断变化的星球的表面，载着大陆和它们一起移动。

板块构造理论主要是在1967年和1968年建立起来的，其主要奠基人是加拿大地质学家图佐·威尔逊（Tuzo Wilson）和英国地球物理学家丹·麦克肯泽（Dan McKenzie）。“板块构造”这个词是在1967年由麦克肯泽和他的同事鲍勃·帕克（Bob Parker）在一篇科学论文里提出的。尽管今天这个理论已经被不断完善，其细节也从那时起变得更加丰满，但总体理论还是和以前一样的。最关键的是，大陆不是浮在海床的岩石上，而是被全球的巨大板块载着——被像拼图一样的地壳载着。在这个过程中，海洋地壳被制造出来后又被摧毁，但是大陆地壳一旦形成就不会再有大的变化。对此，哈里·赫斯曾经指出：

海洋盆地具有非永久性的特性，而大陆则是永久性的，尽管它们可能会断裂或拼接到一起，而它们的边缘也会由此而变形。大陆是被地幔的对流被动地载着移动，而不是迎着海洋的地壳破浪而行。

这是一个果壳上的板块构造。

地球坚硬的外壳岩石圈被打破了，并分裂成了7个大板块和几个小板块。有些板块完全由海洋地壳构成，而其他的则由海洋地壳和大陆地壳组合而成。没有板块可以单独运动，因为它一动就会影响到周围的板块，而这些板块又会影响到周围的其他板块，以此类推。我们已经碰到过两种板块在接壤处的相互作用方式。洋中脊的扩张是增生边缘的一个例子，在那里，新的地壳被制造出来。与深海海沟相联系的是一个破坏性边缘的例子，在那里，地壳被摧毁。为了维持平衡，在整个星球上，地壳在以相同的速率被制造和被摧毁。

板块也可以相互摩擦，而不制造或摧毁地壳。今天这种情况发生的地方之一是加利福尼亚，在那里，太平洋板块的东部边缘和北美大陆板块发生摩擦，相对大陆向北移动。这正是圣安德烈斯断层所有地震发生的原因。事实上，断层以西的狭长地带，包括形状像手指一样的加州半岛，已经叠到了太平洋板块上面，并正在向北移动。从地质学角度讲，这其实不属于北美板块。如果这个过程持续下去，加州半岛将会变成阿拉斯加的一部分。这种类型的板块边界可以叫作保守性板块边界，因为地壳的数量是守衡的。

还有最后一种类型的板块边界，它其实是一种特殊的保守性板块边界。这是一种碰撞边缘，两块大陆在这里相遇，因为两者之间的海床被俯冲带吞噬了。结果就是一次大的挤压和一次缓慢的碰撞，然后大陆被挤到一起，然后越挤越高，形成很高的山脉，例如喜马拉雅山脉。与俯冲带的活动不同，这种山脉的形成不会产生火山。所以除了前文中提到的各个方面，板块运动还解释了为什么安第斯山脉有火山而喜马拉雅山脉没有。

当一块大陆陷入毁灭性的边界时，也会发生有趣的事情，此时是势不可当的力量碰到了坚不可摧的物体——当一块大陆爬到另一个大洋板块的背上，它的海洋地壳则正在被俯冲带吞噬，潜入另一块海洋地壳的下面。从大陆的角度看，随着海洋地壳被毁灭，危险地带越来越近；而从俯冲带的角度看，大陆也是越来越近。无论从哪边看，随着海床越来越小，大陆碰到俯冲带的时刻还是到了。但是一方面，俯冲带不可能吞没大陆地壳，另一方面，全球板块的平衡又不允许摧毁地壳的过程停滞。所以一大块岩石圈脱离了下面的岩石地壳，边界另一侧的海洋地壳被迫潜到了大陆的下面，然后地壳则从另外一个方向被摧毁。

这种地质事件能够给整个板块系统带来震动，并且可以影响大洋的另一端，甚至是地球的另一端。这种远距离联系的例子可以在太平洋中看到：夏威夷群岛是一个大的岛链的一部分，整个岛链延伸到阿拉斯加的阿留申群岛，坐落着130多个火山岛和平顶海山，蔓延了5 800千米的距离，其中间处有一个明显的弧度。在这个弧的南边就是夏威夷群岛，弧的北边被称为天皇海山链，但实际上它们同属一个地质特征。这个岛链大概是通过今天夏威夷大岛附近的火山作用而形成的，那里是地壳的一个喷发点，一股股物质被不停地对流从地球内部带到上面来。这个喷发点已经存在了上千万年，随着太平洋板块以每年约10厘米的速率运动，这个喷发点已经在地壳上打穿了一系列的洞。在地球的其他地方，还有一些类似的火山岛链，而科学家认为它们是以同样的方式形成的。

夏威夷－天皇岛链中最年轻的岛屿就是在离喷发点最近的位置发现的，靠近夏威夷；而最古老的那些岛屿则是位于很远的一侧，出现在天皇岛链上。仅仅使用这个简单的模型就可以解释两个岛链的形成：太平洋板块稳定地漂移，而喷发点基本是稳定不动的。（一些证据表明，喷发点自己可能有微小的移动，但不足以解释整个岛链的形成原因。）但为什么在岛链的中间还有一个弯呢？

地球简史

最佳的解释是在几千万年前，太平洋板块被某种东西撞击，由此它的运动方向发生偏移，稍稍向西方移动。人们仔细地测量了弯曲处附近的火山岩石的年龄，获得了一点线索。这些岩石年龄介于4 200万～5 000万岁之间，更古老的岩石则是位于离弯曲处更远的地方。换句话说，不管导致方向转变的过程是什么，都是在5 000万年前开始的，而板块调整与适应新的运动方向则需要花费大概8 000万年。

就在那个时候，5 000万年前，远在太平洋板块的西侧边缘的火山活动激增。这次火山活动频发，蔓延至2 200千米远，表明太平洋板块的西侧边缘有俯冲带正在形成。这可以使太平洋板块向西调整它的运动方向，正好解释了夏威夷－天皇岛链的弯曲处的成因。这可能标志着太平洋板块开始走向衰落，因为如果沿着西侧边缘的俯冲带持续下去的话，整个太平洋最终将会消失，而北美板块将会和亚洲大陆发生碰撞。这种碰撞将会引发什么，现今最好的例子可以参考之前我们提到过的喜马拉雅山脉。这是印度大陆和北方大陆碰撞的结果，甚至可能是印度和亚欧大陆碰撞的结果：大约5 000万年前，两块大陆在一次坚实的拥抱中被锁到了一起——其自身也是全球震动的一部分，触发了太平洋西侧的俯冲带。

沧海桑田

大约2亿年前，地球上所有的大陆都是连在一起的，这块大陆叫作盘古大陆。（正如第3章中所提到的，气象学家阿尔弗雷德·魏格纳选择了这个名字，因为它的意思就是“整个地球”。）在1.5亿～1亿年前之间，盘古大陆开始分裂，后来变成北美大陆和亚欧大陆的板块最先分裂出来，剩下的大陆还紧密地结合在一起，名为“冈瓦纳古陆”（Gondwana）。后来，这块大陆变成了南美洲、非洲、南极洲、澳大利亚和印度所在的大陆。在西边，冈瓦纳古陆和北美大陆始终没有多大差距；而在东边，亚欧大陆和冈瓦纳古陆中间已经出现了一片大洋，叫作“古地中海”（Tethys Ocean）。后来，随着冈瓦纳古陆进一步分裂，非洲和南美洲也从大陆上分离出去，而印度洋开始了它独立的旅程，在非洲南部的东面形成了一块大陆。最后分裂出去的是澳大利亚所在的大陆，留下南极洲成为冈瓦纳古陆的最后遗迹。

随着非洲大陆向北漂移，它离亚欧大陆越来越近，不久之后，古地中海西侧就被包围了。但是在这几千万年里，在印度洋的东侧，印度大陆和亚欧大陆之间一直保持着一条狭长的海道。尽管印度大陆和非洲南部最初处于同一纬度，但印度大陆北移的速度比非洲大陆快很多。大约在8 500万年前，印度大陆距离亚欧大陆的南岸还很远，而它们中间的古地中海大洋在不停地收缩。但是从8 500万～5 000万年前，印度大陆北移的速率达到了几乎每年10厘米，这是一个非常快的大陆漂移速率。印度大陆移动了大约3 500千米，几乎与澳大利亚所在的大陆的宽度一样。

当印度大陆撞上亚欧大陆时，古地中海几乎完全消失，只在西部留下了一小部分，介于非洲的北部和欧洲的南部，也就是今天的地中海。像这种势不可当的力量碰到坚不可摧的固定大陆相撞的经典例子中，某种坚不可摧的东西必须放弃，在这个例子中那就是亚欧大陆本身。随着碰撞的影响扩散至整个行星，并且为西太平洋俯冲带的形成贡献了一部分力量（还引发了夏威夷－天皇岛链的弯曲），印度大陆的北移因此减慢到了每年5厘米，但还是没有完全停下来（这个慢下来的速率依然是今天大西洋变宽速率的2倍）。曾经淤积在古地中海海底的沉积物被印度大陆挤压升高，形成了巍峨的喜马拉雅山脉，直到今天还在不停地升高。珠穆朗玛峰每天都会比前一天高一点，因此每一个到达珠穆朗玛峰顶点的登山者站在那曾经的古地中海海床上时，都有权利声明，在下一个登山者登顶之前，他是唯一一个攀登至地球最高点的人。印度大陆持续不断地施压，不仅仅影响了喜马拉雅山脉，还因此造就了青藏高原。

这个过程只能用我们发现的岩石的一个奇怪特性来解释。尽管岩石看起来非常坚硬，但如果受到非常猛烈的挤压，它们也可以像液体一样流动。尽管这听上去非常奇怪，但在我们的日常生活中，一些东西也有类似的特性。有些房屋装修使用的涂料会在容器内形成像果冻一样的固体，但当你把刷子伸进去蘸上涂料并刷墙的时候，它又像液体一样流动了。甚至普通的蛋挞原料，就是放在海绵蛋糕上的那种，也有类似的性质。大多数时候它像液体一样流动，但是如果有一大盆蛋挞原料放在一边，它可能会因下沉而凝固。只要你一直在搅拌，它就可能一直运动而不下沉（我们看到过这种情形，尽管我们没有亲自动手去做）。

液体的一个特性就是它会流动，而只要条件合适，大陆地壳也会流动。这个合适的条件就是强大而稳定的压力——这正是印度大陆5 000万年来一直施加给亚洲大陆的力量。随着印度大陆向亚洲推进，喜马拉雅山脉背后的地区也增长到了亚洲地壳在不发生流动的情况下能够承受的最大高度。地壳流过前进的山体，形成了巍峨的青藏高原。但这个过程并不是悄无声息完成的。

人们说喜马拉雅山脉没有火山，这是真的。但在青藏高原，近期有火山活动的迹象，此外，那里有非常陡峭的峡谷沿着南北走向伸展开来（即雅鲁藏布江大拐弯），它标示了地壳近期的裂缝。这怎么会在一个液体流动的地方出现，而不是平缓地抹去那些崎岖之地？答案深藏在地表之下，就在山体本身的“根”中。

当一块地壳受到板块力量的挤压时，它就会出现褶皱。山脉的根基延伸到地表之下很深的地方，就像冰山实际上有很大一部分都在水面下。山脉的根基起源于岩石圈的岩石，即地幔冰冷的顶层部分。当青藏高原形成时，它也有类似的根基深入到软流层，即地幔的下一层。软流层比岩石圈要热得多，所以青藏高原冰冷的根基受热后完全熔化，流到了岩石圈的下面。青藏高原失去了根部的重量，又上浮了几千米，来自软流层的熔融物质填充了山体根基留下的空隙。这些熔融物质最终会通过火山来到地表。但是高原上浮太多，地壳支撑不住这些液体，所以就又沉了下来，伸展开来，裂开，形成了我们今天在西藏地区看到的峡谷。

因此，青藏高原上的温泉可以直接与远在太平洋中间的夏威夷－天皇岛链的弯曲处相关联。关于世界是如何演变成今天这个样子的，相信没有比板块构造更好的解释理论了。板块构造理论还可以解释今天世界上最重要的一个特征，就像以人类为首的陆地生物所关心的——世界上根本就没有陆地存在。

大陆的形成与破碎

海洋地壳比大陆地壳更薄，但却更结实。海床是由洋中脊产生的火山岩石块组成的，而大陆地壳是由各种各样的颗粒碎片组合到一起形成的。这就是为什么大陆地壳可以变形、流动，形成像青藏高原那样的结构。地球物理学家有时把这种结构比作一袋面粉。面粉由大量固体颗粒组成，它当然不是液体，但是因为颗粒很小，也能像液体一样从袋子里倒出来。同样地，大陆地壳相对容易发生形变，因为它也是由许多碎片组成的，每块碎片之间可以相互滑动——尽管这不像面粉颗粒间的滑动那么容易。这种碎片式的结构在最早的大陆地壳形成时就已经出现了。

在地球刚刚冷却的时候，地面上还没有大陆地壳。正如我们之前提到过的，地球最早的固体表面就像一个高温版的海上浮冰块，大块的“岩浆”固体块浮在熔化的岩浆海洋上，气泡从早期板块的裂缝间不断冒出。类似的情形可以在今天的火山口的坑里看到，但规模要小很多。地球物理学家们认为最经典的例子是埃塞俄比亚的尔塔阿雷火山。当地球进一步冷却，大气中的水汽开始凝结并形成降雨时，整个世界被海洋均匀地覆盖着。一些相互碰撞的板块开始在世界的海洋里崭露头角。它们被下面的岩浆流的对流驱动，开始在一些临近的板块下活动，产生了最早的俯冲带和弧形火山岛链，它们由类似安山岩的火成火山岩组成。

但一开始，这并不是大陆地壳积累的唯一途径。当一个板块推挤另外一个时，即使两个板块都是由海洋地壳组成的，还是会有岩石被挤碎脱落，就像一个木匠的刨子从一块木头上搓下木头碎片一样。这些岩石碎片也会聚到一起，逐渐生长形成大陆，而正常的大陆板块也开始生长，从陆地上冲刷下来的沉积物混合了各类物质，堆积在大陆板块的边缘。最终，板块活动带把这种方式形成的小片地壳组合到一起，连接成更大块的大陆，正如我们今天看到的印度和亚洲大陆。

我们不可能知道大陆生长到今天的大小到底花了多长时间，因为我们不知道地球早期板块活动的速率。但一个合理的猜测是，现存的一半或一半以上的大陆地壳是在25亿年前左右开始形成的。在过去的5 000万年间，安第斯山脉的活动速度不断加快，这给达尔文留下了深刻的印象。从地质学的角度，人们可以从这条山脉得到进一步的证据，表明大陆地壳至今还在不停地生长，生长速度大约是每年1立方千米。这个数字看上去很小，但是自从恐龙灭绝以来，地壳已经生长了6 500万立方千米。

总的来说，这一理论完美地解释了大陆地壳的起源。然而，它也引出了一个问题。如果这些过程已经持续了几十亿年，为什么所有的大陆没有连接到一起进而形成一个超级大陆呢？换句话说，既然在不久之前各板块已经连接到一起形成了盘古大陆，那么为什么这个超级大陆又分裂开了呢？答案似乎又一次回到夏威夷－天皇岛链和夏威夷地下的喷发点。

我们现在知道，形成夏威夷岛链的那种喷发点仅仅是地下深层内部活动的冰山一角，我们称之为地幔热柱。夏威夷岛周围地区的海底大概比太平洋其他地区的海底要浅1 500米。因为这个地区的海床被其下涌出的热柱顶成一个穹形，跨度大约为1 000千米。喷发点本身就像这个穹顶中心的一个疙瘩，其表面释放着少量的火山物质。夏威夷附近的海床足够结实，在热柱之上形成了一个盖子。但是在以下两个地壳比较薄的地方，许多地幔热柱会穿过地壳到达表面：

•　第一个地方是洋中脊。事实上，冰岛就是一片海床，一条洋中脊贯穿其中，它是被海洋下的一个热柱向上推高的。冰岛属于大洋海底部分，但它比其他大西洋洋中脊高2 500米。一个热柱恰好位于一个延伸的洋中脊之下，这看起来似乎是个巧合，但更合理的解释是，那里是地壳薄弱的地区，地幔热柱从此处钻到了表面，持续活动的结果是地壳上的裂缝继续扩大，产生了洋中脊和扩张的系统，并由此扩张成大西洋。一个有趣但未经证实的说法是，冰岛所在的位置是一颗大陨石撞击地球的着陆点，这颗陨石在地壳上撞击出了一个洞，使得岩浆涌出并引发了整个过程。

•　第二个地方是大陆地壳的下面。那里的地壳比海床地壳要薄弱，所以上涌的地幔热柱会比较容易冲到地表，并分裂大陆，逐渐使大陆漂移并远离彼此。热柱完全冲破地表后会释放大量的熔岩，散布在周围，然后固化成数量巨大的溢流玄武岩。仅仅一层这样的玄武岩就超过1 000米厚，覆盖了西印度的大片地区，我们称之为德干暗色岩（Deccan Traps）。在它最厚的地区，岩层的厚度可达3 000米，覆盖面积达到550 000平方千米。德干暗色岩的形成只用了不到100万年的时间，大约是在6 500万年前。不幸的是，印度大陆在向北漂移的时候，经过一处地幔热柱，大陆由此被切成两半，留下了一大半的原始大陆，这片大陆成为由玄武岩组成的水下河岸，位于今天的印度的西南方向，塞舌尔和科摩罗群岛之间。

在南美洲（阿根廷、巴拉圭和巴西）东部和非洲（安哥拉附近）西部都发现了类似的玄武岩。经年代测定后发现，大西洋两侧的岩石年龄都在1.2亿岁左右；它们都证明了地幔热柱的强大力量能把地壳撕成两半。西伯利亚地区也发现了大量更加古老的同类玄武岩，那里的暗色岩年龄达2.5亿岁，覆盖了北极地区30万平方千米的面积。这表明在所有大陆连接到一起并形成盘古大陆之前，漫长的地球生命里还有更远古的大陆分裂事件。而且，所有这些好戏直到今天仍在上演。

分裂不是什么困难的事情

今天，我们可以从几个地区看到地幔热柱活跃的后遗症，比如红海、非洲之角和非洲大裂谷。大约4 000万年前，一个地幔热柱几乎冲到地表，顶起了一个大鼓包，之后岩石开裂，火山熔岩涌出，淹没了周围的地壳。随着压力释放，热柱熄灭并退回到地球内部，而鼓包中心处的地壳出现塌陷，地球表面出现了一系列裂缝。鼓包一侧的裂缝变成了东非大裂谷；附近的另一个裂缝塌陷到海平面以下，随着海水灌入形成了红海。与此同时，熔融物质从长达1 800千米的裂缝中持续涌出，并进一步把裂缝撑大。红海其实是一个微型海洋，由一个洋中脊产生；在过去的1 000万年间一直在变宽，并以每年80毫米的速度将非洲推离亚洲。

在红海南岸，裂缝和东非大裂谷的北端接壤，一条海底山脊的西侧一路延伸到亚丁湾，与非洲之角的北部和印度洋海底山脊延伸出来的部分连接。这三条裂缝形成了一个“Y”字形，这是当地幔热柱冲破鼓包后形成裂缝的典型图案。但是，在这种情况下，并不是三条裂缝都立刻会变成扩张的洋中脊。

东非大裂谷是世界上最长的陆地断层系统之一，而且可能会把非洲一分为二——埃塞俄比亚境内的阿法尔洼地已经大大低于海平面，在2006年发生的一系列地震中，洼地又增宽了3米，并进一步下沉了100米。如果这种活动继续下去，用不了多久，也许在1亿年之内，海水就会倒灌进来，填满整个东非大裂谷。这将会是一次历史性的损失，不仅仅因为这个系统的巨大规模及其在地质学上的重要性，还因为东非大裂谷在我们人类和地球关系的故事中拥有特殊的地位。

裂缝从红海向南延伸了5 000千米，直到莫桑比克和林波波河河口。尽管峡谷的平均宽度只有50千米，但有些地方的宽度达到了几百千米；陡峭的山坡一般只有1 000米高，但有的地方会飙升到2 500米以上。裂缝的边缘环绕着一些火山，包括埃塞俄比亚的尔塔阿雷火山、肯尼亚山，还有乞力马扎罗山；峡谷的底部有许多很深的湖泊，例如尼亚萨湖和图尔卡纳湖。这种不同寻常的地理条件使峡谷内生命得以蓬勃发展，而火山爆发产生的火山灰又有助于将生命遗体的化石在峡谷内保存上百万年。我们从峡谷内保存的化石得知，特殊的生存条件使肯尼亚和埃塞俄比亚附近的裂缝区域成为人类起源的摇篮。许多类猿种生物在那里繁衍生息，其中的一个分支进化成了我们的直系祖先（参见第10章）。所以那股劈开大陆的力量直接与智人（Homo sapiens）的出现相关，也可以说，我们人类的出现和地球内部的活动有着直接的联系。