海底扩张

在中洋脊区域，会发生一种称为“海底扩张”的现象。这个过程涉及通过火山喷发形成新的洋壳，然后新洋壳逐渐远离洋脊。这种运动导致洋底的持续扩张。

研究历史

大陆漂移的概念最初由阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）和亚历山大·杜·托伊特（Alexander du Toit）提出，他们认为移动的大陆“犁过”稳定的洋底。在20世纪60年代，普林斯顿大学的哈罗德·哈蒙德·赫斯（Harold Hammond Hess）和圣地亚哥美国海军电子实验室的罗伯特·迪茨（Robert Dietz）提出了一种理论，指出海床移动并带着大陆随之从中央裂谷轴向外延伸。如今，这种现象被称为板块构造。在海底扩张过程中，新的海床在中洋脊（两个板块正在分离的地方）不断形成。

意义

板块构造的概念依赖于海底扩张来解释大陆漂移。岩石圈因洋板块发散引起的张应力而破裂。尽管显著的岩浆活动通常发生在扩张的洋脊处，但主要是俯冲带的构造板块板块拉动驱动海底扩张的洋脊，而不是岩浆压力。被称为“脊推”的机制推动了未俯冲的板块：重力将它们推离高耸的中洋脊。玄武岩岩浆通过扩张中心的裂缝上升并在洋底凝固，形成新的海床。热液喷口在扩张中心很常见。较年轻的岩石通常位于靠近扩张区的地方，而较老的岩石则位于远离扩张区的地方。

洋盆因海底扩张而加宽的速度称为扩张速率。扩张半速率是扩张速率的一半，表示中洋脊两侧的每个构造板块每年新增洋岩石圈的速度。洋脊的扩张速率决定了它们的速度，无论是快速、中等还是缓慢。快速洋脊的扩张速率通常超过每年 90 毫米。慢速扩张的洋脊每年扩张不到 40 毫米，而中速洋脊每年扩张 40 到 90 毫米。在东太平洋海隆，中新世时期已知的最大速率超过 200 毫米/年。

在20世纪60年代，科学家通过检查洋底的磁条“异常”发现了地球地磁场反转的历史模式。这些异常形成独特的“条纹”，有助于确定先前磁场的极性。这些信息可以通过飞机或拖曳在海床上的磁力计收集。在中洋脊一侧发现的条纹与另一侧的条纹相对应。通过识别具有已知年龄的反转并测量其与扩张中心的距离，可以计算扩张半速率。

在某些区域，扩张速率表现出不对称性，洋脊两侧的半速率差异约为百分之五。据信，由扩张中心附近的地幔柱引起软流圈中的温度梯度是造成这种现象的原因。

扩张中心

海底扩张发生在扩张中心，这些中心沿着中洋脊的顶部分布。扩张中心导致重叠的扩张中心偏移或转换断层。这些中心由数公里到数十公里宽的地震活跃板块边界区域、洋壳最年轻的地壳增生区，以及地壳增生区内将两个分离板块分隔开的瞬时板块边界组成。在地壳增生区内，1-2公里宽的新火山区发生活跃火山活动。

初期扩张

与目前的红海-东非裂谷系统类似，海底扩张通常始于大陆地块中的裂谷。这个过程始于大陆地壳底部附近的加热，导致其变得不那么坚硬和更具柔性。由于密度较小的物质上升，受热区域形成一个宽阔的圆顶（参见均衡）。

裂谷的形成始于地壳向上弯曲并出现裂缝。通常，裂谷系统由三个以大约120度角排列的裂谷臂组成。这些被称为三联点的位置现在遍布世界各地。大陆分离的边缘逐渐演变为被动边缘。根据赫斯（Hess）的理论，岩浆在中洋脊处向上升至地表，形成新的海床。

如果扩张持续超出前面提到的初始阶段，其中两个裂谷臂最终会加宽，而第三个裂谷臂将停止加宽并转化为一个沉降槽，也称为“失败的裂谷”。最终，大陆地壳尽可能地拉伸，而两个活跃的裂谷继续加宽。在这个阶段，分离的大陆碎片开始生成上地幔岩石圈和玄武岩洋壳。当其中一个裂谷与现有海洋连接时，裂谷系统会充满海水并形成一片新海。

红海就是一个新形成的海洋分支的例子。2005年进行的埃塞俄比亚阿法尔地球物理岩石圈实验显示，在阿法尔地区，一条长达60公里的裂缝张开了八米宽。此前，人们认为东非裂谷是一个正在以比其他两个裂谷慢的速度张开的失败分支。在这个淹没的早期阶段，新形成的海洋容易受到气候和海平面升降的影响。

因此，在新海稳定之前，即裂谷谷地的海拔降低到足以使海水平稳，新海将多次蒸发（部分或完全）。在这个蒸发期间，大量的蒸发岩沉积物将堆积在裂谷谷地。石油地质学家对这些沉积物特别感兴趣，因为它们有潜力在未来发展成为油气封盖层。

在此过程中，海底扩张可能会暂停，但如果它继续直到大陆一分为二，就会形成一个新的海洋盆地。尽管红海尚未将阿拉伯与非洲完全分离，但非洲另一部分已断裂的地区也具有类似特征。尼日尔三角洲地区曾经与南美洲相连，就是一个例子。三联点的失败裂谷臂造就了尼日尔河。

持续扩张和俯冲

随着时间的推移，新形成的海底在远离中洋脊时会逐渐冷却。因此，由于均衡作用，较老的洋盆比年轻的洋盆更深，而且较老的海底也比新的海床更冷。如果地球的直径在有新地壳生成的情况下基本保持不变，那么必然存在地壳消亡的机制。俯冲带是洋壳被推到大陆地壳或洋壳之下，是洋壳被破坏的地方。目前，大西洋盆地正在中大西洋海岭积极扩张。在大西洋形成的大部分洋壳都经历了俯冲。

然而，太平洋板块构造的许多边界都发生俯冲，导致火山活动，该区域被称为太平洋“火环”。全球最活跃的扩张热点之一，东太平洋海隆，位于太平洋地区，在太平洋板块和纳斯卡板块之间以高达145 ± 4毫米/年的速度扩张。东太平洋海隆是快速扩张的典型，而中大西洋海岭则代表一个慢速扩张区。

当扩张中心快速移动时，地壳增生区内会观察到轴向高地，而在较慢和中等速度下，它们则表现出裂谷。扩张速率的差异不仅影响洋脊的几何形状，还影响所产生玄武岩的地球化学特征。

在海底扩张旺盛的时期，全球海洋盆地的总容量会减少，因为新形成的海洋盆地比旧的海洋盆地要浅。在大西洋形成期间，海平面非常高，以至于出现了一个西部内陆海道，从墨西哥湾延伸到北冰洋，横贯北美洲。

争论与机制探索

最初被认为是大陆漂移的现象发生在中大西洋洋脊（以及其他中洋脊），当地幔上部的物质通过分隔洋板块的断层上升，随着板块的分离形成新的地壳。阿尔弗雷德·魏格纳在1912年提出了大陆漂移理论，认为大陆在海洋地壳中“下沉”。然而，由于海洋地壳比大陆地壳更坚硬、更厚，这被认为是不可行的。因此，魏格纳的观点很少被接受，尤其是在美国。

最初，人们认为地幔中的对流是扩张的主要原因。然而，此后已经证明，由地壳本身参与的对流驱动的板块构造理论将大陆运动与海底扩张联系起来。

活跃边缘板块海底扩张的驱动力是板块拉力，即冷而厚的俯冲板块的重量拖拽着它们。人们认为洋脊处的岩浆作用是由于被动上涌造成的，即单个板块的重量将板块拉开。

可以把它想象成平滑桌子上的地毯；如果地毯的一部分滑落到桌子下面，那部分的重量就会把地毯的其余部分也拉下来。除了小安的列斯群岛和斯科舍弧的轻微俯冲外，中大西洋洋脊本身并没有被拉入俯冲带的板块所环绕。这说明了洋脊推力，即板块在地幔上涌上方相互远离。

结论

总而言之，洋脊推力和板块拉力是驱动海底扩张的关键力量，是板块构造动力学的重要方面。由于构造板块的运动和中洋脊处新洋壳的形成，大陆在漫长的地质时期内发生漂移和变形。板块构造理论完善了我们对这一过程的理解，这一过程最初由魏格纳概述为大陆漂移。地球表面被塑造，山脉形成和火山活动等现象受到扩张中心、俯冲带和地幔对流相互作用的影响。