飄移的海洋與擴張的大陸

风清扬斈 13年前 (2006-10-04) 地理环境 3859 0

  

板块运动
    随着人类的不断进步,科学家们对地球知识的了解越来越多。
 
  5亿3千万年前的地球  2亿2千万年前的地球     1亿年前的地球        现在的地球









根据地震学研究,我们现在所知道的地球内部结构。

 

 

    板块间发生的相对运动有三种:相互离开、相互靠近和相互错动。 在古生代地球上只有一个大陆和一个大洋,即联合大陆和泛大洋。今天的大西洋和印度洋是联合大陆解体和漂移的产物,而太平洋则是有泛大洋缩小而成的

赫次勒及福各特( Heirtzler and Volgt , 1971 )曾根據平行於中洋脊的地磁異常分析大陸飄移及地極迴移。他們討論之衣飾這樣一個分析涉及很大數目的變數做結論。但是他們將大陸飄移定義為〞嵌有大陸於板殼之間的特殊運動情形〞而簡化了他們的結果。這個觀念的簡單延伸可以容許將〞海洋飄移〞定義為嵌有海洋於殼間的特殊運動情形。板至少太平洋的一部份顯曾參與這樣的運動。大多數的證據顯示自中生代以來至少中太平洋的一部份也許〞嵌在〞一塊板殼之內曾經向北遷移大約20度或2000公里以上。這個赫次勒-福各特觀念可以更進一步的延伸如注意到已知海洋及大陸地區的張裂嶼擴張明顯地是由深置的張力所致。因此,我們可以說〞海洋漂流〞及〞大陸擴張〞為對偶於大陸飄移及海底擴張的現象。一個類似性質的證據發現在非洲張裂谷中谷中的火山作用在組成及體積上下都不同於海脊中央的情形,這指出至少在某些情形擴張大陸之下的地熱梯度比擴張海底之下者要低很多。

  麥克道加爾分析生成上下與海脊峰頂有關地區中玄武岩流的發生。杜威及柏德分析過載板殼邊緣的蛇紋複岩體上衝帶如在紐芬蘭者所扮演的角色。波斯哈得及麥克法蘭認為加納利群島並不成為非大陸的噴出的獨立巨大火山岩體。此地區的地殼組成形成一個完整普係的岩石類型,範圍叢海洋的,到大陸的物質,指出那個地區有一個複雜的岩漿構造史。總之,純粹大陸動態及海洋動態之間的區別顯然並不如一度想像的那麼明顯。很多大陸的動態為海洋內類似動態的複製,很多海洋的動態亦為大陸內類似動態的複製。因此所有地表動態的有因機動體系必位海洋及大陸之下深處,在一個比最老的大陸更老的全球性統一系統之內。

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  大陸飄移、岩漿活動、與全球地熱形式

  因為大陸飄移幾常與岩漿活動相連發生,而岩漿活動則幾沿著全球性最大熱流量的發生,指出在這三個現象間有一個有因的關係。斯克雷特及法蘭契圖 Sclater and Francheteau, 1970 ) 由一個全球性的分析認為正在擴張的板殼的交面"海洋 "岩石圈散失的熱其總量可達地球的總平均散濕熱的百分之四十五。部份散失也與下移板有關。朱里安( Julian, 1970 )發現刻馬得克群島附近下移層板之外的低黏性地區中的分融造成至少四公里/ 秒相當大的大的震波速度增加。宇津( Utsu, 1967 )等人有分析過其他有關大陸飄移與全球地熱形式之間關連的問題。這些分析中沒有一個對地球的地熱動態到底是如何與大陸飄移及海地擴張和隱沒板殼交面處的岩漿活動相關提供完全滿意的解釋。重組六億年前的超大陸(比盤古大陸更早的神祕超大陸)科學家推測2億年前曾有個盤古大陸的存在,然而比之更老古老的大陸分佈狀況使中是個迷。由於最近南極大陸的地質調查工作陸續獲得成果,於是六億年前亦有個超大陸的存在的推測便逐漸浮上臺面。以下探討盤古大陸之前的大陸移動狀況,重組六億年前的大陸。

(一)盤古大陸之前的大陸分佈狀況

  盤古大陸不是一直存在於地球歷史中。我們知道在盤古大陸之前,大陸早已分和數次,但由於無法獲得古老海洋的資料。因海洋會隱沒到地球內部,所以現在的地球表面找不到2億年以上的古老海洋地殼。所以科學家很難精確重現盤古大陸之前的大陸分佈。

  在盤古大陸即將形成前,盤古大陸可分為北邊的勞拉西亞(Lartasia continent和南邊的剛瓦納(Gondwanaland)。北邊的勞拉西亞視現今北美大陸合一部份的歐亞大陸;南邊的剛瓦納是非洲、南美洲、南極、澳洲等大陸與印度次大陸所構成。歐亞大陸的大部分是由較小的陸地碎片藉著板塊運動所拼成。而要重現比盤古大陸分佈狀況,則先找出勞拉西亞大陸西岸,即現在北美洲大陸西側6億年前地質構造的某些片段。因為當時北美洲大陸西岸的地質構造,可能試伴隨巨大陸塊的分裂所形成。

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(二)復原6億年前的超大陸

  經人們的調查,以南極大陸沿著東經150度分佈的南極橫貫山脈為界,分為東西南極兩部份。西南極是6億多年以來許多互相接附的陸塊集結而成。東南極則是6億年前的大陸,其地質構造與北美大陸西側的地質相同。而澳洲大陸東南也發現同一地質構造。又南極大陸和澳洲大陸皆為剛瓦納大陸的一部份,這也暗示了北美大陸西側曾與剛瓦納大路相連。

  此外,科學家也發現在東南極發現了北美洲大陸東側縱慣南北的格倫爾造山帶之片段,其造山帶為10億年前所發生的,由此可之北美大陸和東南極在6億年前是相連的。所以根據過去有關的大陸分佈研究科學家推論:6億年前有個超大陸存在,而其反側有一片超大洋,非洲大陸東側、東南極和印度次大陸的沿岸就林接著這片超海洋。

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(三)從超大陸的分裂到盤古大陸

  而在超大陸形成後,開始以順時針方向移動。約五億年前,超大陸的北美洲和南美洲大陸開始連接處分裂,使超大洋縮小至不見。而南美大陸和非洲大陸則轉到東南極和印度次大陸組成剛瓦納大陸。同時北美大陸也從南極大陸和澳洲大陸這一路塊分裂開來,沿著順時針方向在剛瓦納大陸周圍移動。接著北美大陸又接上了非洲大陸和南美大陸此一陸塊。於是陸塊再度聚集,在2億5000萬年前形成盤古大陸。由6億年前的超大陸到盤古大陸至今,大陸聚合了兩次此種陸塊一在聚集、分裂的過程為「威爾遜循環」。

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 大陸漂移說的證據

 目前主張大陸漂移說的學者都是根據地質上的研究,提出下列的證據,說明大陸曾經是漂移過的。

 古生物學的證據

  世界上很多生物分布在同一時代的不同大陸之上,大陸間有海洋阻隔,但是這些生物都無法飛越或游過其間廣大海洋的。一種石炭二疊紀的羊齒植物名叫los sopteris現在南美洲、南非洲、澳洲、印度、和南極洲各地。因為這類植物的成熟種子很大,無法由風越洋吹送,所以可以證明這許多南半球的陸地原來是相 連的。又有一種二疊紀的大爬蟲Mesosaurus,和另一種三疊紀的爬蟲 ynognathus只見於大西洋兩岸的南美洲和南非洲,如果這兩類爬蟲能游水,就不會只在上述兩洲的南部出現,這可以證明這兩洲原來是相連的。另外有一種大爬蟲名叫 Lystosaurus,完全是陸上的生物,無法游泳渡海。但是這種爬蟲類曾在南非洲、和南極洲的三疊紀地層中被發現,也在中國、印度,蘇俄等地發現,這可以證明各大洲原來是相連在一起的大陸,以後因漂移而分散。雖然有人試圖以各大洲間曾經有陸橋相連來解說這許多生物的普遍分布,但是海底地形測量並未發現在海底有輕的大陸地殼存在,不能證明有沈入海底的陸橋。再就生物演化的研究,也可以發現大陸曾經漂移的證據。哺乳類動物可以分為兩大類,一是胎生類(Placental),一是有袋類 (Marsupial),就化石研究的記錄,有袋類先於胎生類動物出現在地球上,在七千萬到一萬萬年以前,有袋類動物遍佈地球上各地,表示當時地球是連成一塊陸地,在以後的幾百萬年內,胎生類動物出現在地球上,他們生性兇殘,就把有袋類吃食殆盡。但是約在七千萬年以前的時候,大陸開始分離漂移,有的分開後又在重合,只有澳洲大陸分開後就不再和其他大陸相連,因之庫克(Cook)船長在1770年登陸澳洲時,發現的哺乳類都是有袋類動物,這也是目前袋鼠只有在澳洲生存的原因了。

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 大陸邊緣的吻合

  英國的布拉德(Edward Bullard)等人在1965年利用電腦計算,以大陸斜坡的中心(約500尋或九百公尺的深度 )為基準,把大西洋東西兩側的陸地接合起來,可以拼湊的非常吻合,好像拼七巧圖一樣的完善,同時兩邊陸地上的岩性和構造也是非常吻合,好像原來是一張報紙,現在被撕成兩半一樣。地質構造和其他的證據很多地質現象在大西洋一邊的海岸突然中止,而在其另一邊的海岸又告出現。例如東西向的褶皺山脈在非洲南端的好望角( Cape of Good Hope)突告中止,但是在南美洲阿根廷的布宜艾諾斯(Buenos Aires)又有同樣構造的山脈出現,其他的構造和岩石性質也在大洋的兩側可以彼此配合,北美洲的阿帕拉契山脈(Appalachian Mts )向東北延到加拿大的紐芬蘭突然中止,而越洋到愛爾蘭( Ireland)的海岸又再度出現。古生代早期發生的加里東尼亞(Caledonian)山脈更可以說明這個情形,這個山脈呈東北向延伸,由挪威、格陵蘭的東部向西南,延經英國的威爾斯及蘇格蘭,到達北美洲的紐芬蘭和新英格蘭地區,直達非洲撒哈拉的西北部止。此外有很多的金屬礦帶包括錳、鐵、金和錫等,都可以在大西洋的兩邊陸地上彼此遙相接連。最重要的一點是大西洋兩側陸地的地質相同情形只有發生在白堊紀以前的地層中,因為大陸漂移是相信在侏儸紀時候發生的。

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 冰川作用的證據

  約在三億年以前古生代的後期,南半球有分布極廣的冰川作用,曾在南美洲、非洲、澳洲、印度、和南極洲發現。由冰川沈積物所指示的冰川流動方向,可以證明是由當時拼合起來的南半球大陸內陸為中心,向四方流動的,這些地方除南極洲外目前都接近赤道,不是寒冷的氣候。同時在北半球的陸地上,同一地質時代的地層中沒有發現冰川作用,再根據植物化石可以證明該時是熱帶氣候。這種事實很難用大陸固定的說法來解釋,然而卻可以證明當初大陸的位置和現在一定不同,以後必有漂移作用發生。

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 古氣候學的證據

  南極洲上發現大量的煤礦,證明現在冰天雪地的南極洲以前的地理位置定是溼潤的植物繁殖區。北半球有很多地區有廣大的古生代晚期所造成的煤田,表示當時這些地區都是植物豐盛的熱帶沼澤地區,後來由於大陸漂移而移到目前的地理位置。很多岩鹽和風成砂岩再美國的二疊紀地層中出現,證明在當時這裡必定接近赤道而氣候十分乾燥。這許多地質現象的存在,都可以指示過去的氣候帶應該和現在的地理位置不配合,而大陸是曾經移動過去的。

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 古地磁和磁極的移動

  到了1950年代,有兩種新學科的研究領域的發展,對大陸漂移說的發展造成一個轉捩點,這就是古地磁(Paleomagnetism )和海底地質和地形的研究。有許多岩石在形成時帶有弱磁性,岩石和礦物的具有磁性來自地球的磁場(Magnetic field)。地球的磁場可以假設地球中心有一塊磁鐵,具有一個磁軸(Magnetic Axis)和兩個磁極(Magnetic Pole),一為指向北的磁北極,一為指向南的磁南極。地球的磁軸並不和它的地理軸或自轉軸一致,兩者約成11度的交角。地球磁場的真正產生原因還不十分明瞭,一般書上都根據自發的電磁波發電機(Self-exciting Dynamo)的原理來說明之,這是美國的埃耳賽(Walter Elsasser)和英國的布拉德(Edward Bullard)所創立的。

  在火力發電廠中,蒸汽推動一個導電體,再在一個磁場中轉動,就可以產生電流。地球內部的外核是產生地球磁場的主要可能場所,因為外核是流體組成,其鐵質的成分又是良導體。這個具有導電性能的外核對著包圍在外面的地函發生轉動,在原有的小型磁場中就可以產生電流,由這個電流可以產生地球的磁場。因為這個電流造成其本身的磁場,所以名之為自發發電機。這個作用的發生需要一種或多種的能源使具有導電性的鐵質流動性外核發生對流性的轉動或運動,由此產生電流,增加磁場的強度,再進而增加電流的強度。如此交替進行,最後可以使對流運動、電流和磁場達到平衡的狀態,這就是自發的發電機原理。一般認為地核中放射性元素的蛻變可能是主要的熱源。地球的自轉對地球磁場的產生有重要關係,所以磁軸和地球自轉軸的位置很接近。

  大陸漂移說的復活得力於古地磁(Paleomagnetism)研究所提供量的方面的證據。古地磁研究保留在磁性岩石或礦物中的地球古地磁場,所以也名為化石磁性(Fossil Magnetism )。當岩漿冷凝結晶到某一礦物的居里點溫度以下時,這個礦物就開始具有磁性,名叫自然存磁性(NRM,Natural Remanent Magnetism )。在這礦物中南北磁極的排列方向和當時地球磁場的南北磁極排列方向相同。在沈積岩造成時,其中所含的磁性礦物也可以產生存磁性,其磁極的排列也和當時地球磁場的南北磁極排列方向相同。在1950到1960年間,地球科學家在各地採集岩石標本,決定其地質年齡和存磁性,以重建以往地球磁場的演變史,這就是古地磁的研究,由此研究可以得到三項重要發現:

      
  1. 磁極的移動(Polar Wandering),   
  2. 地球磁場磁極的倒轉( Magnetic Polarity Reversal),   
  3. 海底地磁異常帶的對稱性排列。

  根據岩石中存磁性方向的測定可以決定這個岩石造成時地球磁極排列的方向和緯度的位置,這是由岩石中古地磁的磁偏角(Magnetic Declination)和磁傾角(Magnetic Inclination )以及磁場的強度來測定的。由古地磁研究所測得若干大陸在不同地質時間的磁極位置,結果發現所測不同地質時間所成磁性岩石的磁及排列和位置並不相同。如果把某一大陸的磁極位置按其時代順序相連,就得到一條連續路線,最後的終點就是現在的磁極位置。這條連線名叫磁極移動路線(Polar Wandering Path),解釋磁極的移動可以有兩種說法:一是地球的磁性在不同的時間有不同的位置這就名叫磁極的移動。一是磁極不動,而是大陸對著磁極而言,有相對的移動。雖然磁極可以移動,但是規模極小,可以說磁極和地理極的相對位置是仍舊一致的。所以另一個容易接受的學說是表面上看來似乎是磁極的移動,實際上市由於大陸的移動所造成的。

  北美洲的磁極移動路線和歐亞大陸的磁極移動路線並不一致,如果磁極曾在移動,則各大洲在每一個地質時代所示的磁極應在同一位置,但是實際的測量,這個個磁極在不同的大陸上有不同的位置,因之證明只有大陸可以相對運動,地球上的磁極不可能作有規則的移動而最後聚合在一點。因之一種合理的動力學上的解釋是磁極是不動的,而真正在移動的是含有這些磁性岩石的大陸,所以大陸漂移說得到第一次的量的證實而復活了。在侏儸紀以前的北美洲和歐亞大陸的磁極移動路線的曲線外型大致相似,如果把北美洲的路線向歐亞大陸移動約三十度,兩條路線就可以彼此相合,這是大陸未漂移以前的情形。到了侏儸紀以後,因為大陸漂移開始,大西洋開始生長,以後這兩個大陸的磁極移動路線就不能再一致了。此後在南半球的研究也得到相同的磁極移動的證據,不過不同的大陸有不同的移動路線。 

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  關於板塊構造學說

 (一)板塊構造說的來由,是根據下列的事件觀察:

       (1) 地震帶的分布。

       (2) 海底的擴張。

       (3) 大陸的移動。

       (4) 地球的構造。 

  1-1 在各地可輕易的找到板塊構造學說的證據:

  紐西蘭南島是由太平洋板塊及澳洲板塊相撞而形成的。要了解上述的原因,必需研究紐西蘭附近海底的地殼變動,在北島東邊有個與北島大致平行的希克蘭基海溝(Hikurangitrench),順著這海溝的方向,向北又有個東加克馬得海溝( Tonga Kermadee trench),在這東加克馬得海溝的西邊,有一個與此海溝平行的東加克馬得洋脊,這個洋脊的南邊即是北島;另一方面,由南島向南找,亦可找到一個馬克奧利洋脊 Macquarie ridge),在馬克奧利洋脊及南島連線的西邊有一個與此方向平行的類似海溝之深海。

  擴大來看南太平洋及印度洋,在南太平洋上,有個由南美附近的東太平洋壟起( east Pacific rise)向西移動的太平洋海底---太平洋板塊(Pacific plate),在印度洋上也有一個由印度洋中洋幾項東移動的印度洋海底,---澳洲板塊(Australia plate),這兩個板塊來到紐西蘭附近便撞在一起,於是太平洋板塊就在北島東邊的東加克馬得海溝和希克蘭基海溝沒入澳洲板塊的下方,而南島西邊的深海部分則是澳洲板塊沒入太平洋板塊下方。

  由於紐西蘭的南島及北島,以及阿爾卑斯曾的走向都是東北西南向,因此由東邊擠過來的太平洋板塊及由西邊擠過來的澳洲板塊相撞後,會在島上形成擠壓力,這擠壓力可分解成與斷層成直角的及與斷層平行的兩種力,前者成為對斷層的推力,後者則成為右錯力,前者使南阿爾卑斯山脈壟起,後者使阿爾卑斯山脈向右移動,換言之,作用於紐西蘭,尤其是其南島的力是來自太平洋板塊及澳洲板塊的擠壓。

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 (二)理論的原理:

  地球表面由幾個厚度約為一百公里厚之板塊組合而成的,由於板塊移動時不會變形,所以在交界處產生各種地質現象。

  2-1 大陸漂移說的確立:

  大陸漂移說認為地球表面是由幾塊會移動的板塊所覆蓋,此理論對地球科學界的發展產生了莫大的影響,在任加拿大多倫多市安大略科學中心所長的約翰.玆卓.威爾森博士對於大陸漂移說有很大的貢獻,他曾在科學雜誌---科學美國人(Scientific American)(1963年4月號)中,發表大陸漂移學說的論文,他由1960年古地磁學( Paleomagnetic)發現支持大陸漂移學說的資料,後又根據拜恩(Frederick John Vine)及馬修斯( DrummondHoyle Mathews)的海底擴張論文,其內容是藉由海底擴張來說明大西洋中洋幾周圍的地磁異常現象。

  2-2 板塊間運動的證據:

  固定不動的高溫熱點、軌跡及數目暗示著板塊移動。所謂熱點(hot spot)就是位於地函深處的高溫點,它是一個固定在地球上的點,例如位於夏威夷島下方的熱點就是一個典型的例子,目前載著夏威夷群島的太平洋板塊正對著熱點由東南向西北方向移動,大西洋中洋脊可能是熱點連成線狀而形成的,載著美洲大陸的西大西洋板塊正向西移動。

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 (三)板塊學說的再討論

 3-1 板塊與板塊間的運動包括:

  (1) 互相遠離

  (2) 錯動

  (3) 碰撞

 3-2 所造成的現象:

  (1) 板塊的成長

  (2) 板塊的錯動

  (3) 板塊的沈降消失

 3-3 所發生的位置:

  (1) 擴張性邊界

  (2) 錯動性邊界

  (3) 收斂性邊界

 3-4 所存在的地方:

  (1) 中洋脊(mid-ocean ridge)

  (2) 轉形斷層(transform fault)

  (3) 海溝(trench)

 

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  關於大陸飄移

 一、古地質學提出的“盤古大陸“的模型驗證

  西元一九一二年,德國氣象學家華格那( A . Weagner )創大陸漂移說,主張: 現代地球上所分布大陸,在古代都連在一起,稱之為盤古大陸( Pangaea ),此大陸到中生代時開始分裂向四周動,而形成新的海域。

  最近據古地磁學的研究,對古生代末期的二疊紀之盤古大陸形狀提出了三個模型,這些模型已分別就地質學、骨氣後學的觀點加以驗證。

  盤古大陸可分為由現在的北美、非洲、歐亞三個大陸連結成的勞亞古陸( Laurasia ) ,以及由南美、非洲、印度、澳洲、南極洲等五個大陸連成的崗瓦那古陸( Goundwanaland )兩個部分。而與古地質學所提出的三個盤古大陸之模型的相異處,就在於勞亞古陸和崗瓦那古陸的相接之處。經驗證的結果,認為兩大陸相接的地方,相當於現今的非洲西北和歐洲西南邊之模型,最合乎地質學及骨氣後學的理論。

 

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 二、觀念的演化

  大陸漂移的假說假設地球地殼如大陸一般大的板塊至少在過去二億年裡曾保持他們的形狀但卻彼此的相對移動或漂移。這些觀念基於全球性的古地磁分析加上其他類型區域性及全球性的研究已經相當確定。

  大多數早期的大陸漂移觀念與杜托特( Du Toit ),泰羅( Taylor ) ,及威葛納( Wegener )相關連。近代的說法通常與藍科恩(Runcorn ) ,布拉德( Bullard ),布雷克特等( Blackett et al. ) 愛薩克等( Isack et al. ) 。

  漂移前構形中南半球的諸大陸,非洲、澳洲、南美洲、印度、及南極洲,在侏羅紀(大約一億五千萬年前)時期聚集在南極洲周圍而構成崗瓦納古陸,其餘的大陸則聚集成勞亞古陸。在其他的構形中,所有的大陸形成單一的漂移前超級大陸即盤古大陸。一些觀念指出單一的漂移前構形及一個超級大陸的單一分裂可能過分簡單並且在時間上受到限制達一種程度以致於基本觀念上必需補充下述的情形;曾有一連串超級大陸的存在他們在不同的全球地表構形中重複的分裂而又重新的結合。

  由這些及其他的分析可以得到如下的結論;(一)大陸漂移及地極迴移是地球內部動態的地表表徵;(二)這些現象至少發生在過去二億年裡,並且可能發生在地球的整個生命中;及(三)對地球內部幾何學及力學未有充分的了解以致於容許對大陸漂移及地極迴移之推動機動體系的性質有個完整的定義。

 

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 三、大陸漂移的其他地球現象

  大陸漂移常和其他的地球現象連帶發生,譬如海洋及大陸張裂,岩漿活動,及其他與構造岩漿活動相關連的現象。快速地極回移在強裂的構造岩漿活動期間發生。此時也有較多的地磁極倒轉發生。

  大陸漂移及相關連的地球其他現象有如海洋及大陸張裂,岩漿活動,快速地極迴移,及地磁極倒轉之間的關係是什麼?當這些其他地球現象活動的時候為什麼大陸漂移並不一定發生?全球推動機動體系,能如此特殊且能作用如此之久,其幾何、機械、熱、極化學特性究竟為如何?

  馬丁( Martin, 1971 ) ,麥克英泥及路克( McElhinny andLuck, 1970 ),貝克( Beck, 1970 ) , 羅多福( Rodolfo, 1971),袁格( Yungul, 1971 ),哈瑟登( Hatherton, 1969),叔伯特等( Schubert et al.,1971 ), 狄慈及霍登( Dietz and Holden,1970 ),麥克英尼( McElhinny, 1970 ),菲赤( Fitch, 1970),費爾布瑞奇( Fairbridge, 1969 ),澤夫立玆( Jeffreys, 1970 ),白羅梭夫( Beloussov, 1970 ),凡男德及穆爾( Van Andel and Moore, 1970 )等人分析過這類性質的問題。

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