地球岩石圈的演化

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现代的岩石圈是地球几十亿年演化的结果。原始地球由一个接近均质的球体，是由固体的星子积聚而成的。在积聚过程中，由于放射性元素的蜕变放热，以及原始地球的重力不断收缩使地球增温。在动荡年代，由于碰撞是那么的剧烈，也会使地球的温度生高。地球热能积累到一定程度就可以使地球内部的物质由刚性改变为可塑性。在重力作用下，较重的铁、镍等物质缓慢下沉，向地球内部集中；较轻的硅酸盐类物质则缓慢地向上移动，向地表集中。物质的对流导致了物质的分异，最后形成现代地球内部的三个组成部分：地核、地幔、地壳。


地质年代与生物发展对照表

原始的地壳也没有这么简单的。在大气圈、水圈形成的初期，岩石圈的岩石以火成岩及其机械风化产物占绝对优势，沉积岩极为罕见。大约在太古代，地球表面逐渐开始发生沉积作用。那时，除了火山之外还有广袤的海洋。在太古代早期（34 亿年前），海洋里沉积了条带状的铁矿、砂岩和泥质岩。到了太古代晚期，开始出现碳酸盐岩，如白云岩、白云质石灰岩等。但那个时候的沉积作用没有有机体参加，只能形成化学沉积物。到了元古代，有机体开始参与沉积岩的形成过程。在元古界的岩层中，已经发现有细菌和藻类等有机体的化石。如厚度很大的元古界石英岩层就含有铁细菌化石。随着有机界的发展，生物地球化学作用的加强，生物化学沉积岩也越来越丰富。在晚古生代的泥盆纪，海洋中的腕足类动物遗骸已形成了巨厚的碳酸钙质沉积层。在石炭纪和二叠纪，世界许多地方都发生了煤的堆积。总之，组成岩石圈的岩石，随着自然地理环境发展而不断地进化，由原来火成岩占优势的单调圈层逐渐演化成具有种类繁多的岩石组成的圈层。尤其是沉积岩层的出现更标志着岩石圈发展的高级阶段，因为它是自然地理环境各圈层相互作用的产物。

地壳演化是多阶段的，已知的有三个阶段，即地槽区（活动区）→地台区（相对稳定区）→地洼区（新的活动区）。地槽区代表地壳上构造运动强烈活动的地带，垂直运动速度快、幅度大，沉积作用、岩浆作用、构造运动和变质作用都十分强烈和发育。如北美西部的科迪勒拉山脉、南美西部的安第斯山脉、亚欧之间的乌拉尔山脉、横贯欧亚大陆呈东西走向的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉，以及我国的天山、秦岭、祁连山等山脉，都是世界著名的地槽区。地槽区的发展过程可以分为两个阶段：1.下降阶段，整个地槽区以下降运动为主，下降速度快、幅度大。在下降初期阶段，从相邻地台或地背斜剥蚀下来的碎屑物质迅速堆积在地向斜中，并常伴随有海底火山喷发活动；在下降占优势阶段，海水面积扩大，有些地背斜也被海水覆盖，广泛地沉积了碳酸盐岩。第二阶段以上升运动为主，又称回返阶段。局部回返→中央隆起→山前或边缘拗陷。在上升后期阶段，各个地向斜都上升隆起，连同在边缘拗掐中的碎屑沉积也一起发生褶皱，这时在两个相邻的中央隆起之间，即相当于原来地背斜的地方，形成新的拗陷区，称为山间拗陷。在这些拗陷中，有时有一部分海水残留下来，形成澙湖。中国东部一直被划为地台区，称为中国地台。这一地区于中生代中期以前的地壳发展史与地槽地台学说相一致。但自三叠纪末（南部）或侏罗纪（北部）以后，却陆续出现了强烈的构造变动，形成了盆地和山脉，构造地貌反差很大。盆地中产生了类磨拉石（有些地带由于地壳活动性较弱，其磨拉石的发育程度不全，称为类磨拉石）建造。同时，岩浆活动（侵入及喷出）和变质作用（主要为断裂变质及接触变质）多见。大地热流增高，重力以负异常为主，有些地方地壳中出现低速层。所有上述的地质及地球物理特征，都与地台区相反，于是人们就提出了低洼学说。地台也会转化为活动区，地洼区在形成过程中（主要在激烈期），水平地壳运动占主导地位，由于拱曲、褶皱、断裂作用强烈而出现反差强度大的构造起伏，形成波距小、差异升降速度及幅度大的短带状隆起，称为地穹，其间介以相对下陷的短带状盆地，称为地洼。在地洼区内，地洼盆地作为负构造分区与地穹的山脉（正构造分区）相间出现，成为这种新构造单元的最重要的认识标志。

地壳构造的演化过程是活动区和稳定区互相交替更迭的过程。这种交替更迭并非地壳构造单元的简单重复，而是递进的。因为地洼区比地槽区或地台区具有更复杂的结构，体现了地壳发展过程是由简单趋向复杂，由低级趋向高级，螺旋式升进的过程。依此规律，地壳发展除已知的地槽、地台及地洼三个阶段之外，在地槽阶段之前和地洼阶段之后，还可能有其他未被认识的发展阶段。

与大地构造的发展相联系，随着地槽向地台的演化，大陆的面积也有逐渐扩大的趋势，尽管海侵和海退是交替地出现，但发展的总方向是海洋面积不断缩小，而大陆面积日益增长。在距今25亿年前，北美大陆还比较小，直到最近的地质历史时期，它才具有现在的规模。风化壳的发育以及土壤的形成过程也都具有方向性。在风化作用初期，以物理风化为主，粗岩屑的残积层便是风化壳发育初期的代表。当化学风化作用刚开始时，主要是氯化物和硫酸盐被淋失，碳酸盐淋失较少而碳酸钙相对富集，为富钙阶段。随着化学风化作用的加强，不仅氯化物和硫酸盐类大量迁移，而且碳酸盐类也大量淋失，硅和铝相对富集，便进入了富硅铝阶段。最后，二氧化硅和氧化铝分离，硅被淋失，铝相对富集，到达了富铝阶段。

地球自从形成以来在地表和内部进行着永不停息的运动变化，地球表面形态特征正是地球的内外力综合作用的结果，其中内力是形成地球表面差异的重要原因。1912年，德国气象学家A.魏格纳（1880—1930）在总结前人有关大陆漂移概念的基础上，提出一种大地构造假说——大陆漂移说。魏格纳认为：在3亿年前的古生代后期，地球上所有的大陆和岛屿是连在一起的，构成一个庞大的联合古陆，称为泛大陆（Pangea），周围的海洋称为泛大洋（Panthalassa）。从中生代开始，这个泛大陆逐渐分裂、漂移，一直漂移到现在的位置。大西洋、印度洋、北冰洋是在大陆漂移过程中出现的，太平洋是泛大洋的残余。漂移说认为：较轻的花岗岩质（sial）大陆是在较重的玄武岩质（sima）海底上漂移的，并列举了许多事实来证明这种漂移。如大洋两岸特别是大西洋两岸的轮廓，凹凸相合，只要把南北美洲大陆向东移动，就可以和欧非大陆拼在一起，几乎严丝合缝。又如在为大洋所分割的大陆上，地层、构造、岩相、古生物群、古气候等也都具有相似性和连续性。以古构造而论，如非洲的开普山和南美的布宜诺斯艾利斯山可以连接起来，被看作是同一地质构造的延续。以古气候而论，如在南美洲、非洲、印度、澳大利亚洲都发现有石炭二叠纪的冰川堆积物，说明它们当初是连在一起的，并正好处于极地位置，是以后经过分裂、漂移才形成目前这种分布的形势。漂移说还认为：大陆漂移有两个明显的方向性：一是从两极向赤道的离极运动，是由地球自转所产生的离心力引起的。东西向的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉等，就是大陆壳受到从两极向赤道的挤压的结果。一是从东向西的运动，是日月对地球的引力所产生的潮汐（摩擦力）作用引起的。美洲西岸的经向山脉如科迪勒拉山脉和安第斯山脉，就是美洲大陆向西漂移受到硅镁层阻挡，被挤压褶皱形成的；亚洲大陆东缘的岛弧群、小岛，是陆地向西漂移时留下来的残块。

但是，大陆漂移的驱动力问题没有得到解决，有人怀疑地球自转离心力和日月潮汐摩擦力是否足以使大陆硅铝层在洋底硅镁层上漂移；此外还有一些问题不能得到很好的解释，如果是硬的硅铝层在较软的硅镁层上发生漂移，为什么硅铝层的前缘褶皱成山而硅镁层的边缘反倒没有褶皱而只拗陷为海沟？如果大陆漂移是在中生代开始的，那么古生代以前的褶皱山脉是怎样形成的？由于许多问题得不到答案，到了30年代，此学说便逐渐消沉下去了。随着对海洋的深入调查，发现或进一步弄清了大洋中脊形态、海底地热流分布异常、海底地磁条带异常、海底地震带及震源分布、岛弧及与其伴生的深海沟、海底年龄及其对称分布、地幔上部的软流圈等等。在这些新资料的基础上，产生了一个崭新的学说——海底扩张说。

海底扩张说认为：密度较小的大洋壳浮在密度较大的地幔软流圈之上，由于地幔温度的不均一性，导致地幔物质密度的不均一性，从而在地幔或软流圈中引起物质的对流，形成若干环流；在两个向上环流的地方，使大洋壳受到拉张作用，形成大洋中脊，中脊被拉开形成两排脊峰和中间谷，来自地幔的岩浆不断从洋脊涌出，冷凝后形成新的洋壳，所以大洋中脊又叫生长脊，温度和热流值都较高；新洋壳不断生长，随着地幔环流不断向两侧推开，也就是如传送带一样不断向两侧扩张，因此就产生了地磁异常条带在大洋中脊两旁有规律的排列以及洋壳年龄离洋脊越远越老的现象；大洋中脊两侧向外扩张速度（半速度）大约为每年1—2厘米，有的可达3—8厘米；在向下环流的地方，或在不断扩张的大洋壳与大陆壳相遇的地方，由于前者密度较大，位置较低，便向大陆壳下俯冲，形成海沟；向大陆壳下面倾斜插入的大洋壳，由于远离中脊，温度已经变冷，同时海底沉积物中的水分也被带入深部，形成海沟低热流值带；另一方面，由于深部地热作用，再加上强大的摩擦，在大约深150—200千米处，导致大洋壳局部或全部熔融，形成岩浆，岩浆及挥发成分的强大内压促使其向上侵入，并携带大量热能上升，因此在海沟向陆一侧一定距离处形成高热流值；同时，来自地幔的、以及混杂了重熔陆壳的岩浆喷出地表形成火山和岛弧。这些火山喷出的岩浆，由于混入了硅铝层（沉积物，大陆壳重熔物质）的成分，因此经常是属于中性的安山岩质（在环太平洋区安山岩出露的界线，称为安山岩线）。

大洋中脊，或称洋脊，指海底纵横绵延的山脉，总长度可达65000千米，是地球上最长的山脉。其中最典型的为大西洋中脊，它与两侧大陆平行延伸，略呈S形；高出洋底2000—3000米，洋脊中央常为一深陷裂谷，两侧有一系列阶梯状断层，形成地堑构造。海沟是陆壳和洋壳交叉重叠的复杂地带  根据重力测量和地震资料，证明在这里大洋壳以较大的角度（45°±15°）向大陆壳下俯冲插入，换言之，大陆壳向着大洋壳之上仰冲。H.贝尼奥夫通过地震在这个带上作了较详细的研究，发现向大陆方向震源由浅变深构成一个倾斜带，后来证明这个倾斜带就是大洋壳的俯冲带，所以这一个带又称为贝尼奥夫带。它实际上构成了环太平洋地震带，而全世界的中、深源地震也主要发生在这里。海底扩张说对于许多海底地形、地质和地球物理的特征，都能做出了很好的解释。特别是它提出一种崭新的思想，即大洋壳不是固定的和永恒不变的，而是经历着“新陈代谢”的过程。地表总面积基本上是一个常数，即有一部分洋壳不断新生和扩张，那就必然有一部分洋壳逐渐消亡。这一过程大约需2亿年。这就是在洋底未发现年龄比这更老的岩石的缘故。


板块构造示意图

1967年，美国普林斯顿大学的摩根（J.Morgan）、英国剑桥大学的麦肯齐（D.P.Mekenzie）、法国的勒皮顺（X.LePichon）等人，把海底扩张说的基本原理扩大到整个岩石圈，并总结提高为对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识，这种学说被命名为板块构造学说，或称为新的全球构造理论。板块构造的基本思想板块构造学说认为：地球表层的硬壳——岩石圈（或称构造圈），相对于软流圈来说是刚性的，其下面是粘滞性很低的软流圈。岩石圈并非是整体一块，它具有侧向的不均一性，被许多活动带如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷等分割成大大小小的块体，这些块体就是所说的板块。换言之，整个岩石圈可以理解为由若干刚性板块拼合起来的圈层，板块内部是稳定的，而板块的边缘和接缝地带则是地球表面的活动带，有强烈的构造运动、沉积作用、深成作用、岩浆活动、火山活动、变质作用、地震活动，又是极有利的成矿地带。其次，岩石圈板块是活动的，是围绕着一个旋转扩张轴在活动的，并且以水平运动占主导地位，可以发生几千千米的大规模的水平位移；在漂移过程中，板块或拉张裂开，或碰撞压缩焊结，或平移相错。这些不同的相互运动方式和相应产生的各种活动带，控制着全球岩石圈运动和演化的基本格局。总之，板块构造说是海底扩张说的发展和延伸，而从海底扩张到板块构造，又促进了大陆漂移的复活。因此，人们称大陆漂移、海底扩张和板块构造为不可分割的“三部曲”。

1968年，勒皮顺根据各方面的资料，首先将全球岩石圈划分成六大板块，即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。除太平洋板块几乎完全是海洋外，其余五大板块既包括大块陆地，又包括大片海洋。随着研究工作的进展，又有人进一步在大板块中划分出许多小板块。如美洲板块分为北美和南美板块，印度洋板块分为印度和澳大利亚板块，东太平洋单独划分为一个板块，欧亚板块中分出东南亚板块以及菲律宾、阿拉伯、土耳其、爱琴等小板块。这些板块都是活动的，如太平洋板块，从太平洋东部中隆生长脊新生长出来的大洋壳，平均每年以5厘米的速度向西移动，两亿年内可移动10000千米。从东太平洋中隆至马里亚纳海沟的消亡带正好为约10000千米，而马里亚纳及其附近海底岩石年龄也正好为1.5—2亿年。这说明太平洋底大约每两亿年更新一次。

作为岩石圈活动带的板块边界，可以归纳为三种类型：拉张型边界，又称分离型边界；挤压型边界，又称汇聚型边界或消亡带，也称为贝尼奥夫带；剪切型边界，又称平错型边界。按照板块构造理论，不仅在海洋中有洋壳分裂、地幔物质涌出、新洋壳的生长，而且在大陆上也有同样的现象。东非大裂谷正处于陆壳开始张裂，即大洋发展的胚胎期。若裂谷继续发展，海水侵入其间，好像红海和亚丁湾一样，被认为是大洋发展的幼年期。如果再继续扩张，基性岩浆不断侵入和喷出，新洋壳把老洋壳向两侧推移，扩张速率以每年5厘米计，大约经过1亿年，就会形成一个新的“大西洋”。板块说认为大西洋就是正处于大洋发展的成年期；而太平洋的年龄比大西洋要老，它正处于大洋发展的衰退期；地中海是宽阔的古地中海经过长期发展演化的残留部分，代表大洋发展的终了期；印巴次大陆长期北移，最后和欧亚板块相撞，二者熔合一起，形成巍峨的喜马拉雅山脉以及地缝合线的形迹，地缝合线代表大洋发展的遗痕。据上所述，海洋从开始形成到封闭，可以归纳为下列过程：大陆裂谷→红海型海洋→大西洋型海洋→太平洋型海洋→地中海型海洋→地缝合线。



海底地形

板块构造说可以通过以下几种作用来解释各种地质现象：

1.现代地槽。根据传统概念，一个地槽由于长期下沉，接受巨厚的沉积；后来经过回返，沉积岩层受挤压褶皱，形成褶皱带，如果是年轻的褶皱带，则在地貌上表现为高耸的山系。板块构造学说认为，地槽可以发生在板块的不同部位，或海陆的不同部位，其所处部位不同，地槽类型和性质也不同。如在美洲东部大陆边缘沉积了相当厚的地层，因其所处部位一边是美洲大陆，一边是大西洋，同属于一个板块，海陆之间没有俯冲带，也没有火山和地震带，属于冒地槽性质，称之为大西洋型地槽。又如在南美洲西部大陆边缘，一边是纵贯南北的安第斯山，一边是深的海沟，位于两个板块的挤压带上，多火山和地震，沉积物中多火山碎屑物，在大陆斜坡及海沟中常形成浊流沉积，沉积物因受板块俯冲影响，常发生变形，属于优地槽性质，称之为安第斯山型地槽。再如在太平洋西部岛弧地带，其大陆架一般不宽，沉积物中多为陆源碎屑，在远海地带形成碳酸盐岩，这类地槽称为岛弧型地槽。此外还有日本海型地槽、地中海型地槽等。地槽类型可以在一定条件下转化，如日本海型地槽指发育在大陆与岛弧之间的海盆中的地槽，其中常形成三角洲沉积、浅海沉积、浊流沉积等，如果板块移动变慢，沉积速度变快，海盆便可被沉积物填满，甚至覆盖住岛弧，这样沉积作用便可向海洋方向扩展推进，使地槽转化为大西洋型地槽。

2.造山作用。两个板块相撞，会产生很大的挤压力，使一个板块对另一个板块向下俯冲或向上仰冲，从而使地槽沉积褶皱和发生断裂，并形成山脉。如欧洲的阿尔卑斯山是推覆构造的典型代表，自南向北，前后四次形成大推覆体。这是非洲板块和欧亚板块互相碰撞的结果（地缝合线区）。

3.火山活动 。如果把世界火山分布同全球板块边界作一对比，可以发现二者有基本一致的规律，火山主要分布在下述三个地带：一是沿着大洋中脊分布，如冰岛火山等。随着洋壳不断产生和扩散外移，活火山逐渐变为死火山，并密集成群对称排列于洋脊两侧。二是沿着大陆裂谷分布，如东非大裂谷北段曾有多期岩浆喷发活动，形成埃塞俄比亚熔岩高原，乞力马扎罗火山（5895米）、肯尼亚火山（5199米）等都是世界著名的火山。三是沿着板块俯冲带分布，如环太平洋火山带及古地中海火山带，它们构成世界最主要的火山带。在环太平洋板块俯冲带，一侧是海沟，一侧是岛弧火山带，其分界线称为安山岩线，它的内侧为大洋型地壳，以少含K2O的拉斑玄武岩为主；它的外侧（即靠近大陆一侧），则过渡为大陆型地壳，以喷发大量安山岩（或侵入花岗闪长岩）、火山碎屑岩为主，或喷出含K2O较多的碱性玄武岩，构成有名的环太平洋火山圈。日本的富士山，菲律宾的皮纳图博火山，印度尼西亚的喀拉喀托火山和意大利的维苏威火山等都是这一带的知名火山。

7.地震活动。地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生地震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象。地震（earthquake）就是地球表层的快速振动，是地球上经常发生的一种自然现象，地震是极其频繁的，全球每年发生地震约500万次。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。1556年中国陕西华县8级地震，死亡人数高达83万人。在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起巨大的波浪，称为海啸。地震波发源的地方，叫作震源（focus）。震源在地面上的垂直投影，地面上离震源最近的一点称为震中。它是接受振动最早的部位。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小于70公里的叫浅源地震，深度在70—300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。对于同样大小的地震，由于震源深度不一样，对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅，破坏越大，但波及范围也越小。当某地发生一个较大的地震时，在一段时间内，往往会发生一系列的地震，其中最大的一个地震叫做主震，主震之前发生的地震叫前震，主震之后发生的地震叫余震。是国际上通用的里氏分级表，共分9个等级。通常把小于2.5级的地震叫小地震，2.5—4.7级地震叫有感地震，大于4.7级地震称为破坏性地震。震级每相差1.0级，能量相差大约30倍；每相差2.0级，能量相差约900多倍。比如说，一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。一个7级地震相当于32个6级地震，或相当于1000个5级地震。


全球二十世纪以来的最强地震

发生时间 地点 震级 破坏程度

1960年5月22日 智利中部海域 9.5 引发海啸及火山爆发，导致5000人死亡，200万人无家可归。

1964年3月28日 美国阿拉斯加 9.2 引发海啸，导致125人死亡，财产损失达3.11亿美元。阿拉斯加州大部分地区、加拿大育空地区及哥伦比亚等地都有强烈震感。

1957年3月9日 美国阿拉斯加 9.1 地震导致休眠长达200年的维塞维朵夫火山喷发，并引发15米高的大海啸，影响远至夏威夷岛。

2004年12月26日 印度尼西亚苏门答腊岛的亚齐省 9.0 地震引发的海啸席卷斯里兰卡、泰国、印度尼西亚及印度等国，导致约30万人失踪或死亡。

1952年11月4日 俄罗斯 9.0 此次地震引发的海啸波及夏威夷群岛，但没有造成人员伤亡。

1906年1月31日 厄瓜多尔及哥伦比亚沿岸 8.8 地震引发强烈海啸，导致1000多人死亡。中美洲沿岸、圣费朗西斯科及日本等地都有震感。

2005年3月28日 印度尼西亚苏门答腊岛以北海域 8.7 造成1000人死亡，但并未引发海啸。

1965年2月4日 美国阿拉斯加 8.7 地震引发高达10.7米的海啸，席卷了整个舒曼雅岛。

1950年8月15日 中国西藏 8.6 2000余座房屋及寺庙被毁。印度雅鲁藏布江损失最为惨重，至少有1500人死亡。

1923年2月3日 俄罗斯堪察加半岛 8.5

1938年2月3日 印度尼西亚班达附近海域 8.5 地震引发海啸及火山喷发，人员及财产损失惨重。

1963年10月13日 俄罗斯千岛群岛 8.5 波及日本及俄罗斯等地。

2008年5月12日 中国的四川汶川 8.0 69225人遇难，374640人受伤，失踪18624人。紧急转移安置1500.6341万人，累计受灾人数4624万人。造成直接经济损失8451亿元。

地震的分布规律大体可概括为以下几点：（1）沿着大洋中脊、转换断层、俯冲带、大陆裂谷、地缝合线分布。（2）世界上的中、深源地震，特别是深源地震，主要分布于俯冲带倾向大陆的一侧。（3）发生于大洋中脊、大陆裂谷的地震主要由拉张所产生；发生于转换断层带的地震主要由扭错所产生；发生于俯冲带、地缝合线的地震主要由挤压、逆掩所产生，但发生于海沟附近的地震有许多是因张裂形成。（4）板块内部地震较少。世界上主要有这么几大地震带：（1）.环太平洋地震带是地球上最主要的地震带，它像一个巨大的环，沿北美洲太平洋东岸的美国阿拉斯加向南，经加拿大本部、美国加利福尼亚和黑西哥西部地区，到达南美洲的哥伦比亚、秘鲁和智利，然后从智利转向西，穿过太平洋抵达大洋洲东边界附近，在新西兰东部海域折向北，再经裴济、印度尼西亚、菲律宾，我国台湾省、琉球群岛、日本列岛、阿留申群岛，回到美国的阿拉斯加，环绕太平洋一周，也把大陆和海洋分隔开来，地球上约有80%的地震都发生在这里。（2）欧亚地震带主要分布于欧亚大陆，从印度尼西亚开始，经中南半岛西部和我国的云、贵、川、青、藏地区，以及印度、巴基斯坦、尼泊尔、阿富汗、伊朗、土耳其到地中海北岸，一直还伸到大西洋的亚速尔群岛，发生在这里的地震占全球地震的15%左右。（3）海岭地震带是从西伯利亚北岸靠近勒那河口开始，穿过北极经斯匹次卑根群岛和冰岛，再经过大西洋中部海岭到印度洋的一些狭长的海岭地带或海底隆起地带，并有一分支穿入红海和著名的东非裂谷区。


世界火山和地震带的分布图


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现代的岩石圈是地球几十亿年演化的结果。原始地球由一个接近均质的球体，是由固体的星子积聚而成的。在积聚过程中，由于放射性元素的蜕变放热，以及原始地球的重力不断收缩使地球增温。在动荡年代，由于碰撞是那么的剧烈，也会使地球的温度生高。地球热能积累到一定程度就可以使地球内部的物质由刚性改变为可塑性。在重力作用下，较重的铁、镍等物质缓慢下沉，向地球内部集中；较轻的硅酸盐类物质则缓慢地向上移动，向地表集中。物质的对流导致了物质的分异，最后形成现代地球内部的三个组成部分：地核、地幔、地壳。


地质年代与生物发展对照表

原始的地壳也没有这么简单的。在大气圈、水圈形成的初期，岩石圈的岩石以火成岩及其机械风化产物占绝对优势，沉积岩极为罕见。大约在太古代，地球表面逐渐开始发生沉积作用。那时，除了火山之外还有广袤的海洋。在太古代早期（34 亿年前），海洋里沉积了条带状的铁矿、砂岩和泥质岩。到了太古代晚期，开始出现碳酸盐岩，如白云岩、白云质石灰岩等。但那个时候的沉积作用没有有机体参加，只能形成化学沉积物。到了元古代，有机体开始参与沉积岩的形成过程。在元古界的岩层中，已经发现有细菌和藻类等有机体的化石。如厚度很大的元古界石英岩层就含有铁细菌化石。随着有机界的发展，生物地球化学作用的加强，生物化学沉积岩也越来越丰富。在晚古生代的泥盆纪，海洋中的腕足类动物遗骸已形成了巨厚的碳酸钙质沉积层。在石炭纪和二叠纪，世界许多地方都发生了煤的堆积。总之，组成岩石圈的岩石，随着自然地理环境发展而不断地进化，由原来火成岩占优势的单调圈层逐渐演化成具有种类繁多的岩石组成的圈层。尤其是沉积岩层的出现更标志着岩石圈发展的高级阶段，因为它是自然地理环境各圈层相互作用的产物。

地壳演化是多阶段的，已知的有三个阶段，即地槽区（活动区）→地台区（相对稳定区）→地洼区（新的活动区）。地槽区代表地壳上构造运动强烈活动的地带，垂直运动速度快、幅度大，沉积作用、岩浆作用、构造运动和变质作用都十分强烈和发育。如北美西部的科迪勒拉山脉、南美西部的安第斯山脉、亚欧之间的乌拉尔山脉、横贯欧亚大陆呈东西走向的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉，以及我国的天山、秦岭、祁连山等山脉，都是世界著名的地槽区。地槽区的发展过程可以分为两个阶段：1.下降阶段，整个地槽区以下降运动为主，下降速度快、幅度大。在下降初期阶段，从相邻地台或地背斜剥蚀下来的碎屑物质迅速堆积在地向斜中，并常伴随有海底火山喷发活动；在下降占优势阶段，海水面积扩大，有些地背斜也被海水覆盖，广泛地沉积了碳酸盐岩。第二阶段以上升运动为主，又称回返阶段。局部回返→中央隆起→山前或边缘拗陷。在上升后期阶段，各个地向斜都上升隆起，连同在边缘拗掐中的碎屑沉积也一起发生褶皱，这时在两个相邻的中央隆起之间，即相当于原来地背斜的地方，形成新的拗陷区，称为山间拗陷。在这些拗陷中，有时有一部分海水残留下来，形成澙湖。中国东部一直被划为地台区，称为中国地台。这一地区于中生代中期以前的地壳发展史与地槽地台学说相一致。但自三叠纪末（南部）或侏罗纪（北部）以后，却陆续出现了强烈的构造变动，形成了盆地和山脉，构造地貌反差很大。盆地中产生了类磨拉石（有些地带由于地壳活动性较弱，其磨拉石的发育程度不全，称为类磨拉石）建造。同时，岩浆活动（侵入及喷出）和变质作用（主要为断裂变质及接触变质）多见。大地热流增高，重力以负异常为主，有些地方地壳中出现低速层。所有上述的地质及地球物理特征，都与地台区相反，于是人们就提出了低洼学说。地台也会转化为活动区，地洼区在形成过程中（主要在激烈期），水平地壳运动占主导地位，由于拱曲、褶皱、断裂作用强烈而出现反差强度大的构造起伏，形成波距小、差异升降速度及幅度大的短带状隆起，称为地穹，其间介以相对下陷的短带状盆地，称为地洼。在地洼区内，地洼盆地作为负构造分区与地穹的山脉（正构造分区）相间出现，成为这种新构造单元的最重要的认识标志。

地壳构造的演化过程是活动区和稳定区互相交替更迭的过程。这种交替更迭并非地壳构造单元的简单重复，而是递进的。因为地洼区比地槽区或地台区具有更复杂的结构，体现了地壳发展过程是由简单趋向复杂，由低级趋向高级，螺旋式升进的过程。依此规律，地壳发展除已知的地槽、地台及地洼三个阶段之外，在地槽阶段之前和地洼阶段之后，还可能有其他未被认识的发展阶段。

与大地构造的发展相联系，随着地槽向地台的演化，大陆的面积也有逐渐扩大的趋势，尽管海侵和海退是交替地出现，但发展的总方向是海洋面积不断缩小，而大陆面积日益增长。在距今25亿年前，北美大陆还比较小，直到最近的地质历史时期，它才具有现在的规模。风化壳的发育以及土壤的形成过程也都具有方向性。在风化作用初期，以物理风化为主，粗岩屑的残积层便是风化壳发育初期的代表。当化学风化作用刚开始时，主要是氯化物和硫酸盐被淋失，碳酸盐淋失较少而碳酸钙相对富集，为富钙阶段。随着化学风化作用的加强，不仅氯化物和硫酸盐类大量迁移，而且碳酸盐类也大量淋失，硅和铝相对富集，便进入了富硅铝阶段。最后，二氧化硅和氧化铝分离，硅被淋失，铝相对富集，到达了富铝阶段。

地球自从形成以来在地表和内部进行着永不停息的运动变化，地球表面形态特征正是地球的内外力综合作用的结果，其中内力是形成地球表面差异的重要原因。1912年，德国气象学家A.魏格纳（1880—1930）在总结前人有关大陆漂移概念的基础上，提出一种大地构造假说——大陆漂移说。魏格纳认为：在3亿年前的古生代后期，地球上所有的大陆和岛屿是连在一起的，构成一个庞大的联合古陆，称为泛大陆（Pangea），周围的海洋称为泛大洋（Panthalassa）。从中生代开始，这个泛大陆逐渐分裂、漂移，一直漂移到现在的位置。大西洋、印度洋、北冰洋是在大陆漂移过程中出现的，太平洋是泛大洋的残余。漂移说认为：较轻的花岗岩质（sial）大陆是在较重的玄武岩质（sima）海底上漂移的，并列举了许多事实来证明这种漂移。如大洋两岸特别是大西洋两岸的轮廓，凹凸相合，只要把南北美洲大陆向东移动，就可以和欧非大陆拼在一起，几乎严丝合缝。又如在为大洋所分割的大陆上，地层、构造、岩相、古生物群、古气候等也都具有相似性和连续性。以古构造而论，如非洲的开普山和南美的布宜诺斯艾利斯山可以连接起来，被看作是同一地质构造的延续。以古气候而论，如在南美洲、非洲、印度、澳大利亚洲都发现有石炭二叠纪的冰川堆积物，说明它们当初是连在一起的，并正好处于极地位置，是以后经过分裂、漂移才形成目前这种分布的形势。漂移说还认为：大陆漂移有两个明显的方向性：一是从两极向赤道的离极运动，是由地球自转所产生的离心力引起的。东西向的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉等，就是大陆壳受到从两极向赤道的挤压的结果。一是从东向西的运动，是日月对地球的引力所产生的潮汐（摩擦力）作用引起的。美洲西岸的经向山脉如科迪勒拉山脉和安第斯山脉，就是美洲大陆向西漂移受到硅镁层阻挡，被挤压褶皱形成的；亚洲大陆东缘的岛弧群、小岛，是陆地向西漂移时留下来的残块。

但是，大陆漂移的驱动力问题没有得到解决，有人怀疑地球自转离心力和日月潮汐摩擦力是否足以使大陆硅铝层在洋底硅镁层上漂移；此外还有一些问题不能得到很好的解释，如果是硬的硅铝层在较软的硅镁层上发生漂移，为什么硅铝层的前缘褶皱成山而硅镁层的边缘反倒没有褶皱而只拗陷为海沟？如果大陆漂移是在中生代开始的，那么古生代以前的褶皱山脉是怎样形成的？由于许多问题得不到答案，到了30年代，此学说便逐渐消沉下去了。随着对海洋的深入调查，发现或进一步弄清了大洋中脊形态、海底地热流分布异常、海底地磁条带异常、海底地震带及震源分布、岛弧及与其伴生的深海沟、海底年龄及其对称分布、地幔上部的软流圈等等。在这些新资料的基础上，产生了一个崭新的学说——海底扩张说。

海底扩张说认为：密度较小的大洋壳浮在密度较大的地幔软流圈之上，由于地幔温度的不均一性，导致地幔物质密度的不均一性，从而在地幔或软流圈中引起物质的对流，形成若干环流；在两个向上环流的地方，使大洋壳受到拉张作用，形成大洋中脊，中脊被拉开形成两排脊峰和中间谷，来自地幔的岩浆不断从洋脊涌出，冷凝后形成新的洋壳，所以大洋中脊又叫生长脊，温度和热流值都较高；新洋壳不断生长，随着地幔环流不断向两侧推开，也就是如传送带一样不断向两侧扩张，因此就产生了地磁异常条带在大洋中脊两旁有规律的排列以及洋壳年龄离洋脊越远越老的现象；大洋中脊两侧向外扩张速度（半速度）大约为每年1—2厘米，有的可达3—8厘米；在向下环流的地方，或在不断扩张的大洋壳与大陆壳相遇的地方，由于前者密度较大，位置较低，便向大陆壳下俯冲，形成海沟；向大陆壳下面倾斜插入的大洋壳，由于远离中脊，温度已经变冷，同时海底沉积物中的水分也被带入深部，形成海沟低热流值带；另一方面，由于深部地热作用，再加上强大的摩擦，在大约深150—200千米处，导致大洋壳局部或全部熔融，形成岩浆，岩浆及挥发成分的强大内压促使其向上侵入，并携带大量热能上升，因此在海沟向陆一侧一定距离处形成高热流值；同时，来自地幔的、以及混杂了重熔陆壳的岩浆喷出地表形成火山和岛弧。这些火山喷出的岩浆，由于混入了硅铝层（沉积物，大陆壳重熔物质）的成分，因此经常是属于中性的安山岩质（在环太平洋区安山岩出露的界线，称为安山岩线）。

大洋中脊，或称洋脊，指海底纵横绵延的山脉，总长度可达65000千米，是地球上最长的山脉。其中最典型的为大西洋中脊，它与两侧大陆平行延伸，略呈S形；高出洋底2000—3000米，洋脊中央常为一深陷裂谷，两侧有一系列阶梯状断层，形成地堑构造。海沟是陆壳和洋壳交叉重叠的复杂地带  根据重力测量和地震资料，证明在这里大洋壳以较大的角度（45°±15°）向大陆壳下俯冲插入，换言之，大陆壳向着大洋壳之上仰冲。H.贝尼奥夫通过地震在这个带上作了较详细的研究，发现向大陆方向震源由浅变深构成一个倾斜带，后来证明这个倾斜带就是大洋壳的俯冲带，所以这一个带又称为贝尼奥夫带。它实际上构成了环太平洋地震带，而全世界的中、深源地震也主要发生在这里。海底扩张说对于许多海底地形、地质和地球物理的特征，都能做出了很好的解释。特别是它提出一种崭新的思想，即大洋壳不是固定的和永恒不变的，而是经历着“新陈代谢”的过程。地表总面积基本上是一个常数，即有一部分洋壳不断新生和扩张，那就必然有一部分洋壳逐渐消亡。这一过程大约需2亿年。这就是在洋底未发现年龄比这更老的岩石的缘故。


板块构造示意图

1967年，美国普林斯顿大学的摩根（J.Morgan）、英国剑桥大学的麦肯齐（D.P.Mekenzie）、法国的勒皮顺（X.LePichon）等人，把海底扩张说的基本原理扩大到整个岩石圈，并总结提高为对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识，这种学说被命名为板块构造学说，或称为新的全球构造理论。板块构造的基本思想板块构造学说认为：地球表层的硬壳——岩石圈（或称构造圈），相对于软流圈来说是刚性的，其下面是粘滞性很低的软流圈。岩石圈并非是整体一块，它具有侧向的不均一性，被许多活动带如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷等分割成大大小小的块体，这些块体就是所说的板块。换言之，整个岩石圈可以理解为由若干刚性板块拼合起来的圈层，板块内部是稳定的，而板块的边缘和接缝地带则是地球表面的活动带，有强烈的构造运动、沉积作用、深成作用、岩浆活动、火山活动、变质作用、地震活动，又是极有利的成矿地带。其次，岩石圈板块是活动的，是围绕着一个旋转扩张轴在活动的，并且以水平运动占主导地位，可以发生几千千米的大规模的水平位移；在漂移过程中，板块或拉张裂开，或碰撞压缩焊结，或平移相错。这些不同的相互运动方式和相应产生的各种活动带，控制着全球岩石圈运动和演化的基本格局。总之，板块构造说是海底扩张说的发展和延伸，而从海底扩张到板块构造，又促进了大陆漂移的复活。因此，人们称大陆漂移、海底扩张和板块构造为不可分割的“三部曲”。

1968年，勒皮顺根据各方面的资料，首先将全球岩石圈划分成六大板块，即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。除太平洋板块几乎完全是海洋外，其余五大板块既包括大块陆地，又包括大片海洋。随着研究工作的进展，又有人进一步在大板块中划分出许多小板块。如美洲板块分为北美和南美板块，印度洋板块分为印度和澳大利亚板块，东太平洋单独划分为一个板块，欧亚板块中分出东南亚板块以及菲律宾、阿拉伯、土耳其、爱琴等小板块。这些板块都是活动的，如太平洋板块，从太平洋东部中隆生长脊新生长出来的大洋壳，平均每年以5厘米的速度向西移动，两亿年内可移动10000千米。从东太平洋中隆至马里亚纳海沟的消亡带正好为约10000千米，而马里亚纳及其附近海底岩石年龄也正好为1.5—2亿年。这说明太平洋底大约每两亿年更新一次。

作为岩石圈活动带的板块边界，可以归纳为三种类型：拉张型边界，又称分离型边界；挤压型边界，又称汇聚型边界或消亡带，也称为贝尼奥夫带；剪切型边界，又称平错型边界。按照板块构造理论，不仅在海洋中有洋壳分裂、地幔物质涌出、新洋壳的生长，而且在大陆上也有同样的现象。东非大裂谷正处于陆壳开始张裂，即大洋发展的胚胎期。若裂谷继续发展，海水侵入其间，好像红海和亚丁湾一样，被认为是大洋发展的幼年期。如果再继续扩张，基性岩浆不断侵入和喷出，新洋壳把老洋壳向两侧推移，扩张速率以每年5厘米计，大约经过1亿年，就会形成一个新的“大西洋”。板块说认为大西洋就是正处于大洋发展的成年期；而太平洋的年龄比大西洋要老，它正处于大洋发展的衰退期；地中海是宽阔的古地中海经过长期发展演化的残留部分，代表大洋发展的终了期；印巴次大陆长期北移，最后和欧亚板块相撞，二者熔合一起，形成巍峨的喜马拉雅山脉以及地缝合线的形迹，地缝合线代表大洋发展的遗痕。据上所述，海洋从开始形成到封闭，可以归纳为下列过程：大陆裂谷→红海型海洋→大西洋型海洋→太平洋型海洋→地中海型海洋→地缝合线。



海底地形

板块构造说可以通过以下几种作用来解释各种地质现象：

1.现代地槽。根据传统概念，一个地槽由于长期下沉，接受巨厚的沉积；后来经过回返，沉积岩层受挤压褶皱，形成褶皱带，如果是年轻的褶皱带，则在地貌上表现为高耸的山系。板块构造学说认为，地槽可以发生在板块的不同部位，或海陆的不同部位，其所处部位不同，地槽类型和性质也不同。如在美洲东部大陆边缘沉积了相当厚的地层，因其所处部位一边是美洲大陆，一边是大西洋，同属于一个板块，海陆之间没有俯冲带，也没有火山和地震带，属于冒地槽性质，称之为大西洋型地槽。又如在南美洲西部大陆边缘，一边是纵贯南北的安第斯山，一边是深的海沟，位于两个板块的挤压带上，多火山和地震，沉积物中多火山碎屑物，在大陆斜坡及海沟中常形成浊流沉积，沉积物因受板块俯冲影响，常发生变形，属于优地槽性质，称之为安第斯山型地槽。再如在太平洋西部岛弧地带，其大陆架一般不宽，沉积物中多为陆源碎屑，在远海地带形成碳酸盐岩，这类地槽称为岛弧型地槽。此外还有日本海型地槽、地中海型地槽等。地槽类型可以在一定条件下转化，如日本海型地槽指发育在大陆与岛弧之间的海盆中的地槽，其中常形成三角洲沉积、浅海沉积、浊流沉积等，如果板块移动变慢，沉积速度变快，海盆便可被沉积物填满，甚至覆盖住岛弧，这样沉积作用便可向海洋方向扩展推进，使地槽转化为大西洋型地槽。

2.造山作用。两个板块相撞，会产生很大的挤压力，使一个板块对另一个板块向下俯冲或向上仰冲，从而使地槽沉积褶皱和发生断裂，并形成山脉。如欧洲的阿尔卑斯山是推覆构造的典型代表，自南向北，前后四次形成大推覆体。这是非洲板块和欧亚板块互相碰撞的结果（地缝合线区）。

3.火山活动 。如果把世界火山分布同全球板块边界作一对比，可以发现二者有基本一致的规律，火山主要分布在下述三个地带：一是沿着大洋中脊分布，如冰岛火山等。随着洋壳不断产生和扩散外移，活火山逐渐变为死火山，并密集成群对称排列于洋脊两侧。二是沿着大陆裂谷分布，如东非大裂谷北段曾有多期岩浆喷发活动，形成埃塞俄比亚熔岩高原，乞力马扎罗火山（5895米）、肯尼亚火山（5199米）等都是世界著名的火山。三是沿着板块俯冲带分布，如环太平洋火山带及古地中海火山带，它们构成世界最主要的火山带。在环太平洋板块俯冲带，一侧是海沟，一侧是岛弧火山带，其分界线称为安山岩线，它的内侧为大洋型地壳，以少含K2O的拉斑玄武岩为主；它的外侧（即靠近大陆一侧），则过渡为大陆型地壳，以喷发大量安山岩（或侵入花岗闪长岩）、火山碎屑岩为主，或喷出含K2O较多的碱性玄武岩，构成有名的环太平洋火山圈。日本的富士山，菲律宾的皮纳图博火山，印度尼西亚的喀拉喀托火山和意大利的维苏威火山等都是这一带的知名火山。

7.地震活动。地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生地震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象。地震（earthquake）就是地球表层的快速振动，是地球上经常发生的一种自然现象，地震是极其频繁的，全球每年发生地震约500万次。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。1556年中国陕西华县8级地震，死亡人数高达83万人。在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起巨大的波浪，称为海啸。地震波发源的地方，叫作震源（focus）。震源在地面上的垂直投影，地面上离震源最近的一点称为震中。它是接受振动最早的部位。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小于70公里的叫浅源地震，深度在70—300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。对于同样大小的地震，由于震源深度不一样，对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅，破坏越大，但波及范围也越小。当某地发生一个较大的地震时，在一段时间内，往往会发生一系列的地震，其中最大的一个地震叫做主震，主震之前发生的地震叫前震，主震之后发生的地震叫余震。是国际上通用的里氏分级表，共分9个等级。通常把小于2.5级的地震叫小地震，2.5—4.7级地震叫有感地震，大于4.7级地震称为破坏性地震。震级每相差1.0级，能量相差大约30倍；每相差2.0级，能量相差约900多倍。比如说，一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。一个7级地震相当于32个6级地震，或相当于1000个5级地震。


全球二十世纪以来的最强地震

发生时间 地点 震级 破坏程度

1960年5月22日 智利中部海域 9.5 引发海啸及火山爆发，导致5000人死亡，200万人无家可归。

1964年3月28日 美国阿拉斯加 9.2 引发海啸，导致125人死亡，财产损失达3.11亿美元。阿拉斯加州大部分地区、加拿大育空地区及哥伦比亚等地都有强烈震感。

1957年3月9日 美国阿拉斯加 9.1 地震导致休眠长达200年的维塞维朵夫火山喷发，并引发15米高的大海啸，影响远至夏威夷岛。

2004年12月26日 印度尼西亚苏门答腊岛的亚齐省 9.0 地震引发的海啸席卷斯里兰卡、泰国、印度尼西亚及印度等国，导致约30万人失踪或死亡。

1952年11月4日 俄罗斯 9.0 此次地震引发的海啸波及夏威夷群岛，但没有造成人员伤亡。

1906年1月31日 厄瓜多尔及哥伦比亚沿岸 8.8 地震引发强烈海啸，导致1000多人死亡。中美洲沿岸、圣费朗西斯科及日本等地都有震感。

2005年3月28日 印度尼西亚苏门答腊岛以北海域 8.7 造成1000人死亡，但并未引发海啸。

1965年2月4日 美国阿拉斯加 8.7 地震引发高达10.7米的海啸，席卷了整个舒曼雅岛。

1950年8月15日 中国西藏 8.6 2000余座房屋及寺庙被毁。印度雅鲁藏布江损失最为惨重，至少有1500人死亡。

1923年2月3日 俄罗斯堪察加半岛 8.5

1938年2月3日 印度尼西亚班达附近海域 8.5 地震引发海啸及火山喷发，人员及财产损失惨重。

1963年10月13日 俄罗斯千岛群岛 8.5 波及日本及俄罗斯等地。

2008年5月12日 中国的四川汶川 8.0 69225人遇难，374640人受伤，失踪18624人。紧急转移安置1500.6341万人，累计受灾人数4624万人。造成直接经济损失8451亿元。

地震的分布规律大体可概括为以下几点：（1）沿着大洋中脊、转换断层、俯冲带、大陆裂谷、地缝合线分布。（2）世界上的中、深源地震，特别是深源地震，主要分布于俯冲带倾向大陆的一侧。（3）发生于大洋中脊、大陆裂谷的地震主要由拉张所产生；发生于转换断层带的地震主要由扭错所产生；发生于俯冲带、地缝合线的地震主要由挤压、逆掩所产生，但发生于海沟附近的地震有许多是因张裂形成。（4）板块内部地震较少。世界上主要有这么几大地震带：（1）.环太平洋地震带是地球上最主要的地震带，它像一个巨大的环，沿北美洲太平洋东岸的美国阿拉斯加向南，经加拿大本部、美国加利福尼亚和黑西哥西部地区，到达南美洲的哥伦比亚、秘鲁和智利，然后从智利转向西，穿过太平洋抵达大洋洲东边界附近，在新西兰东部海域折向北，再经裴济、印度尼西亚、菲律宾，我国台湾省、琉球群岛、日本列岛、阿留申群岛，回到美国的阿拉斯加，环绕太平洋一周，也把大陆和海洋分隔开来，地球上约有80%的地震都发生在这里。（2）欧亚地震带主要分布于欧亚大陆，从印度尼西亚开始，经中南半岛西部和我国的云、贵、川、青、藏地区，以及印度、巴基斯坦、尼泊尔、阿富汗、伊朗、土耳其到地中海北岸，一直还伸到大西洋的亚速尔群岛，发生在这里的地震占全球地震的15%左右。（3）海岭地震带是从西伯利亚北岸靠近勒那河口开始，穿过北极经斯匹次卑根群岛和冰岛，再经过大西洋中部海岭到印度洋的一些狭长的海岭地带或海底隆起地带，并有一分支穿入红海和著名的东非裂谷区。


世界火山和地震带的分布图