像海洋自身的盘根错节一样，地质的海洋与生物的海洋、化学的海洋、物理的海洋不可分割地联系在一起。风和海流不但输运着热量和海水，也搬运着岩石和有机体残骸的颗粒。在海洋中，这些颗粒像海面下永不停止的降雪一样沉降下来，为海底盖上了一层松软的沉积物。虽然珊瑚礁实质上属于生物类这一点很让人迷惑，但在形式上它们确实属于地质类，在它们活组织薄薄的外皮下面潜藏着大量的石灰岩物质的堆积。深海中，海脊、海隆和海沟疏导着海洋永不停息的流动。大海就像是一个不安定的流浪者一样沿着海底迷宫的曲径徘徊，海水从下伏岩层的裂缝和孔隙流过，化学组成也因此而发生了改变。
毫无疑问，最近的一次新发现改变了地质海洋学的历史教程，被认为是最近50年中海洋科学所取得的最重要的成果之一。即我们发现了大洋中脊和海底扩张，并把这些发现结合起来，提出了板块构造理论。这使我们对地球、海洋和海洋生命进化的认识发生了巨大的改变。一系列让人迷惑的线索和科学的独创性结合，加上某种被称为运气的东西，使地球上最伟大的一件事逐渐清晰起来，板块构造理论走过假说阶段，形成了自己的体系。
板块构造的发现
说起来，板块构造的发现，实际上开始于人们对大陆边缘谜一样的互相吻合开始认真质疑的时候。15世纪的莱昂纳多·达芬奇，16世纪的弗朗西斯·培根和一个荷兰的地图绘制者以及亚伯拉罕·奥特柳斯，还有18世纪的博物学家乔治路易斯·布封和亚历山大·冯·洪堡都曾考虑过这个地理之谜。1858年，地理学家安冬尼奥·斯奈德一佩利格里尼在一张地图上说明了大陆可能曾以怎样的方式结合，是最早利用这种方式说明大陆边缘相适性的学者之一。当时的观点认为，只有极其强烈的地震或《圣经》上所说的大洪水才能使结合在一起的大陆发生巨大的分离。到了20世纪早期，德国年轻的气象学家阿尔弗雷德·韦格纳提出了一个基本的有事实依据的理论，他称之为大陆漂移。韦格纳推测，在两亿多年前，大陆是一个更大的超级大陆的一部分；大约1亿～1．5亿年前，这块巨大的陆地发生了分裂。然后，韦格纳说，当大陆漂移分离时，大陆间就形成了大的洋盆。
韦格纳的大陆漂移学说建立在几项有说服力的地质证据的基础上。在现在相距遥远的海岸上存在着相似的化石和岩层，这更说明海岸线这种不寻常的对应是古代超级大陆存在的一个标记。韦格纳以清晰的简化方式把大陆的分离过程看成是把一张报纸撕成两半：“我们将通过匹配它们的边缘，把这张撕开的报纸对起来，然后检查一下两边的文字是否能对齐，如果对齐了，则毫无疑问地得出结论：撕开的部分原本就是这样合在一起的。”对韦格纳来说，化石和岩层就是报纸上的文字，而大陆就是撕开后的报纸。他还发现，一种气候带的特征化石会出现于气候迥异的现代环境。比如在非洲炎热干燥的峡谷里，他发现了冰川沉积，而在寒冷的极地，他却发现了表征热带气候的蕨类的化石。在南极洲，韦格纳还发现了煤层，说明这里以前气候温暖，生长着热带植物。韦格纳认为，这些奇怪的发现只能用大陆漂移来解释，当大陆随着时间的流逝在地球表面缓缓地漂移时，这些地区的气候必定随之发生改变。他发现，在北极圈地区（挪威、瑞典和芬兰），古代冰川融化后，大陆卸载了冰的重量，地壳就出现了上升的现象（现在称这个过程为冰川回弹）。韦格纳推测，如果陆地可以垂直运动，那么它也可以沿着地球表面发生水平运动，由褶皱岩层构成的山脉可作为这种水平运动的证据。
不幸的是，在韦格纳发表他的理论的时代，大部分科学家仍坚信，大陆和海洋的格局是地球表面不变的特性。芝加哥大学的罗林·张伯伦毫不含糊地对韦格纳的假说提出异议：“如果像这样的理论都可能放肆起来的话，地质学还能自称为一门科学吗？”另外一个受人尊敬的著名地质学家称这一理论为“彻彻底底、糟糕透顶的胡说八道”！而韦格纳给出的论据大部分是定性的，而且他的理论存在一个致命的缺陷，即他不能对大陆的运动方式给出一个合理的解释，也找不到驱动力。全世界的科学家，尤其是美国的科学家，都认为韦格纳的理论缺少证据，让人非常难以相信。由于没有更好、更确定的证据，大陆漂移理论被人们忽略了长达半个多世纪。而韦格纳一直在不懈地寻找证据，以证明他的大陆漂移理论，直到1930年，他在一次横穿格陵兰冰盖的探险中丧生。
技术的进步使科学家们首次对洋底进行了详细的研究，带来了打开板块构造之谜的地质钥匙。这是精明的分析与好运结合的一次突破。在第一次世界大战前，用于研究洋底的技术比较原始，我们对大洋及大洋中的沉积物的认识怎么说都是肤浅的。这时的测深是利用一根尾端系有重物的长长的绳子或钢索来进行；沉积物样品是靠艰难且进度极其缓慢的挖泥方式采集到的。一战后，原始的声纳系统发展起来，这种技术利用声波在海底的反射，通过记录声波返回船的时间来测量水深，即回声测深技术。利用这种技术，科学家们就可以对洋底的深度进行详尽的调查。到了20世纪50年代，科学家们已经发现，在海底存在着一条巨大的绕地球一圈的山脉链——大洋中脊。虽然在20世纪20年代的流星探险（Meteorexpedition）中曾发现过某种高地形（可能是一个高原）的存在，但直到20世纪50年代，科学家们才认识了洋中脊系统是如此巨大以及它的本质。大洋中脊平均高出海底4500米，环绕地球绵延6万多公里，无疑是地球上最突出的地形，但竟然到20世纪中叶时才被发现！
第二次世界大战后，海洋技术有了更大的进步，人们对大洋和海底研究的兴趣增加了，所有这些导致了两项更为惊人的发现。磁力计起初是为了探测潜艇研制的，科学家们利用这种仪器，却发现海底有奇怪的磁异常现象。当含有磁性矿物的熔融岩石冷却时，它的磁性会与地球的磁场平行，这很像指南针。磁力计测量的是岩石磁性的方向和磁偏角的大小。现在在地球表面冷却的岩石的磁性是指向北的，磁偏角的大小依赖于它冷却时所处的纬度。20世纪50年代，与美国海军一起工作的海洋学家们发现，海底的磁异常呈斑马状。1963年，参加加拿大地质大调查的弗雷德·瓦因和德拉蒙德·马修斯提出，这种磁异常条带是由于地球的磁场再三反转造成的。研究陆地上的岩层的地质学家之前曾建立过这样的理论：在地球的整个历史中，它的磁场反转过许多次。现在，指南针与地球磁场平行时会指向北；这称为正常极性。如果地球磁场反转，指南针会指向南，这样就带了相反的极性。现在的科学家都认同磁场反转在过去的7．5亿年中已经发生了100多次的观点，但他们还是不清楚反转是怎样发生的、原因是什么。靠指南针正在远航的航行者会不会某一天由于指南针突然之间摆向南而迷失方向或者搁浅呢？或者指南针会不会是逐渐摆向南呢，如果是的话，又是什么促使产生了这种摆动呢？瓦因和马修斯提出，洋底正负相问的磁异常条带分别形成于正常极性和极性反转的时期。但真正让人觉得奇怪的是，磁条带都平行于大洋中脊，而且它们的宽度和在中脊两侧的分布间隔都是一样的。
恰在此前一年，即1962年，普林斯顿大学的亨利·赫斯——韦格纳的一个追随者，推测，大洋中脊的火山喷发形成洋壳，新生的洋壳向两边移动，最后消亡于深海沟中。赫斯和他的同事罗伯特·迪茨称这个过程为海底扩张。瓦因和马修斯提出的磁异常条带理论可以用海底扩张这个新概念来解释。在某一条脊轴上，新生成的洋壳冷却下来，磁性平行于当前的磁场。然后海底的扩张慢慢地将。洋壳向脊轴两侧推移。一段时间过去了，磁场再三的反转，海底不断地扩张，在脊轴周围就形成了对称的斑马状条带。
在深海钻探计划（DSDP）实施的早期阶段，科学家们证实了海底扩张理论及其与磁异常条带的关系。DSDP利用一艘专门设计的船和长约6100米（2万英尺）的取样管，采集了海底的岩心样品并对样品做了测年。这是一次惊人的壮举，就像从帝国大厦的楼顶，用一根在午夜的旋风中飘摆的意大利面条，在纽约的人行道上钻了个洞一样。DSDP取得的数据证实，随着与脊轴的远离，洋壳的年龄增大了——洋底的确是形成于脊轴，并随着时间向外扩张着。还有两组有趣的观测资料支持了赫斯激进的海底扩张的想法。海洋学家和地质学家以前一直不明白为什么地球有大约45亿年的历史，而海底只是覆盖着比较薄的沉积物层，海底最老的化石年龄也不过只有1．8亿年。1965年，加拿大的科学家图佐·威尔逊提出了一种观点，结合了大陆漂移和海底扩张理论，对上述的两组观测结果做出了解释。
威尔逊一直在研究洋壳中发生的地震和断层现象。他认为，地球坚硬的外壳被撕成许多移动的碎块，即“板块”，这些板块在海沟的汇聚和消亡与板块在大洋中脊的扩张相平衡。他把横穿洋中脊的断裂称为转换断层。这些转换断层使得比较平的板块能在地球的球形表面上运动。地震带的分布使人们相信，地球是被分成了许多板状的部分，后来发现的火山带的分布也支持了上述观点（地震带和火山带大部分分布于板块边缘）。洋壳在海沟消亡，可以解释为什么海底的沉积物层比较薄以及洋壳的年轻：比较老的海底和沉积物都经再循环过程返回到地球内部了。
20世纪60年代晚期，新的化石的发现也支持了大陆在地球表面漂移的观点。研究者在南极洲发现了一种羊一般大小的爬行动物——水龙兽的化石，与在非洲和印度发现的距今2亿年的化石一模一样，这说明，南极洲、非洲、印度曾连成一体。
从20世纪60年代到70年代这段时间内，板块构造学说的证据大量出现，支持这一学说的人也越来越多。不久，这一学说的遗留问题也有了大略的答案，解决了驱动力的问题。科学界开始以一种全新的眼光来看地球以及产生和改造地球表面的那些力。曾经只是一个假说的东西成了人们接受的定理，各地的教科书不得不重新编写。我们不再称之为大陆漂移或板块构造学说，而是板块构造理论。
狂暴的边界
地表被分成15个岩石圈板块，这些板块内部是刚性的，覆在更易流动的软流圈之上。板块形状不规则，体积各异，在球形表面上进行着相互运动。一个板块可以包括洋壳、陆壳或二者兼有。它们不断地作着相互运动和相对于地球自转的运动。在交界处，板块相互频繁地碰撞着、挤压着，造出巨大的山脉或者深海沟槽。在这里——板块狂暴的边界，地球的暴怒达到了顶点，世界上绝大部分的地震、火山和海啸都产生于此。
分离边界
当两块岩石圈板块相互远离时，它们的边界就是分离边界。大洋中脊系统是地球上延伸最长的山脉，其形成就是板块分离的结果。在一条洋中脊的脊部，岩石圈板块相互远离，地球深部的熔融岩石喷涌而出。在到达地面之前，熔融的岩石称为岩浆；喷出地面后，则称为熔岩。岩浆通常是熔化的或结晶的矿物和溶解气体的混合物，其特点是，密度比周围的物质小，所以在浮力的作用下，向上运动。在洋中脊上，岩浆向着地表上升，喷到洋底，形成了新的洋壳。这里位于深海底，当热的熔岩遇到冰冷的海水时，很快冷却下来，形成黑色玻璃质的枕状玄武岩。板块在洋中脊的分离和新洋壳的产生被称为海底扩张。
海底扩张以变化的速率断断续续地发生着。在太平洋，新的洋底沿着东太平洋隆起以每年大约6～16厘米的速度形成着。与此相比，大西洋沿着大西洋中脊的扩张是比较慢的，估计每年只有1～3厘米。热流的差异性、上涌岩浆的化学组成以及洋脊沿轴的结构似乎都与扩张速率有关。大西洋中脊是扩张缓慢的洋脊，岩浆斑驳，比较黏，形成的是陡峭的岩质地形，沿着断裂的轴是低地或峡谷。东太平洋隆起是快速扩张的洋脊，熔融物质薄得多，也不那么黏，形成的是一个平坦、宽阔的脊，中间地势较高。科学家们推测，在快速扩张的洋脊下面存在着一个高热熔融态的狭窄区域。地震资料和三维映像表明，在东太平洋隆起下面1～2公里处有一个熔融物质的水平薄层，为不断扩张的中心提供着物质供给。对于扩张缓慢的洋脊，轴部似乎更冷、更厚一些，比较容易发生更大的断裂和地震活动。
大西洋中脊正好从冰岛中间穿过，因此，科学家们可以在冰岛看到沿着缓慢扩张的洋中脊进行的断裂过程。研究表明，随着洋脊轴部慢慢变宽、下陷，就形成了断裂，当达到裂点时，发生了破裂，变宽下陷过程就不再进行了。裂缝开始平行着断裂生成，地震摇动着这个区域，熔岩通过一些裂缝喷了出来。断裂可能有几十公里长，很少在某点上发生。世界上的大洋中脊和相关的破裂区附近是热液活动活跃的地区，这就是著名的深海烟囱。这些烟囱的发现较晚，是在20世纪70年代的晚期，但对我们了解海洋和生命的真正起源已经产生了深远的影响
会聚边界
新的地壳不断地在大洋中脊形成，但是地球的大小几十亿年来或者至少是几百万年来并没有发生显著的变化。所以在地表的某个地方，地壳正在以生成的速率消亡着。现在我们知道地壳的消亡发生在两个岩石圈板块碰撞的地方。这种碰撞基本上有三种形式。
1．大陆板块一大陆板块碰撞。当两个均由陆壳组成的板块相撞时，就形成了高耸的山脉。板块边缘被撞碎，并且褶皱隆起，与两辆汽车相撞时的情形类似。大约5000万年前，印度板块与亚洲板块相撞，板块边缘的褶皱破碎形成了高耸的喜玛拉雅山脉。
