你了解中国地形、山川的变迁史吗?
挥之不去的谜团
根据现代大地测量的结果,青藏高原的地壳仍处于强烈的隆升运动中,特别是在印度板块和欧亚板块的边界附近,年上升速率为10mm,估计喜马拉雅地区的变形速率更高。此外,全球板块运动理论和现代观测数据表明,印度板块以每年50毫米左右的速度向北移动。
青藏高原为什么会成为世界上最高的高原?为什么还在涨?
中国位于欧亚板块的东南部,夹在印度板块和太平洋板块之间。早第三纪以来,各种板块相互碰撞,对中国现代地貌格局和演化产生了重要影响。始新世以来,印度板块向北俯冲,产生强烈的南北挤压力,导致青藏高原快速隆升,形成喜马拉雅山脉。这种构造运动被称为喜马拉雅运动。
魏格纳是大陆漂移学说的创始人。在他共同的古老土地上,印度东海岸与澳大利亚相连。但也有学者提出了新的观点,认为印度东海岸应该与南极洲相连。侏罗纪前后,非洲和印度从仍相连的南极洲和澳大利亚分离出来,并开始在它们之间形成印度洋。白垩纪时期,印度继续向北和东北漂移,背后的印度洋张开,而前面的古地中海趋于萎缩。直到4000多万年前,印度次大陆到达漂移的终点,在与亚洲碰撞的过程中,喜马拉雅山上升。
根据喜马拉雅地区的记录报告,根据古地磁测量,在白垩纪晚期,印度板块已从冈瓦纳分离出来,位于南纬40°至20°之间。古新世,印度板块漂移至南纬30°;古新世末,印度板块继续向北漂移,越过赤道,位于北纬10 ~ 20°左右;到始新世末期,因为没有再见到海相地层,之前出现的地层都是褶皱的,所以认为当时印度板块和欧亚板块发生了碰撞,为喜马拉雅的形成奠定了基础。
这表明青藏高原的隆起。主要与印度板块和欧亚板块的碰撞挤压有关,这一点早已被大多数学者所认识。然而,围绕青藏高原的隆升仍然有许多挥之不去的疑问。
1974年,皮特曼等人利用海底岩石的测年数据编制了第一张海底年龄图。在这幅图中,印度南部的德干高原地形呈V字形,面向尖端的南部洋底时代为白垩纪,面向西坡的西部洋底时代为白垩纪,面向东坡的洋底时代属于侏罗纪。
如果说印度板块在晚白垩世从冈瓦纳大陆漂移到南纬20-40,那么直到始新世才与欧亚板块发生碰撞。由于印度板块是从南极洲漂移过来的大陆,一路上肯定会破坏板块前缘的洋底,所以印度板块后缘的洋底可以说是年轻的。而且,印度板块撞上了欧亚板块,尖尖的底部朝下,像个倒三角形。可以想象,印度板块后缘的洋底年龄不可能是白垩纪,甚至侏罗纪。再者,印度南部的V字底东侧有一个岛国,就是“印度洋明珠”斯里兰卡。那么,这个岛是怎么来的呢?是在印度板块漂移过程中分离出来的,还是印度板块与欧亚板块碰撞后产生的?
在斯里兰卡,地形以平原为主,约占全国面积的80%,其余为位于南部和中部的高原和山地。根据海底年龄图,斯里兰卡周围的海底年龄大多较老。显然,斯里兰卡的存在并不支持大陆漂移和板块构造学说。
第二个谜题根据地质、古生物和古地磁数据描述了过去2亿年大陆漂移的历史。自从印度板块与南极洲分离,它的轨迹大致从北向东北漂移。但海底年龄图显示,海底年龄的时间序列相当对称,其时间序列分布结构相对连贯完整,显然不支持大陆漂移说。
根据三大洲漂移理论,大陆漂移的主要趋势是“离极运动”和“向西漂移”。然而,当印度板块漂移到赤道时,为什么没有在离心力的作用下减速并逐渐停止呢?可以看出,印度板块向北运动的方向与大陆漂移理论本身是矛盾的。
谜题4
大陆板块的水平运动会受到多种因素的影响和制约,其中之一就是首先要解决板块运动的驱动机制。要想把印度板块向北推,必须有克服欧亚板块阻力的驱动力,这就需要说明其驱动力的来源和大小。如果印度板块漂移的驱动力不足以对抗欧亚板块的阻力,那么印度板块向北推进是不可思议的。
板块构造是当代地球科学中最有影响力的理论。根据这一理论,岩石圈板块的运动主要是水平的。对此,有学者提出质疑:如果某些地区没有垂直或斜向的构造运动,如何启动板块的水平运动?
导致板块运动的机制是什么?这是板块构造理论尚未解决的一个关键问题。为此,许多学者提出了不同的观点,其中主要有两种机制,一种是主动驱动机制,另一种是被动驱动机制。对此,有学者指出,这两种机制虽然可以解释一些问题,但不能解释遇到的问题。比如主动驱动机制很难解释大洋中脊和俯冲带是如何开始形成的,也很难解释联合古陆的破裂;但被动驱动机制缺乏地幔对流的直接证据,不了解对流的确切性质、范围和具体形式。
新的证据
青藏高原的形成是印度板块和欧亚大陆共同挤压的结果,青藏高原的水平运动也是由于印度板块的挤压。这些观点目前已经成为共识。然而,中国、美国和加拿大的科学家合作进行了西藏地壳的构造勘探,发现了青藏高原正在东移的确切证据:这不是因为印度板块挤压,而是因为地壳下面存在一种导电性极好的流变物质。这种流变物质是一种高温高粘物质,沿西藏东西方向绵延1000多公里,非常活跃。此外,通过对电导率的分析,科学家还发现西藏西部的地壳下电阻较高,而西藏东部的地壳下电阻较低,这也符合流变物质不断东移的事实。据此,有学者认为,正是这种高导电性的流变物质“承载”着青藏高原向东漂移。
青藏高原大部分山脉海拔在6000米以上,高原平均海拔在4000米以上,面积250万平方公里。这就从动力学上提出了一个问题:这种高温高粘的流变物质沿着西藏东西方向绵延1000多公里。那么,流变物质沿西藏南北方向延伸了多少公里?流变物质的运动方式是什么?真的能克服青藏高原水平运动遇到的阻力,携带青藏高原进行水平运动吗?这是发现新证据后必须解决的问题。
有很多证据表明板块在移动,但关键问题是,板块移动的主要原因是什么?在回答这个问题之前,我们应该对以下几个方面有一个比较全面的了解。比如全球地幔热能物质的分布和规模;火山活动对地幔热能物质的影响,是否对板块运动产生深远影响;大陆和大洋中脊热能物质的活动有没有联系等等。
在世界六大板块中,由流变物质驱动的一个板块的运动,作用极其有限。原因是地球上的局部流变物质要想带动其上方的板块水平移动,需要面对很多障碍和问题。地球上某个板块的运动不可能是孤立的事件。最简单的例子就是,一辆推土机在满是集装箱的货场里能走多远?
因此,我们有必要关注垂直或斜向构造运动对水平运动的贡献。假设,当太平洋海底地壳大规模缓慢下沉时,会对青藏高原东移产生什么影响?如果发生这种影响,青藏高原被欧洲大陆挤压隆起是合理的。
更新有力的证据需要更广泛深入的探索和研究,这是一项艰巨的科学探索。