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三叠纪以来全球板块运动概述(一)发表在美国

日期:2020-11-13 14:44

  摘要:本部分利用地质板块动力学,给出了三迭纪以来全球板块及地下岩浆运动的解释、大西洋的形成、青藏高原的隆起、科迪勒拉山脉的形成、印度板块的北向运动,皇帝海岭、夏威夷群岛的产生,特别是给出了为什么大陆岛主要分布在大陆的东侧的解释。

  关键词:三迭纪、大西洋、欧亚板块、太平洋板块、青藏高原、环太平洋地震带、科迪勒拉山脉、印度板块、劳亚古陆、华夏植物群、皇帝海岭、夏威夷群岛、大陆岛、兰康设想、新华夏构造体系、盘古大陆。

  到20世纪50年代,地理学家们才能用先进的技术测绘出海底世界。但是,在已知的大洋地质中存在众多的未解之谜。

  从全球海底地貌图(下图)中可以看到,海底地貌最显著的特点是连绵不断的洋脊纵横贯通四大洋。根据海底扩张假说,洋脊两侧的扩张应是平衡的,大洋洋脊应位于大洋中央,但太平洋洋脊亦不在太平洋中央,而偏侧于太平洋的东南部,并在加利福尼亚半岛伸入了北美大陆西侧。显然,从加利福尼亚半岛至阿拉斯加这一段的火山、地震、山系等,难以用海底扩张假说解释其成因。那么,太平洋洋脊为什么偏侧一方?北美西部沿岸的山系、火山、地震等又是怎样形成的?这是有待进一步探索的问题。

  由于太平洋洋脊偏侧于东南方,在太平洋东部形成了扩张性的海底地壳:东太平洋海隆。但在太平洋中西部广阔的洋底地貌复杂,存在着一系列的岛弧、海沟、洋底火山山脉和被洋底山脉、岛弧分隔成的较小的洋盆等,并不完全像是由海底扩张所产生的洋底地貌,而更像是古泛大洋洋底的一部分。因为海底扩张所形成的地貌,除了海沟、岛弧、沿岸山脉外,大部分应是较为平坦的、从洋脊到海沟一定倾斜的海隆地貌。虽然有人试图对此作出解释,但未有较公认、一致的看法。这主要是因为地幔对流说在此不适合。后面对此有详细的诠释。

  北冰洋是四大洋中最小的,又存在广阔的大陆架,有人把它看成是大西洋的一部分,即大西洋北部的一个巨大的“地中海”。虽然北冰洋也存在大洋中脊:北冰洋中脊(内森海岭),但在整个北冰洋地区,火山、地震活动是很微弱的。有人曾作过统计:从1900~1980年间,北纬70°以北只发生了40次6级以上的地震,一般认为是北极厚厚的冰盖阻止了地震的发生这还体现了,地球自转产生的偏向赤道的离心力会使地球内部的能量向中、低纬度转移,从而削弱了两极地区的活动。而在南纬70°以南的地区,从1900~1980年也只记录到一次6级以上的地震。从其地震、面积、无深海沟等情况判断,北冰洋的海底扩张即使没有停止,也是非常微弱的。这里地下岩浆的活动加上地球自转产生的离心力,阻止了大西洋产生时欧亚板块下岩浆的北移。我们后面会分析,南移的地下岩浆在亚洲的东南侧、欧洲的南侧演绎出了高原的隆起与一系列山脉的形成。

  阿留申岛弧是地震频繁的地区之一,令人感兴趣的是:阿留申岛弧向南弯曲,这种形状似乎显示有一种自北向南的力推动形成的,另外,阿留申岛孤南侧的深海沟表明,太平洋的海底扩张对其它的作用是向北推进的,但从太平洋洋脊位置来看,太平洋洋脊伸入到北美大陆,南北向偏东分布,其扩张方向应是向西偏北,而不应向北,那么,阿留申海沟是如何形成的呢?

  其实,还够确实是太平洋板块向北俯冲产生的,但是由于大西洋的开裂,使得太平洋板块下岩浆向大西洋方向移动。造成太平洋板块发生坍塌,从而连同海沟一起在继续扩张的北极板块下岩浆向南运动的推动下改变了弯曲的方向,这也是阿留申群岛分成若干段的产生原因。同时,太平洋板块的坍塌,地下岩浆在此溢出产生不明显的新大洋板块从而形成了这里的磁异常出现的原因。

  一般认为大洋中脊是大洋地壳的诞生处,大陆边缘的山脉是海底扩张运动的结果,它们的成因可得到较完美的解释。但在各大洋中,还存在着许多无震海岭,它们与大陆内部的一些平静、古老的山系一样,仍未得到较为公认的解释。美国有人提出所谓“热点说”,试图解释无震海岭的形成,他们认为热点处火山活动的源地固定于板块之下的地慢深处,当板块移过热点上面时,随着热点处岩浆烧穿大洋板块并不断喷发形成火山,就可以形成一列沿着板块运动方向的火山脊或火山链,即无震海岭。但是热点的理论是充满争议的,这一点我们后面还有分析。

  有人曾对南北半球发生在1900年至1980年间6级及6级以上共7936次的地震作过统计,结果发现南北半球发生地震的次数是不均衡的:北半球共发生了4634次,南半球只发生了3277次,赤道发生了25次,北半球比南半球多四成以上。纵观世界火山、温泉分布图,亦可发现,北半球要比南半球多,这是什么原因?由于南北半球海陆分布的不均衡特征,很容易使人联想到,海陆分布情况可能影响到地球内能的释放。

  我们知道,温泉、火山、地震都是地球释放内能的方式,来自地热流的研究给我们这样的启示:地热流是地球内能释放的最基本的形式,地球的内能通过地热流连续不断地经由地壳释放出来,地壳是地球内能释放的最主要障碍,由地壳均衡假说可知,大陆地壳远厚于大洋地壳,又据有关数据显示,大陆地壳的平均厚度为35千米,海洋地壳厚度仅为6千米。不难想象,地球的热能通过大陆地壳要比通过海洋地壳困难得多。由于北半球大陆板块面积比南半球要大,而南半球的大洋板块面积比北半球的要大,因此,北半球的热能更多地受阻于大陆板块,通过地热流释放出来的内能就要比南半球少一些,这些受阻的内能在大陆板块下面积聚,并在地球自转的作用下向中低纬转移,当这些能量积聚到一定的程度,就可能冲破地壳,在一些地壳较薄弱的地带(如板块边缘)以火山、地震等形式释放出来。在一个较长的时期内,南北半球各自释放的总内能应趋于均衡,即北半球通过地热流、温泉、火山、地震等形式释放出来的内能近似等于南半球通过地热流、温泉、火山、地震等形式释放出来的内能。由于北半球通过地热流释放的内能要比南半球少,其累积的能量就通过火山、地震、地热活动释放出来。这就是北半球为什么比南半球多火山、地震的原因。当然这一事实的存在,也证明你给了让我的版块的产生与运动愿与大陆板块具有较大的厚度,不易于散热而造成隆起、断裂最终演化为板块的产生于与运动的力伦的正确性。

  这一事实的存在,体现了大洋板块与大陆板块存在不同的散热能力,正是这一点的不同,才造成了新的大洋板块总是从大陆上诞生的现象。

  当然,还存在众多的未解之谜,例如,既然太平洋板块是向西俯冲挤压亚洲大陆,那么怎么会出现中国大陆东侧断裂处的大陆岛,并且在太平洋板块的西侧存在新城生的大洋板块这是怎么产生的?显然这一现有的地幔对流说的俄解释是行不通的。下面我们就对现有板块存在的问题进行简单的分析。并试图给出统一的解释。

  这里我们将主要分为三个部分——大西洋方向、印度洋方向和太平洋方向加以诠释,但是由于全球面积基本保持不变。因此,只有旧的太平洋板块的迅速俯冲消失,才会有大西洋板块的迅速扩张。而大西洋中脊的迅速扩张,反过来有会促进太平洋板块的活动程度的增加。两者的活动存在统一性。

  二迭纪末,不同的大陆板块聚集在一起形成盘古大陆。这就降低了自身散热能力。随能量的积累而不断隆起。非洲板块在前寒武纪和早古生代就位于盘古大陆的核心,散热困难而地热升温明显,使得从古生代之初非洲板块就呈现隆起上升状态,产生达马兰(Damaran)等造山带。三迭纪末,南半球首先断裂产生澳大利亚、印度、非洲等板块。南大西洋的开裂,促使南半球地下岩浆承压减小,北半球地下岩浆南移。使南半球进一步抬升,北半球下沉。

  白垩纪末,在德干高原的西北部曾有大规模玄武岩溢出,覆盖面积达40万平方公里,构成世界上最大的熔岩台地。德干高原的巨量玄武岩是在板块分裂过程中形成的,类似于今天东非大裂谷两边的玄武岩。尤其是,二迭纪末,西伯利亚火山喷发导致巨量的熔岩从地下喷涌而出,并在地表下方蔓延,导致地壳表面出现巨量的火山岩浆,岩浆达1公里深,覆盖的面积足有美国大小。

  侏罗纪早期北半球的劳亚古陆断开,地下岩浆从裂缝中溢出,遇到海水被冷却变成新的大洋——北大西洋,两边大陆——欧亚大陆和北美大陆向大西洋的一侧向下坍塌,其下边的岩浆受到挤压,欧亚板块下的岩浆向东南方向运动。这种运动是一种近同时性的整体移动,这就造成了欧亚大陆东南方向不断隆起,青藏高原、中南半岛,从海中诞生;北美洲大陆下的岩浆则向西南方向运动。北美板块受到太平洋板块的挤压而产生隆起、断裂,产生落基山脉;同时,北美洲西侧的隆起、抬升,促进了北太平洋板块的俯冲运动。北美洲东侧、欧亚大陆西侧的坍塌促进了南美洲断裂出去及这一时期欧洲板块的大规模海侵。大西洋的开裂,地幔承受的压力减小,全球地幔特别是北太平洋下的地幔物质部分向此移动,这里的地势抬升。两侧板块在自身重力作用下产生下滑运动,使大西洋板块不断增大——大洋板块是大陆离散运动产生的。

  由于北美西侧抬升造成北太平洋板块产生强烈俯冲,造成原有的大洋中脊已经消失在北美洲大陆下,北美洲受到的挤压最为强烈隆起明显,这里板块下富含岩浆,加上这里地下核裂变元素经裂变反应产生的能量的积累使这里富含液态岩浆。我们见下面的事例。

  (神秘的地球)据腾讯科学:英国每日邮报报导,美国黄石国家公园地下的超级火山岩浆库比之前科学家预想得更大,对黄石国家公园地震活动性勘测结果显示,岩浆库的体积是之前的2.5倍。

  岩浆库长88.5公里,宽48.2公里,深14.5公里,这个超级地下火山任何一次喷发都将对整个世界带来灾难。美国犹他州大学鲍勃-史密斯(Bob Smith)教授说:“我们长期以来一直勘测黄石公园地震活动性,并认为地下的岩浆库大于预期,但这项最新发现令人十分震惊。”64万年前,当这个地下超级火山喷发时,灰尘云覆盖了整个北美洲,影响着当地的气候。如果这场火山喷发出现在现代,将对整个世界带来毁灭性灾难。

  犹他州大学詹姆斯-法雷尔(James Farrell)博士说:“在火山喷发过程中,所有物质都喷射至大气层,最终它们将环绕地球并影响气候。”科学家估计64万年前黄石火山喷发规模相当于1980年圣海伦斯火山喷发的2000倍,黄石国家公园地下形成一个大型岩浆库,覆盖了怀俄明州、蒙大拿州和爱达荷州部分地区,这个岩浆库是通过活火山产生地震活动性记录发现的。测量穿过地面的地震波,科学家能够绘制出岩浆路径,地震波缓慢地穿过炽热和部分熔化物质,便于我们进一步勘测地下状况。

  研究小组的最新研究报告发表在日前在旧金山召开的美国地球物理联盟会议上,同时发现岩浆库最远抵达黄石公园东北部,远超出之前预期。人们无法确定这个活跃火山何时再次喷发,史密斯教授称,这项研究并不意味着黄石公园是非常危险的地点。但是专家预测黄石火山每70万年喷发一次,“不久”或将再次喷发,这一预测基于该火山历史上发生的三次喷发时间,分别是210万年前、130万年前和64万年前。

  大约距今1.65亿年,盘古大陆开始解体,这个解体经历了三个阶段。大约在距今1.8亿年左右,张裂的活动开始进行。沿着北美东岸、非洲西北岸和大西洋中央的岩浆活动,将北美向西北方推移了开来。在南美与北美互相远离的同时,墨西哥湾开始形成。就在同一个时刻,位于另一边的非洲,由于延伸在东非、南极洲和马达加斯加边界的火山喷发,西印度洋的形成。

  首先,在盘古大陆分裂后,在中生代的时期,北美和欧亚大陆是同一块大陆,被称为劳伦西亚。当中央大西洋开始张裂,劳伦西亚大陆南侧地势较高用有较大的转动惯量,因此,南侧随地球自转速度慢,北侧随地球运动速度大从而造成劳伦西亚大陆的顺时针旋转,把北美洲往北方推送,欧亚大陆则向南移动。侏罗纪早期在东亚大量出现的煤炭已不复见,由于亚洲大陆潮湿的气候带移往副热带的干燥区,因此取而代之的是晚侏罗纪时期沙漠及盐的沉积。劳伦西亚大陆这种顺时针的运动,导致了当初将它与冈瓦讷大陆分开的V型古地中海开始闭合。在侏罗纪早期,东南亚聚合而成。一片宽广的古地中海将北方的大陆与冈瓦讷大陆分隔两处。

  其次,盘古大陆在侏罗纪中期开始分裂,到了侏罗纪晚期,中央大西洋已经张裂成一狭窄的海洋,把北美与北美东部分隔开来。东冈瓦讷也同时与西冈瓦讷开始分裂。在白垩纪时期,南大西洋张开。印度陆块从马达加斯加分离开来,并加速向北。值得注意的是北美洲与欧洲此时仍然相连,而且澳大利亚大陆此时也还属于南极洲的一部份。

  盘古大陆分裂的第二个阶段开始于白垩纪的早期,大约1.4亿年前。冈瓦讷大陆不断地变得破碎,包括南大西洋的张裂,隔开了南美和非洲;以及印度和马达加斯加一起从南极洲漂移开来;还有发生在澳大利亚西缘的东印度洋张裂等等。此时的南大西洋并没有立刻打开,而是像拉开拉链一般地由南向北渐渐张开。这也是为什么南大西洋相对较宽的产生原因。

  我们知道,三迭纪时期,南半球大陆板块多于北半球大陆板块。因此,这里的岩浆的富集应该更明显一些。这也是在随后的板块的产生与运动过程中,出现了大陆才能够南半球向北半球的运动。造成今天我们见到的北半球的大陆面积大于南半球大陆面积的事实。

  最后,在新生代早期,进入盘古大陆分裂的第三个阶段,大约在5500——5000万年前,北美与格陵兰从欧洲漂移开来,印度板块开始撞上亚洲大陆,形成了西藏高原和喜马拉雅山。印度与亚洲的碰撞其实只是古地中海在闭合过程中一系列大陆与大陆碰撞的一部份罢了。从东到西所有的大陆与大陆之间碰撞包括有:西班牙与法兰西的碰撞,形成了本宁山脉;意大利、法兰西与瑞士的碰撞形成了阿尔卑斯山;希腊、土耳其与巴尔干的碰撞,形成了西奈山和底纳瑞德;阿拉伯半岛与伊朗的碰撞。

  与碰撞伴生的是分裂:新生代以来,原本与南极大陆相连的澳大利亚陆地,也在此时开始迅速向北漂移,撞上亚洲的东南位置印度尼西亚群岛。2000万年前发生的张裂活动持续到了现代,包括有:红海的张裂使阿拉伯半岛自非洲漂移开来,东非张裂系统的产生,日本海的张裂,让日本往东移动进入太平洋,加里福尼亚湾的开启,使得墨西哥北部及加州一起往北运动。这些活动事件最终确定了今日世界的轮廓。