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山脉高原形成的新解释

投稿时间:2017-11-21 15:00 投稿人:孙克忠 【字号: 访问量:

全球山脉高原分布具有极为明显的特征,大多分布在板块汇聚的边缘并呈带状分布。当前关于山脉高原的成因一直是沿用板块构造和海底扩张的模式解释的,但这种模式存在很多无法解释和相互矛盾的地方。梁光河教授提出的大陆漂移的源动力-板块自驱动模式,给出了另外一个全新的成因模式,该模式说明当大陆板块漂移时,会在板块运动的前方产生刮蹭堆积及挤压形成山脉高原,在其后方形成深海沉积。通过对北美洲的落基山脉、南美洲的安第斯山脉、东非高原、南非高原的对比发现,该模型与实际情况吻合很好。该成因模型为我们重新认识全球地理环境成因提供了一个全新的思路。同时也给出了特提斯闭合的动力机制。

一、引言

全球山脉高原分布如图1所示。著名的高原有亚洲的青藏高原、蒙古高原、欧洲的阿尔卑斯山脉北美洲的落基山脉、南美洲的安第斯山脉、伊朗高原、非洲的埃塞俄比亚高原、东非高原、南非高原等等。

图1.世界地形图(百度图片,2013)

这些山脉高原的形成可以通过当代的板块构造和海底扩张学说加以解释。传统的板块构造学说和海底扩张学说给出的两种类型的板块汇聚边缘假说模型,它们分别说明了洋陆汇聚边缘和陆陆汇聚边缘山脉和高原的成因(图2)。

陆陆汇聚以印度板块向北漂移引起的青藏高原整体隆升已经得到了广泛的研究,这些理论能够解释青藏高原的成因。在新元古代以来长期活动、多期造山及新生代最后隆升的基础上形成的青藏高原称为造山的高原。

洋陆汇聚边缘存在的问题比较突出,仔细分析图2的造山模式发现,情况远没有那么简单,以非洲为例,这些山脉和高原(埃塞俄比亚高原、东非高原、南非高原)大都分布在非洲的东部边缘,西部并没有明显的山脉和高原。

图2.上图:洋陆汇聚板块边缘剖面模型,下图:陆陆板块汇聚边缘剖面模型(From Wikipedia & USGS,2013) 

北美洲也存在同样的情况,落基山脉沿西部呈现近南北向分布,按照传统的板块构造理论,大西洋裂解的结果也应该在北美洲的东部出现类似落基山脉的山脉和高原。但事实上并没有出现这种情况。

南美洲西侧的安第斯山脉按照目前的理论可以解释,但东侧也没有类似规模的山脉,这些例子都说明当前的模型并不是普遍的真理。

二、山脉和高原简介

山脉是沿一定方向延伸,包括若干条山岭和山谷组成的山体,因像脉状而称之为山脉。主要是由于地壳运动中的内应力作用,有明显的褶皱,从而区别于山地,而山地则是在一定的力的作用下,褶皱现象不明显。构成山脉主体的山岭称为主脉,从主脉延伸出去的山岭称为支脉。几个相邻山脉可以组成一个山系,如喜马拉雅山系等。

海拔高度一般在1000米以上,面积广大,地形开阔,周边以明显的陡坡为界,比较完整的大面积隆起地区称为高原。高原与平原的主要区别是海拔较高,它以完整的大面积隆起区别于山地。高原素有“大地的舞台”之称,它是在长期连续的大面积的地壳抬升运动中形成的。有的高原表面宽广平坦,地势起伏不大;有的高原则山峦起伏,地势变化很大。世界最高的高原是中国的青藏高原,面积最大的高原为南极冰雪高原。高原最本质的特征是︰地势相对高差低而海拔相当高。高原分布甚广,连同所包围的盆地一起,大约共占地球陆地面积的45%。

国外主要高原有:南极高原、巴西高原、伊朗高原、南非高原、拉布拉多高原、东非高原、埃塞俄比亚高原、蒙古高原、阿拉伯高原、德干高原、中西伯利亚高原、圭亚那高原、巴塔哥尼亚高原等。

三、大陆漂移与山脉高原的成因模型

图3是梁光河教授提出的大陆漂移原动力模型基础,并以活动论的观点给出的一个大陆板块运动前和运动后的模型。上图(A)是大陆板块运动前的初始状态,下图(B)是大陆板块向左运动一段距离后的状态。由于大陆板块是漂浮在大洋板块之上的,因此陆块必然要切割一定深度的洋壳板块(浮力原理),当板块在岩熔热力不平衡驱动下漂移运动后,大陆板块前方会像推土机一样铲起来部分洋壳板块物质,同时由于挤压作用,陆块本身也将产生褶皱和隆升,这样在大陆板块前端(前进方向上)将形成山脉和高原,部分深部岩熔物质也会随之沿着褶皱构造形成的断裂带上涌引起火山爆发。而在大陆板块后面将形成盆地,这些盆地切割深度应该很深,但很快会被新的沉积物充填,形成巨厚的深海沉积(物源来自于大陆板块尾部的物质)。

通过简单的理解和基本推理,我们也可以这么认为,如果这里给出的模式是正确的,那么该模式在现实中必然会存在二个明显特征:

(1)在大陆板块漂移的前方形成山脉和高原,并发生火山爆发。

(2)在大陆板块漂移的后方形成巨厚的深海沉积。

 

图3.上图(A)是大陆板块运动前的初始状态,下图(B)是大陆板块向左运动一段距离后的状态。

本模式也适用于陆陆碰撞的情况,道理很简单,板块运动的前方无论是陆地还是海洋都会产生类似的现象(不同点仅仅是存在一定深度的海水,这个海水深度相对于板块的深度非常小)。

四、实际例证

现代GPS测量已经证实,美洲(包括南美和北美)大陆板块整体是由东向西漂移的。

图4分别给出了两条剖面线,一条AB线横跨北美洲,另一条CD线横跨南美洲。可以很清楚地看出,该模式与实际情况吻合良好。北美洲的落基山脉和南美洲的安第斯山脉分别与模式中的造山带能够得到很好地匹配。这两条山脉也是火山活动带及地震带。

图5显示的是全球现代海洋沉积物厚度分布图,从图中可以清楚地看出北美洲东南部(靠近B点)区域有巨厚的海洋沉积物分布(红色部分),从色标可以估计沉积厚度可达万米,而靠近A端部分则没有巨厚的现代海洋沉积物。南美洲也存在类似的情况,南美洲东南部也存在巨厚的现代海洋沉积物。这符合了本文模型的第2条特征。

图4.美洲地形图与大陆漂移山脉成因模式(据百度,2013修编)

 

图5.全球海洋沉积物厚度分布图与大陆漂移山脉成因模式图(据NOAA, 2013修编)

从该图中还可以很清楚地看出,印度板块向北漂移后,在其后面孟加拉湾边缘海沉积了地球上最厚的海洋沉积,最厚可达20000米,也就是20公里(图5中印度南边的红色区域所示)。这也完全符合本文给出的山脉高原成因模型,众所周知的喜马拉雅山脉和青藏高原就是印度板块向北挤压所形成的,也是著名的火山岩分布区和地震活动区。因此在亚洲的青藏高原也完全符合本文给出模型的二个特征。这说明本文给出的模式也符合陆陆碰撞造山带。

五、结论

1.当板块在岩熔热力不平衡驱动下漂移运动后,大陆板块前方会像推土机一样铲起来部分洋壳板块物质,同时由于挤压作用,陆块本身也将产生褶皱和隆升,这样在大陆板块前端(前进方向上)将形成山脉和高原,部分深部岩熔物质也会随之沿着褶皱构造形成的断裂带上涌引起火山爆发。而在大陆板块后面将形成盆地,这些盆地切割深度应该很深,但很快会被新的沉积物充填,形成巨厚的边缘海深海沉积(物源来自于大陆板块尾部的物质)。

2.该模式在现实中必然会存在二个明显特征:

(1)第一、在大陆板块漂移的前方形成山脉和高原,并发生火山爆发。

(2)第二、在大陆板块漂移的后方形成巨厚的深海沉积。

该山脉高原成因模型在美洲、非洲和欧亚都得到了良好印证,与实际情况吻合良好,基本上能解释所有的山脉高原成因。同时也给出了特提斯闭合的动力机制。