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      地質界存在兩大疑案之一:印度板塊為什么漂移速度更快?

      發布時間:2018-01-11收藏本文關閉本文


      印度板塊為什么漂移速度更快?

      地質界存在兩大疑案,一是為什么自白堊紀至今印度板塊漂移速度遠遠高于非洲板塊?其二是東非大裂谷的成因。本文試圖以一個全新的角度回答這兩個問題。


      一、問題提出


            大陸會發生大規模水平漂移是由魏格納一百多年前最早提出,并得到了后續無數地質學家的認可。美國科學家根據古地磁和古生物恢復了白堊紀以來全球大陸漂移過程(圖1),從中我們發現印度板塊自100Ma至今從南極洲飛速向北漂移。其動力機制是什么?為什么她漂移速度遠遠大于非洲板塊?東非大裂谷的成因機制是什么?這些疑問是現代地質界的大懸案,用傳統的板塊構造和海底擴張假說難以解釋,用地幔柱假說也得不到合理解釋。

      圖1白堊紀至今大陸聚散重建(據Columbia university)

      白堊紀印度板塊向北運移的速度可達18cm/yr左右(Lee and Lawver, 1995),而其周圍的板塊運動速度相當慢,大西洋的擴張速度僅為1~2cm/yr (萬天豐,2011),也就是說非洲板塊的漂移速度為1~2cm/yr,它們之間相差一個數量級。顯然印度大陸板塊的漂移與大西洋的擴張沒有多大關系。它與澳大利亞板塊的漂移有關嗎?顯然也沒有多大關系,因為澳大利亞板塊是大約50Ma才從南極洲快速向北漂移的,它們二者根本就不同步,現代板塊構造中將二者強行劃為一個所謂的印度-澳大利亞板塊(簡稱印奧板塊)是不對的。因此印度板塊飛速向北漂移的動力機制一直困擾著地球科學研究者。當前對其的流行解釋是印度大陸板塊是一個活化的克拉通板塊,所以其漂移速度快,但為什么印度板塊會被活化,則沒有合理的解釋。本文認為印度板塊的確是一個活化的克拉通板塊,但為什么活化則另有解釋。


      來自印度的古地磁證據說明,在180Ma的時間里,印度向北至少漂移了8000km以上,而且伴隨著高達近60度的逆時針旋轉(圖2)。

      圖2印度板塊漂移軌跡(改自Gary A. Glatzmaier,2013

      東非大裂谷是中新生代形成的巨型裂谷,南北長度約7000公里,且正在活動中。其成因機制一直是困惑全世界地質學界的另外一個大問題。按照海底擴張和板塊構造假說,非洲板塊四面都有洋中脊,應該是處于四面擠壓環境,為什么會裂解出紅海和東非裂谷?這是漲性伸展環境下才可能發生的,因此海底擴張對此難以給出合乎邏輯的解釋。地學界還有另外一個假說,那就是地幔柱假說,但美國科學家的研究表明,非洲大裂谷之下不存在上地幔異常(高尚行,2014),因此非洲裂谷的成因與地幔柱無關。


      二、新大陸漂移模型


      既然傳統模型難以對上述問題進行合理解釋,那么有必要用新的模型進行解釋。新大陸漂移模型(圖3)認為:大陸板塊可以在熱力驅動下自己發生漂移,動力機制是大陸板塊漂移劃開洋殼引起巖漿不斷上涌,在陸塊后面冒泡,巨大的巖漿熱動力推著板塊往前跑。我們可以形象地把大陸漂移比喻成“平底熱鍋里的黃油會自己跑”。這個運動過程是基于大陸板塊首先發生裂解,產生了一個裂縫和巖漿上涌,在初始階段,大陸漂移與海底擴張一致,但洋中脊噴出的巖漿很快會被海水熄滅,因此海底擴張不能持續,但大陸板塊漂移后在其后面持續不斷地涌出巖漿并不斷被海水熄滅,這個熱力推動過程才能持續推動大陸板塊向前漂移。


      該模型有如下特征:

      (1)大陸板塊的最前方因受到擠壓,增壓升溫產生地殼流,洋殼隆起;

      (2)大陸板塊前部會產生逆沖斷層、造山帶、火山帶、地震帶;同時地殼流的上涌會在大陸板塊前部的部分薄弱帶出現伸展構造;

      (3)在大陸板塊后部產生巨厚沉積和正斷層;大陸板塊尾部會有拖尾隆起,可能留下火山島鏈、大陸碎片遺撒物。

      圖3新大陸漂移模型(改自梁光河,2013)


      三、基于新模型的解釋


      根據新大陸漂移模型,非洲板塊在大西洋裂解過程中,向北東方向漂移,這個巨大板塊漂移過程中,其前部會形成巨大的地殼流上涌帶(圖4)。印度為什么跑得快?回答很簡單,印度板塊在此期間漂移在非洲板塊形成的地殼流上,像沖浪一樣。因為該上涌的地殼流是區域熱上涌區,可以理解為上地幔上涌,使得印度板塊漂移的動力更強速度更快。非洲板塊形成的地殼流上涌帶呈北北東向展布,正處在印度板塊北漂的必經之路上。由此也可以推斷印度板塊的確是一個活化的克拉通板塊,其活化的機制是因為其長期漂移在非洲板塊形成的地殼流上,溫度更高使得印度板塊底部發生熔融,地殼減薄。通??死ò鍓K地殼厚度可達百公里以上,而印度板塊的地殼厚度目前只有60-80Km。


      圖4新大陸漂移模型與東非大裂谷和印度板塊漂移區域(基于NOAA地圖)

      為什么會形成東非大裂谷?回答也很簡單,基于新大陸漂移模型,由于非洲板塊前部的地殼流會在非洲板塊前部,沿部分薄弱地區上涌出現伸展構造(圖4中紅色箭頭指示的區域),該伸展構造就是地殼流上涌的結果,也是東非大裂谷的成因機制。該薄弱地區處于非洲板塊前期漂移過程中,所形成的造山帶中的山間斷坳帶。


      四、結論


      新大陸漂移模型可以合理解釋地質界的兩大懸案,一是印度板塊為什么相對于非洲板塊會快速漂移?那就是印度板塊從白堊紀中期至今長期漂移在非洲板塊形成的地殼流上涌區帶上,類似沖浪一樣,地殼流上涌形成更強勁的熱動力,使得印度板塊漂移速度更快。二是東非大裂谷的成因機制問題,那就是非洲板塊漂移過程中地殼流沿薄弱地帶上涌所致。






      (資料來源:)

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