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地质界存在两大疑案之一:印度板块为什么漂移速度更快?

发布时间:2018-01-11收藏本文关闭本文


印度板块为什么漂移速度更快?

地质界存在两大疑案,一是为什么自白垩纪至今印度板块漂移速度远远高于非洲板块?其二是东非大裂谷的成因。本文试图以一个全新的角度回答这两个问题。


一、问题提出


      大陆会发生大规模水平漂移是由魏格纳一百多年前最早提出,并得到了后续无数地质学家的认可。美国科学家根据古地磁和古生物恢复了白垩纪以来全球大陆漂移过程(图1),从中我们发现印度板块自100Ma至今从南极洲飞速向北漂移。其动力机制是什么?为什么她漂移速度远远大于非洲板块?东非大裂谷的成因机制是什么?这些疑问是现代地质界的大悬案,用传统的板块构造和海底扩张假说难以解释,用地幔柱假说也得不到合理解释。

图1白垩纪至今大陆聚散重建(据Columbia university)

白垩纪印度板块向北运移的速度可达18cm/yr左右(Lee and Lawver, 1995),而其周围的板块运动速度相当慢,大西洋的扩张速度仅为1~2cm/yr (万天丰,2011),也就是说非洲板块的漂移速度为1~2cm/yr,它们之间相差一个数量级。显然印度大陆板块的漂移与大西洋的扩张没有多大关系。它与澳大利亚板块的漂移有关吗?显然也没有多大关系,因为澳大利亚板块是大约50Ma才从南极洲快速向北漂移的,它们二者根本就不同步,现代板块构造中将二者强行划为一个所谓的印度-澳大利亚板块(简称印奥板块)是不对的。因此印度板块飞速向北漂移的动力机制一直困扰着地球科学研究者。当前对其的流行解释是印度大陆板块是一个活化的克拉通板块,所以其漂移速度快,但为什么印度板块会被活化,则没有合理的解释。本文认为印度板块的确是一个活化的克拉通板块,但为什么活化则另有解释。


来自印度的古地磁证据说明,在180Ma的时间里,印度向北至少漂移了8000km以上,而且伴随着高达近60度的逆时针旋转(图2)。

图2印度板块漂移轨迹(改自Gary A. Glatzmaier,2013

东非大裂谷是中新生代形成的巨型裂谷,南北长度约7000公里,且正在活动中。其成因机制一直是困惑全世界地质学界的另外一个大问题。按照海底扩张和板块构造假说,非洲板块四面都有洋中脊,应该是处于四面挤压环境,为什么会裂解出红海和东非裂谷?这是涨性伸展环境下才可能发生的,因此海底扩张对此难以给出合乎逻辑的解释。地学界还有另外一个假说,那就是地幔柱假说,但美国科学家的研究表明,非洲大裂谷之下不存在上地幔异常(高尚行,2014),因此非洲裂谷的成因与地幔柱无关。


二、新大陆漂移模型


既然传统模型难以对上述问题进行合理解释,那么有必要用新的模型进行解释。新大陆漂移模型(图3)认为:大陆板块可以在热力驱动下自己发生漂移,动力机制是大陆板块漂移划开洋壳引起岩浆不断上涌,在陆块后面冒泡,巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。我们可以形象地把大陆漂移比喻成“平底热锅里的黄油会自己跑”。这个运动过程是基于大陆板块首先发生裂解,产生了一个裂缝和岩浆上涌,在初始阶段,大陆漂移与海底扩张一致,但洋中脊喷出的岩浆很快会被海水熄灭,因此海底扩张不能持续,但大陆板块漂移后在其后面持续不断地涌出岩浆并不断被海水熄灭,这个热力推动过程才能持续推动大陆板块向前漂移。


该模型有如下特征:

(1)大陆板块的最前方因受到挤压,增压升温产生地壳流,洋壳隆起;

(2)大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带;同时地壳流的上涌会在大陆板块前部的部分薄弱带出现伸展构造;

(3)在大陆板块后部产生巨厚沉积和正断层;大陆板块尾部会有拖尾隆起,可能留下火山岛链、大陆碎片遗撒物。

图3新大陆漂移模型(改自梁光河,2013)


三、基于新模型的解释


根据新大陆漂移模型,非洲板块在大西洋裂解过程中,向北东方向漂移,这个巨大板块漂移过程中,其前部会形成巨大的地壳流上涌带(图4)。印度为什么跑得快?回答很简单,印度板块在此期间漂移在非洲板块形成的地壳流上,像冲浪一样。因为该上涌的地壳流是区域热上涌区,可以理解为上地幔上涌,使得印度板块漂移的动力更强速度更快。非洲板块形成的地壳流上涌带呈北北东向展布,正处在印度板块北漂的必经之路上。由此也可以推断印度板块的确是一个活化的克拉通板块,其活化的机制是因为其长期漂移在非洲板块形成的地壳流上,温度更高使得印度板块底部发生熔融,地壳减薄。通常克拉通板块地壳厚度可达百公里以上,而印度板块的地壳厚度目前只有60-80Km。


图4新大陆漂移模型与东非大裂谷和印度板块漂移区域(基于NOAA地图)

为什么会形成东非大裂谷?回答也很简单,基于新大陆漂移模型,由于非洲板块前部的地壳流会在非洲板块前部,沿部分薄弱地区上涌出现伸展构造(图4中红色箭头指示的区域),该伸展构造就是地壳流上涌的结果,也是东非大裂谷的成因机制。该薄弱地区处于非洲板块前期漂移过程中,所形成的造山带中的山间断坳带。


四、结论


新大陆漂移模型可以合理解释地质界的两大悬案,一是印度板块为什么相对于非洲板块会快速漂移?那就是印度板块从白垩纪中期至今长期漂移在非洲板块形成的地壳流上涌区带上,类似冲浪一样,地壳流上涌形成更强劲的热动力,使得印度板块漂移速度更快。二是东非大裂谷的成因机制问题,那就是非洲板块漂移过程中地壳流沿薄弱地带上涌所致






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