让美国科学家困惑的东非大裂谷成因

The genetic mechanism of the great African rift valley that confuse American scientists

（本文是2014年第三届地球系统科学大会邀请报告部分内容）

梁光河

2014-7-12

东非大裂谷是一个新生代才形成的裂谷，而且还正在形成中（图1）。其成因机制一直是困惑全世界地质学界的一个大问题。

图1 东非正在形成大裂谷（据百度图片修编）

按照海底扩张和板块构造假说，非洲板块四面都有洋中脊四面受压（图2），应该是处于挤压环境并产生逆冲断层，为什么会裂解出红海和东非裂谷？这是涨性环境下才可能发生的事情啊？因此海底扩张对此难以给出合乎逻辑的解释。

图2 按照海底扩张假说非洲板块的受力状态（据百度图片修编）

地学界还有另外一个假说，那就是地幔柱假说，难道真的是地幔柱成因？美国政府最近投资五百多万美元专门对此进行了立项研究（项目名称SAFARI），参与该研究的美籍华人科学家高尚行教授最近（2014年6月23日）被邀请回国给我们做了一个精彩学术报告（展示了原始资料），题目是：SAFARI-Seismic Array for African Rift Initiation。他们通过实施一条横贯非洲南北长达约7000公里的地震接收函数剖面的研究表明：非洲大裂谷之下不存在上地幔异常，因此非洲裂谷的成因与地幔柱无关。这使得美国科学家倍感困惑。

图3 美国SAFARI项目初步结果（据高尚行2014报告）

根据新的大陆漂移模型，这里作者对东非裂谷和红海的成因给出一个合乎逻辑的解释。大陆板块漂移过后，会在其后方刮出一片深海并形成深海沉积物。因此根据这些沉积物的分布特征就可以判断大陆板块当前的受力方向，其受力方向应该垂直于沉积物厚度分布的走向。据此作者给出如图4的非洲大陆板块受力模型（注意这里的非洲大陆板块与传统的非洲板块不是一个概念，它不包括海洋部分）。将此受力模型放到地形地貌图上，可以得到图5的结果。根据此受力模型，非洲板块当前总体应该处于向北漂移中，同时伴随着右旋。刚果盆地起到一个总旋转轴的作用。我们知道刚果盆地是典型的克拉通盆地，也是世界最大的盆地，其面积达337万km²（相比而言我国最大的塔里木盆地面积才53万km²）。因此其像一个钉子一样插入很深（原理见大陆板块的标准形状）。

印度板块受到北西向的推力（左旋北漂中的印度板块），该力传递到伊朗高原转换成近西向，对阿拉伯板块（相对刚性）形成一个巨大推力（图5），非洲板块的北西缘（红海的最西北角的苏伊士运河附近）作为一个支点，类似跷跷板，使得阿拉伯板块东部受到北向拉力，由此产生了红海裂谷（当然红海裂谷的形成还有一个前奏，那就是非洲板块与印度板块曾经发生碰撞，使得阿拉伯板块东缘呈现锯齿状，这个碰撞使得阿拉伯板块与非洲板块之间产生一个初始裂痕，这种碰撞可以得到地球物理的佐证，具体见http://blog.sciencenet.cn/blog-1074480-811580.html）。东非其他大裂谷正是在该作用力复合其他作用力下综合形成的。这里要考虑到非洲的几个相对刚性的克拉通地块。

图4 根据全球海洋和边缘海沉积物分布给出的非洲板块的受力模型

图5非洲板块的受力模型

事实上现代GPS测量结果证实存在这种运动特征（图6），那就是阿拉伯板块东部向北运动速度快，西部向北运动速度慢，符合跷跷板的运动模式。

注意从表面看，非洲整体受力模型仍然是三面受力，好像仍然处在受压环境中。但其实不然，该受力模型与传统的海底扩张模型存在两个本质不同，第一，非洲大陆板块在漂移中存在旋转；第二，板块受力其实是由于在大陆板块底部因热力不平衡而产生向前向上的推力，这个力不是在浅部施加给大陆板块的，因此上地壳部分并不会表现出整体受压。

图6 青藏高原和阿拉伯板块区域现代GPS测量结果(据胡植慶等，2014修编）

结论：海底扩张和板块构造假说并不能合乎逻辑地解释东非裂谷和红海的成因机制，但新的大陆漂移假说可以给出一个合理的解释。（附：新大陆漂移模型）

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探密地球http://blog.sciencenet.cn/u/liangguanghe1