“失落的天堂”是怎样形成的？

梁光河

中国科学院矿产资源研究重点实验室，中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院大学

lgh@mail.iggcas.ac.cn

本文为中国大百科全书出版社特邀撰写，发表在《百科知识》2017年第3期

在印度洋宽广的蓝色海域中，呈南北向展布着一个岛链，有一串如同被白沙环绕的绿色岛屿，它就是马尔代夫群岛。白沙多位于热带、亚热带海域，是珊瑚贝类等破碎化的产物，主要成分是碳酸钙等，因此呈现出白色（图1）。

除了清澈的海水、白沙滩、热带天气，马尔代夫丰富的植被为游客提供了返璞归真的自然体验。很多游客在领略过马尔代夫的蓝、白、绿三色后，都认为它是地球上最后的乐园。有人形容马尔代夫是上帝抖落的一串珍珠，也有人形容这里是一片碎玉，这两种形容都很贴切，白色沙滩环抱的海岛就像一粒粒珍珠，而珍珠旁的海水就像是一片片的美玉，西方人因此喜欢称呼马尔代夫为“失落的天堂”。

这个美丽的群岛是怎样形成的呢？

图1 马尔代夫美丽的海景（据百度图片）

在解释这个问题之前，我们先来了解一下马尔代夫群岛的基本情况。

马尔代夫位于印度南方650千米的海域，由北向南经过赤道形成了一条长长的礁岛群带。它由26组环礁组成，这些环礁包括1192个珊瑚礁岛，其中199个岛屿有人居住，991个为荒岛。这些岛屿都是因为古代海底火山爆发而成，有的中央突起成为沙丘，有的中央下陷成环状珊瑚礁圈。

印度洋中北部有两个明显的海岭，东侧的叫九十度东海岭（Ninety East Ridge），中间的叫查戈斯拉克代夫海岭（Chagos Laccadive Ridge），马尔代夫群岛只是该海岭北部的一小段。

马尔代夫群岛总面积约9万平方千米（含领海面积），陆地面积约298平方千米。群岛南北长约820千米，东西宽约130千米，岛屿平均面积为一两平方千米，地势低平，平均海拔1.2米。由于位于赤道附近，马尔代夫因而具有明显的热带气候特征，无四季之分。年降水量2143毫米，年平均气温28℃。

大洋中的岛屿按成因可分为冲积岛、大陆岛、火山岛和珊瑚岛。马尔代夫群岛是在火山岛基础上发展起来的珊瑚岛。这些火山岛为什么会有规律地呈线性排列，又为何会从地下深处喷发出来，一直是一个谜。

图2 马尔代夫岛链和印度洋（据美国NOAA地形地貌图修编）

前人这样说

关于马尔代夫的成因机制，在地球科学领域一直存在很大争议，前人对马尔代夫群岛的成因有两种观点，一种观点认为是地幔柱成因，另一种观点认为是一条古洋中脊。

地幔柱假说认为，地下深处存在一个类似燃烧着的火炉，它在地球深部烘烤着大洋板块，使其发生熔融，为火山喷发提供岩浆来源。这个热点是不会移动的，随着印度洋板块的不断漂移运动，在印度洋底产生一系列线性分布的火山岛。这些火山岛的形成年龄具有严格的时间-空间线性变化。但这个观点对于马尔代夫的形成原因上却说不通，一是在马尔代夫岛链上的岩石测年数据大多分布在40Ma-60Ma（Ma百万年）之间，而且没有严格的时间-空间线性变化特征；二是很难解释这个地方深处为何一直存在一个热点，这个热点为什么会一直呆在原地不动。

   古洋中脊的观点（古洋中脊是指已经死掉或者不活动的洋中脊）也难以成立，一是洋中脊上应该存在所谓的转换断层（转换断层通常应该垂直于洋中脊分布），但在马尔代夫岛链上根本不存在这样的转换断层；二是印度洋的地质演化历史并不支持该区域存在这个古洋中脊。

既然这个两种成因假说都不成立，那么马尔代夫群岛到底是怎样形成的？

成因机制新认识

要弄清楚马尔代夫的成因，需要先了解大陆漂移和海底扩张两个地球科学中的基本假说。

大陆板块存在大规模水平漂移是地球上的普遍现象，而且当前还在运动，现代精确GPS测量和古生物古地磁都有确凿证据说明大陆板块会漂移，但其漂移的源动力是什么？德国科学家魏格纳在100年前提出大陆漂移学说，他认为大陆板块自己会漂移，动力主要包括两个，一是因地球自转存在一个指向赤道的离极力；二是因地球自转产生向西的力。

其后，地球物理学家经过计算发现这两个力非常小，不足以推动巨大的板块克服阻力发生漂移，更不符合逻辑的是这两个力都是系统作用力，也就是说他们针对地球上的所有大陆板块都是一样的，那么现实中应该发生大陆板块统一向赤道漂移或向西漂移的情况，事实上并没有发生这种现象。魏格纳提出的漂移动力因而被业界否定。

魏格纳后来也承认，大陆运动的起因这一难题的真正答案仍有待寻找，大陆漂移理论中的牛顿还没有出现。

为了解释大陆漂移的动力来源，美国科学家赫斯于1961年提出了海底扩张学说。海底扩张假说认为，由于洋中脊不断喷发的玄武岩造成了海底扩张，像传送带一样拖动大陆板块发生漂移。基于泛大陆的裂解（泛大陆或者叫超级大陆，是指侏罗纪末期的那个全球唯一的超级大陆，当时全球的主要大陆板块都拼合在一起，这些大陆包括欧亚大陆，北美大陆，南美大陆，非洲大陆，澳大利亚大陆和南极大陆，后来发生了裂解漂移形成了当前的地形地貌），其结论是现代海洋中的洋壳板块都是160Ma以后的，洋中脊附近因为都是新生成的岩石，其年龄应该是0。事实果真如此吗？

著名地学院士任纪舜等人于2015年在《地质评论》上发表了一篇论文——“寻找消失的大陆”，通过全球深海钻探、海洋地质和地球物理调查表明全球大洋中存在大量的古大陆残片。按照海底扩张假说，洋中脊上岩石年龄应该接近于0，事实上却并不是这样的，在赤道大西洋洋中脊附近发现大量古老的大陆岩石分布，这些岩石年龄少则300Ma-330Ma，多则1600Ma-1850Ma。这与传统的海底扩张假说完全不符。大洋中的古大陆残片的发现否定了海底扩张假说。

赫斯等人是基于太平洋东北角和大西洋北部局部的磁异常带与洋中脊平行提出海底扩张假说的，那么全球所有的磁异常条带都与洋中脊平行吗？

2007年，法国地质局编绘了目前全球唯一的世界磁异常图，遗憾的是该图否定了条带状磁异常与洋中脊平行的这种所谓普遍规律。众所周知，红海是一个新生代才裂开的新海洋。按照海底扩张假说，磁异常条带必定和洋中脊呈现条带状平行分布，但实际上并不是这样，在红海西部，磁异常条带几乎与洋中脊垂直，而在红海东部磁异常也并不呈条带状，而是呈现团块状沿着洋中脊分布，没有平行分布的特征。也许有人说，红海是一个还没有被完全扩张开的海洋，所以磁异常条带与洋中脊不平行。不过，邻近红海的印度洋是一个成熟的大洋，那里的洋中脊按照假说应该与磁异常带平行。可二者之间并没有平行关系。事实上在太平洋和大西洋等全球区域，大多数地区的磁异常条带并不平行于洋中脊。

既然海底扩张不存在，那么到底是什么原因使大陆板块发生了大规模的水平漂移？

从地热学我们知道大陆上平均地温梯度是每百米增温3℃，超深钻探也验证了这个地温梯度的正确性。这就意味着地表之下40千米处的温度可达1200℃，大洋地温梯度远高于大陆，在1200℃的高温下绝大部分岩石会变成熔融状态的岩浆。

新的大陆漂移说认为，大陆板块是飘浮在大洋板块上的，其主体部分沉入大洋板块中，随着深度的增加温度逐渐增高，岩石逐渐由弹性变为软塑性（图3），导致大陆板块底部飘浮在大洋深处的岩浆上。

我们可以形象地把大陆漂移比喻成“平底热锅里会自己跑的黄油”。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，使得大洋深处的岩浆上涌。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被温度较低的海水熄灭，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。其基本逻辑很简单：大陆板块运动中其前方处于挤压环境，地下深处的岩浆无法外泄，其后面处于开放环境，地下深处的岩浆持续上涌，推动大陆板块向前运动。

图3 新大陆漂移模型，A是漂移前的状态，B是漂移后的状态（梁光河，2013）

根据这个模型，大陆板块漂移后会留下尾迹，也可能会留下火山岛链、大陆碎片遗撒物。据此我们可以很容易通地过大陆板块漂移过后的尾迹来追踪其来源及漂移方向。这与刑侦活动中对足迹的分析类似，通过简单分析就可以大致判断嫌疑人的去向。

位于印度洋的马尔代夫群岛就是这样一个典型。众所周知，印度大陆板块（主要包括当前的印度陆地）是从南往北正快速移动的一个较大板块，印度大陆板块从印度洋中部漂移到当前位置，并与欧亚板块碰撞拼合，前端形成了著名的青藏高原和喜马拉雅山脉。它漂移后在印度洋上留下了深切割的海沟，使得这些区域的洋壳变薄，引起印度洋深处的岩浆沿着这条薄弱的深切割海沟喷（涌）出，产生了这些岛链。从图4中我们可以很清楚地看出，印度板块向北漂移中在尾部遗留下来一个明显的刮痕，形成了马尔代夫火山岛链。

图4 新大陆漂移模型与印度板块漂移状态吻合

新大陆漂移模型能合理解释大洋中存在的诸多地形地貌特征，也能合理解释太平洋中那些线状火山岛的成因机制，推测出它们曾经是大陆板块漂移后留下的轨迹和薄弱地带。

大陆板块漂移后会在大洋中留下类似车辙的深沟，这些深沟是大洋板块的薄弱地带。在大陆板块漂移过后，大洋板块深部的岩浆可能会涌（喷）出。按照这个推论，大陆板块漂移后应该在洋壳上留下切割深度差不多的海沟，喷发出连续的火山岛。为什么马尔代夫岛链上不是连续喷发的火山岛，而是隔一段一个火山岛而且不均匀分布呢？

道理其实很简单，由于地球演化的历史上温度不断变化，造成了全球海平面的持续性非稳定周期变化，有时候气温升高，海平面上升，在这个期间大陆板块浮力就大，其漂移过程中切割洋壳深度就浅一些；当全球海平面下降时，这个期间大陆板块的浮力相应减小，其漂移过程中切割洋壳的深度就大一些。因此，最终在洋壳深部受压的情况下，岩浆会在切割深的区域喷出。

为什么在马尔代夫岛链的最北部会出现一个扫尾特征，这个岛链并没有指向印度板块的最尾端，而是出现一个大转弯呢？这是由于印度板块在向北漂移的过程中伴随着逆时针旋转，古地磁和现代GPS测量表明，印度大陆板块在北漂过程中的确伴随着逆时针旋转。在这种强劲的旋转漂移过程中，由于受力不均衡使得斯里兰卡板块裂解脱离了印度大陆板块，同时也使印度板块尾部出现了一个明显的扫尾特征。

现代地质已经证实，印度板块在北漂过程中，其前方（北面）存在一系列大小不一的板块，他们被印度板块推着在新生代向北漂移（图5）。印支板块（主要包括泰国、老挝和柬埔寨）是一个克拉通板块（克拉通是大陆地壳上的古老而稳定的部分），推测其处于印度板块的东侧，在印度板块前面独自漂移，由于克拉通板块切割较深，在印度洋海底留下明显的尾迹，据此可以推测出处于马尔代夫东部的九十度海岭是印支板块在北漂中留下的尾迹。印支板块在印度板块和欧亚板块碰撞后，又被挤出形成了现今的地形地貌特征。

图5印度板块北漂及小陆块汇聚过程示意图（据Scotese 2004和刘成林,2015修编）。

被证实的假设

既然新大陆板块漂移模式对上述问题给出了合理的解释，那么它是否能得到地质学家的认可呢？

图6给出了美国一个石油勘探公司在印度洋孟加拉湾所做的一条人工反射地震勘探剖面。从该剖面我们可以看出，其勘探深度可达40千米，如果考虑到地下深处的温度变化规律，就会发现，该剖面正好位于新大陆漂移模型的尾部，完全吻合新的大陆漂移模型。地质学家已经证明，印度板块是白垩纪开始从遥远的南极洲分离出来并漂移到当前位置的。

该模型不但合理地解释了马尔代夫岛链的成因机制，也能合理地解释其附近发现的大陆板块残片，它们应该是印度板块漂移过程中遗撒的大陆残片。同时该模型也能合理解释新西兰、冰岛、日本、台湾陆块的成因及西北太平洋岛弧成因。

图6 印度洋孟加拉湾高分辨率人工地震勘探揭示的深部结构与新大陆漂移模型吻合

本文给出的证据说明其成因机制是大陆漂移，它源于印度大陆板块从印度洋中部漂移到当前位置，并与欧亚板块碰撞拼合，前端形成了著名的青藏高原和喜马拉雅山脉。印度大陆板块漂移后在印度洋上留下了深切割的海沟，使得这些区域洋壳变薄，引起印度洋深处的岩浆沿着这条薄弱的深切割海沟喷（涌）出，产生了这些火山岛链。