智叟王铮分享 http://blog.sciencenet.cn/u/王铮 中国科学院政策与管理科学研究所研究员兼华东师大、中国科大教授

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环境的演变(3):持续的大陆的漂移 精选

已有 13887 次阅读 2009-5-17 08:49 |个人分类:为科学而科学|系统分类:科研笔记| 地球, 环境, 中生代, 新生代

距今2.3亿年,中生代开始了。中生代由三叠纪、侏罗纪、白垩纪构成,由于恐龙的故事,后面两个纪为人们熟悉。不过恐龙不是中生代才出现的,在古生代的晚期,恐龙已经登场。最早出现的恐龙叫黑瑞龙,这家伙的体型细小,身手非常敏捷,所以在生物竞争中显得所向无敌。到了二叠纪末期,空骨龙出现了,它是很多肉食恐龙和鸟类的原形。当然恐龙的大发展要到侏罗纪。侏罗纪早期食草恐龙发展,它们进化得体型庞大,体型的优势帮助它们了摆脱肉食恐龙的追击。因而这些庞大的家伙的生物的进化进化推到一个新的最高峰,以至于为我们今天的电影导演创造了吸引孩子的票房空间。

中生代开始,世界存在统一的泛大陆——盘古大陆(图8)。关于泛大陆的存在最早的认识来自魏格纳。魏格纳是一个气象学家。他由于患肺结核而住院,疾病中的他看到了非洲的西部与南美洲东部的耦合,产生地球原来是一个泛大陆的想法。后来他收据古生物和地质学的证据,进一步证实了自己的观点,现在所有的大陆,是由古生代末中生代初存在的统一的泛大陆漂移开来的。但是,大陆为什么会漂移呢?他解释不了力的来源,由于这个困难,大陆漂移学说被认为是伪科学。又由于他既不是地质学家也不是地理学家,他被正统学者视为“民科”,在1930年代的一次北极探险中死去。他的学说,直到1960年代还被认为是伪科学。我在文化大革命中,曾经“偷”到一本书,是华东师范大学金祖孟先生写的函授教材,书通过批判大陆漂移,介绍了大陆漂移学说的,后来也没有问过金先生的真实想法。不过我家有另外一本书,是正面讲大陆漂移的,解放前后出的。据父亲说,是他年轻时受雇于一个地质学家,这个地质学家送他的。我讲这个故事是因为1949年后,按照苏联模式,我们中国批判了太多的伪科学:生物学的基因学说、化学的共振论、地质学的大陆漂移学说、地理学的人地关系协调论、经济学的马尔萨斯学说,……,所以我主张慎言“伪科学”。直到1960年代初,两位海洋地质学家H.H.赫斯和R.S.迪茨提出了“海底扩张”的假说。据测定,在太平洋洋底,海岭两侧的地壳向外扩张的速度是每年5~7厘米,在大西洋是每年1~2厘米。大洋底部的地壳面貌大约需要经过两三亿年的变迁,才会发生一次更新式的巨大变化。海底扩张推动了大陆漂移,也成为了现在公认的板块构造学说的重要理论支柱。接着,J.T威尔逊于1966年认为在盘古大陆之前还应存在过更早期的曾拼合一起的早期“泛大陆”。这种大陆崩裂,洋盆的开启与闭合,被理解为具“分久必合,合久必分”特征,泛大陆是可以重复出现的现象。后人称之为威尔逊循环。、

 图 8 中生代开始的盘古大陆

在中生代开始,由于盘古大陆的存在,陆地生物迅速地传播,使得陆地上的动物得以从南极迁徙到北极。这些生物已经不同于古生代的,普遍的证据在此经过古生代末经历过生物大灭绝,有人认为那次生物大绝灭是一颗行星撞击地球的结果。撞击造成了多数物种的灭绝,但同时也成为了新物种多样地、丰富地起来发展起来的“第一次推动”。 整个中生代是温暖和阳光灿烂的,一般认为白垩纪年平均至少比现代高出5°C,这个看法使得一部分地质学者对于当前全球变暖的影响前景持乐观态度。这种温暖和阳光的环境带来了地球上生命的大发展。

大约距今1.65亿年,盘古大陆开始解体,这个解体经历了三个阶段。大约在距今1.8亿年左右,张裂的活动开始进行。沿着北美东岸、非洲西北岸和大西洋中央的岩浆活动,将北美向西北方推移了开来。在南美与北美互相远离的同时,墨西哥湾开始形成。就在同一个时刻,位于另一边的非洲,由于延伸在东非、南极洲和马达加斯加边界的火山喷发,西印度洋的形成。

在盘古大陆分裂后,在中生代的时期,北美和欧亚大陆是同一块大陆,我们有时称之为劳伦西亚(Laurentia)。当中央大西洋开始张裂,劳伦西亚大陆开始顺时针旋转,把北美洲往北方推送,欧亚大陆则向南移动。侏罗纪早期在东亚大量出现的煤炭已不复见,由于亚洲大陆潮湿的气候带移往副热带的干燥区,因此取而代之的是晚侏罗纪时期沙漠及盐的沉积。劳伦西亚大陆这种顺时针的运动,导致了当初将它与冈瓦纳大陆分开的V型古地中海(Paleo-Tethys Ocean)开始闭合。在侏罗纪早期,东南亚聚合而成。一片宽广的古地中海将北方的大陆与冈瓦纳大陆分隔两处。

盘古大陆在侏罗纪中期开始分裂,到了侏罗纪晚期,中央大西洋已经张裂成一狭窄的海洋,把北美与北美东部分隔开来。东冈瓦纳也同时与西冈瓦纳开始分裂。在白垩纪时期,南大西洋张开。印度陆块从马达加斯加分离开来,并加速向北。值得注意的是北美洲与欧洲此时仍然相连,而且澳大利亚大陆此时也还属于南极洲的一部份。

盘古大陆分裂的第二个阶段开始于白垩纪的早期,大约1.4亿年前。冈瓦纳大陆不断地变得破碎,包括南大西洋的张裂,隔开了南美和非洲;以及印度和马达加斯加一起从南极洲漂移开来;还有发生在澳大利亚西缘的东印度洋张裂等等。此时的南大西洋并没有立刻打开,而是像拉开拉链一般地由南向北渐渐张开。这也是为什么南大西洋比较宽的原因。

另外有一些重要的板块运动事件也发生于白垩纪时期。这包括:北美与欧洲开始漂移开来,伊伯利亚半岛以逆时针方向旋转离开法国,印度从马达加斯加分离开来,古巴与西印度群岛从太平洋涌现出来,洛矶山脉的抬升,外来的陆块蓝格尔(在阿拉斯加附近)、史提金尼亚(Stikinia,加拿大附近)到达北美洲西缘。中国台湾也在这个时期生成。

    白垩纪时期全球的气候与侏罗纪、三叠纪时期类似,比今天要温暖许多。有证据表明,恐龙与棕榈树出现在今天的北极圈,南极以及澳大利亚南部地区。虽然早白垩纪时期的极区可能会有一些冰帽存在,但是整个中生代都没有任何大规模的冰帽出现过。 白垩纪时期这样温和的天气状况,部分是因为浅海覆盖了大部分的陆地所导致。温暖的海水从赤道地区可以被往北输送,为极区带来温暖。这些浅海同时也使得部分地区的气候变得温和,就像今天的地中海可以改善欧洲的气候一样有用。舒适的地中海气候创造一个良好的生物环境。

由于气温较高,白垩纪的海平面的高度要比今天高出100~200公尺,使得许多浅海得以覆盖许多陆地。造成高海平面的另一个原因是白垩纪是一个海盆迅速张裂的时期,由于新海盆开始张裂,大洋中的中洋脊取代了海水,使得海水溢到陆地上来。海洋在白垩纪晚期变得更为宽阔,而印度也越来越接近亚洲的南缘。白垩纪晚期发生了小行星撞击地球事件,图9中眼睛标志的位置指出了撞击点恰克斯拉伯(Chicxulub),这个直径16 km大小的星体撞击地球,导致大气成分的变化,引起全球环境突变,新环境杀死了恐龙以及其他许多形式的生命。这样哺乳动物代替爬行动物成为陆地的主人,开始了地球上的一个新的时代——新生代。

新生代被划分为两个纪,第三纪和第四纪,分别开始与距今6500万年和250万年。我们今天就是生活在第四纪的全新世。在最近1万年的全新世,人类的活动改变这环境的演变。

9  距今6600万年的地球海陆分布

 

在新生代早期,进入盘古大陆分裂的第三个阶段,大约在5500~5000万年前,北美与格陵兰从欧洲漂移开来,印度板块开始撞上亚洲大陆,形成了西藏高原和喜马拉雅山。印度与亚洲的碰撞其实只是古地中海在闭合过程中一系列大陆与大陆碰撞的一部份罢了。从东到西所有的大陆与大陆之间碰撞包括有:西班牙与法兰西的碰撞,形成了本宁山脉(Pyrenees);意大利、法兰西与瑞士的碰撞形成了阿尔卑斯山;希腊、土耳其与巴尔干的碰撞,形成了西奈山(Hellenide)和底纳瑞德(Dinaride);阿拉伯半岛与伊朗的碰撞。
   
与碰撞伴生的是分裂:新生代以来,原本与南极大陆相连的澳大利亚陆地,也在此时开始迅速向北漂移,撞上亚洲的东南位置印度尼西亚群岛。2000万年前发生的张裂活动持续到了现代,包括有:红海的张裂使阿拉伯半岛自非洲漂移开来,东非张裂系统的产生,日本海的张裂,让日本往东移动进入太平洋,加里福尼亚湾的开启,使得墨西哥北部及加州一起往北运动。这些活动事件奠定了今日世界的轮廓。

2000万年前开始,南极大陆整个被冰雪所覆盖,同时北方的大陆也开始迅速冷却。世界看起来已经和今天非常类似,不过美国佛罗里达州和亚洲的一部份则还是在海洋的覆盖下。 由于大陆岩石圈受到水平方向的压力,导致了大陆碰撞阶段的山脉抬升作用。虽然此时大陆仍然占据相同的体积,但是它们的表面积则会稍微地减少。于是就全球的尺度来看,在新生代的期间因为大陆被挤压和消亡,造成了海盆逐渐增加,随着海盆的渐渐增大,容纳海水量变多,使得海平面在过去6600万年来持续下降,一般来说在大陆互相碰撞的年代,海平面都比较低。在低海平面出现在大陆碰撞聚合的年代里,陆生植物在大陆间的迁徙路线也被开启,地球的气候变得更具季节性,更重要的是地球的气候趋向冷却下来,这部分起因于大陆地区更多将太阳能反射回太空,而海洋则是把太阳能吸收,同时由于陆地的聚集使得地势升高永冻冰层的范围得以扩大,雪聚集形成冰层,将反射更多的能量回太空,导致大陆冰原出现。因此大陆上冰原一旦形成,必然使海平面更加降低,陆地的范围更大,地球变得更冷,更多的冰在陆地上形成,一直循环下去,构成这样的反馈过程:一旦地球开始变冷(或热),正向回馈的机制就会把地球气候系统推向越来越冷(或热)的境地。在新生代的后期,地球开始变冷,冰原首次在南极洲形成,然后又出现在北半球,导致过去200万年地球进入了一个冰期年代——第四纪冰期。在地球的历史上只有少数几个时期曾经像过去200万年来的偏冷气候。

地球在未来的发展中,海底会继续扩张,大陆会持续漂移,地球的海陆结构会持续演变。图10是人们估计的2.5亿年前的地球海陆和预测的2.5亿年以后的地球海陆分布,在2.5亿年以后的未来世界,地球上出现了新的泛大陆,这个新的大陆被叫做新盘古大陆

 

 

10  大陆的漂移,从2.5亿年前到未来2.5亿年后的海陆分布

 









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