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冰岛是沿洋中脊自南方漂移过来的大陆板块

已有 9503 次阅读 2017-8-7 10:51 |个人分类:海底扩张|系统分类:论文交流| 海底扩张, 冰岛, 大陆漂移, 地幔柱

冰岛是沿洋中脊自南方漂移过来的大陆板块

梁光河

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

本文发表在《中国国家地理》2017年第7期,感谢英文主编刘晶对文稿的修改完善!

1 洋中脊上的古老岩石与分叉的中脊线,是“海底扩张”的硬伤

冰岛是坐落在北大西洋洋中脊上的一个岛屿(图1),组成冰岛的岩石都是岩浆岩,以玄武岩分布最广,还有安山岩、流纹岩和花岗岩等,仅从地表看,冰岛似乎完全是由火山喷发形成的。

图1 冰岛在“板块构造”模型中的位置

然而,地质学家们在冰岛上的“洋中脊”上发现了古老的火成岩(图2),测年数据表明其年龄值达1300万年,如果按照“海底扩张”假说,洋中脊上的火山岩都应该是新喷发出来的,年龄应该接近0年,因此,在洋中脊发现1300万年的火山岩就与海底扩张学说相矛盾。

图2 冰岛与洋中脊玄武岩分布特征

而且,冰岛最西部地表岩石年龄达到了1600万年,说明自那个时候开始,那里地表没有覆盖更新的火山岩。与此同时,现代GPS测定北大西洋在冰岛纬度上的扩张速率为2厘米/年,若按冰岛上洋中脊处存在1300万年前的古老岩石来推算,在冰岛中间理应裂出至少260公里宽的裂谷。但实际上我们没有看到这种情况发生,因此“海底扩张”学说在这里并不适用。    

此外,冰岛中间存在着分叉的洋中脊,而且分叉的两支洋中脊上都有活跃的火山活动,对于这个现象,现有的理论也难以给出合理解释。因为在其他地方也发现有分叉的洋中脊,但海底扩张对此的解释是分叉中的一支是死掉的,也就是不活动了。但冰岛不是这样的。

为了解释这些奇怪的地质现象,部分学者把冰岛解释为地幔柱成因,但火山测年数据和岩石学证据都否定了这个说法。测年数据说明该区域没有地幔柱成因的显著特征,即在冰岛上没有发现火山喷发随时间进行空间转移的轨迹。冰岛的岩石和地球化学指标也不支持地幔柱假说。

冰岛发现大量流纹岩和花岗岩,流纹岩是一种大陆地壳成因为主的火成岩,属于酸性喷出岩,其化学成分与花岗岩相同。按照海底扩张和地幔柱假说,冰岛的洋中脊附近不应该出现大量陆壳成因的火成岩。

地球物理探测给出的冰岛地壳厚度分布也不支持海底扩张(图3),如果存在海底扩张,其洋中脊处地壳厚度一定很小(通常3—5公里)。但探测得到冰岛的地壳厚度是20—40公里,而且洋中脊处更厚,达到30—40公里。

3 冰岛地壳厚度分布图

2 “新”大陆漂移观点认为,大陆板块像“平底热锅里的黄油会自己跑

经过数百位地质学家数十年的研究,目前大家的共识是,在冰岛下面存在一个古老的大陆微板块,这个板块在地下热动力驱动下一直在熔融,并产生地热和火山喷发,地表的火山岩是火山喷发堆积起来的。但这个地下深处的微板块为什么能一直待在洋中脊上,而且不被海底扩张这个传送带或者地幔对流裂离洋中脊?这是一个未解之谜。

针对以上种种矛盾,换个思路一切问题都迎刃而解。我认为,前人的研究结论没错,那就是冰岛地下深处存在一个古老的微板块,那是一个古老的克拉通微板块,克拉通板块是指元古代以前形成的大陆板块,其特点是稳定、坚硬、密度大。这些特征在微板块的重力测量和地磁测量上都能够得到证实。但这个古老的克拉通微板块如何跑到冰岛下面的呢?

我认为,在泛大陆裂解过程中(图4),冰岛被裂解形成一个特立独行的小板块,当北美洲和欧洲板块向东西两边裂解分离漂移(也向北漂)的过程中,冰岛沿着另外一个方向(北东)独自飘浮在洋中脊上。

魏格纳的大陆漂移学说认为,当前的大陆板块来自于泛大陆的裂解和之后的漂移,且大陆漂移的动力是潮汐力和离极力。而我提出的“新大陆漂移”说与之不同的是,我认为大陆板块在大洋板块上漂移的动力是大陆板块后面不断涌出的岩浆热动力。

4 泛大陆复原图

我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(有可能是陨石撞击),使得裂缝处地壳深处的岩浆上涌,与大陆板块裂解的同时,洋中脊的裂缝也形成了。在初始阶段,大陆漂移与海底扩张是同时进行的,但洋中脊喷出的岩浆很快被海水熄灭,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所造成的热力推动过程,持续推动着大陆板块的漂移运动。

5 新大陆漂移模型(梁光河,2013

根据新大陆漂移假说的模型(图5),大陆板块漂移后会留下尾迹和巨厚沉积物,也可能会留下火山岛链、大陆碎片遗撒物等。据此我们可以很容易通地过大陆板块漂移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。

图6清楚地展示了冰岛的漂移轨迹:冰岛是从西南方向漂移过来的,目前正向北东方向漂移。现代全球GPS测量也证实目前冰岛正在向北东方向漂移。地表的火山岩是冰岛漂移过程中火山喷发堆积起来的,这个喷发过程使地幔物质和地壳物质混融,这就合理地解释了冰岛上酸性岩浆岩的成因。


6 冰岛在地形地貌图上的尾迹清晰可辨(据NOAA地图修编)

同时,冰岛的古植物和古孢粉研究说明,冰岛在1500万年之前并不在当前的纬度,她位于温带或者亚热带地区。这说明她应该是从遥远的南方漂移过来的。

在美国NOAA给出的北大西洋地区海底沉积物分布图中可以清楚看出,冰岛南部存在厚达3000米的带状深海沉积物,新的大陆漂移模型可以很容易地解释这种现象,冰岛漂移时在其后面切割出较深的洋盆,漂移运动中冰岛板块上不断出现火山喷发,这些火山喷发物就是深海沉积物的物源。如果按照海底扩张假说,在洋中脊附近不应该存在如此厚度的深海沉积物的,这从另外一个方面说明海底扩张不存在,大陆自己会漂移,并留下尾迹。

新大陆漂移假说如何解释冰岛上出现的分叉洋中脊?我认为,洋中脊应该是多个大陆板块漂移中,带动裙边似的大洋地壳相互运动错开的断裂带,并同步形成所谓的转换断层,冰岛上的洋中脊分叉也是周边大陆板块差异(旋转)运动造成的断裂现象。冰岛是沿着洋中脊自南而北漂移运动到现在的位置的,冰岛之所以沿着洋中脊漂移,是因为这个方向受到的阻力最小。北大西洋的磁异常条带用新大陆漂移说也能得到很好的解释。

科普-大地构造发展三部曲

现代大地构造学说的发展历程是三部曲:“大陆漂移—海底扩张—板块构造”,大陆漂移由魏格纳(Wegener)于1912年提出,海底扩张由赫斯(Hess)于1961年提出,板块构造由摩根(Morgan)于1968年提出。三个学说都基于 “大陆板块漂浮在较重的粘性大洋软流层上”这一基本出发点。都承认大陆板块会漂移。关键的不同是大陆漂移学说认为大陆板块自己会在大洋板块上漂移。而海底扩张和板块构造学说认为大陆板块不会自己漂移,是洋中脊持续喷发的岩浆不断生成新的洋壳,产生的海底扩张推动大陆板块发生了漂移。魏格纳认为大陆漂移的动力是潮汐力和离极力,而梁光河提出的新大陆漂移说认为,大陆板块自己会在大洋板块上漂移,动力是大陆板块后面不断涌出的岩浆热动力推动大陆发生漂移。形象地比喻:“就好像很多轮船(大陆板块)漂浮在大洋上(大洋软流圈)”。它们的关键不同点是:大陆漂移说认为轮船能够自己行走,海水是不动的;而海底扩张说和板块构造说认为轮船是自己不会行走的,是依靠海水流动(动力源是地幔对流)带动轮船行走。




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