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新西兰从哪里来?

已有 11310 次阅读 2013-9-30 14:45 |个人分类:新西兰|系统分类:论文交流| 新西兰

新西兰从哪里来?

Where New Zealand come from?

梁光河

(本文为2013年第六届全国构造地质与地球动力学学术研讨会部分内容)

    新西兰(图1a-1b)是位于南半球上的著名岛国,关于其成因模式一直是沿用板块构造和海底扩张来解释的。但在这个成因模式太牵强了。下图2是目前对该模式的权威解释,该假说模式解释为两个洋壳板块在此俯冲下插,生成了新西兰岛链(也就是说是原地形成的),没有见到确凿的证据,仅仅是一种猜想,但已经成为权威结论。

图1a 新西兰在全球地形地貌图上的位置(据美国NOAA)

图1b 新西兰在google-earth图上的位置

图2 传统的海底扩张假说给出的西南太平洋及新西兰的成因及演化模式 (J.Collot, et al 2011)

   新西兰出露古生界-远古宇、三叠系、侏罗系地层,北岛北部还出露白垩系地层。

   根据作者提出的大陆漂移的源动力模型,大陆漂移后应该留有尾迹,好似人们走过后会留下脚印。也类似警察破案,根据足迹可以判断嫌疑人从哪里来,往哪里去。

 可以说现代大地构造学说的发展历程是三部曲:“大陆漂移说—海底扩张说—板块构造说”,三个学说都是基于大陆漂移学说提出的“大陆块漂浮在较重的粘性大洋软流圈上”这一基本出发点。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。大陆漂移说之所以遭到后来者的抛弃就是因为其提出的驱动轮船行走的动力机制是错误的。魏格纳也因此遭到无情抛弃,孤独地客逝在寻找这个力源的野外考察中。

 那么这个驱动大陆漂移的力到底是什么呢?简单地说就是板块运移划开洋壳引起部分熔融的岩浆上涌,在陆块后面冒泡,巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。并在后面留下了尾迹。按照海底扩张假说,陆块漂移后不会留下尾迹,就像海洋中的漂流瓶子一样。而如果陆块自己会漂移,它应该像轮船一样留下尾迹(图3)

图3 大陆漂移、海底扩张和板块构造概念

   下图(图4)很清晰地显示了新西兰小板块运动的轨迹,新西兰分南岛和北岛两部分。应该是后期组合在一起的。南半部的新西兰块体是一个近似长方形的块体,其运动轨迹是其北部明显呈北北东向的一个拖尾(类似船体开过河面形成的拖尾)。而其北半部的惠灵顿块体则呈现不规则的多边体,其运动轨迹也很明显,它是从其北西方向摇摆着漂移到现在位置的,所形成的轨迹也非常特殊,呈现一种摇摆拖尾形状。也就是说新西兰南半部块体先从东北方向漂移到现在的位置,而北半部块体从西北方向摇摆着漂移到现在的位置,两个块体目前还没有接触拼合,中间留有一个小间隙。

   形象的比喻,跑在前面的地块好像一个快艇,基本上沿直线行进,而跑的慢那个地块类似一个小木船,人工划桨摇摇摆摆从西北方向跟了上来,它们总体是从北向南行进。

     为什么一个板块会紧跟着另外一个板块的轨迹前进呢?可以这么理解,板块的漂移永远沿着阻力最小的方向前进,前面的板块已经切割开洋壳了,在这个轨迹上运动阻力就会小很多。就好像我们雨天在泥泞的道路上开车,汽车前轮总是不听方向盘的使唤,往往轮子会打滑到前面的车辙里。其基本道理应该是一样的。

图4 作者新给出的新西兰成因模式

   下图(图5)展示了该地区的重力异常特征和地形地貌特征,都表现出非常明显的运动轨迹。

   图5  新西兰区域重力异常和地形地貌特征均反映出其来源轨迹

   新西兰板块目前是否正向西南方向漂移?SimonC. Cox和Rupert Sutherland在2007年的研究资料中已经给出了答案(图6),下图左上角给出了一个37毫米/年的运动速度,方向朝西南,但他们解释为澳大利亚板块对太平洋板块的漂移速度。并认为澳大利亚板块和太平洋板块的边界线就在新西兰的东侧。如果理解为新西兰岛自己漂移,这个速度就很容易理解了。如果这个速度正确的话,其漂移速度不慢,10Ma时间里可以漂移达370公里。

图6 新西兰地质图和运动矢量图(据SimonC. Cox and Rupert Sutherland,2007)

   Reichgelt等人2013年对新西兰南岛最南端的奥塔哥(Otago)硅藻土中的大量古生物化石研究结果表明,中新世早期(23Ma)新西兰南岛处于湿热的亚热带环境(humid,subtropical),年平均气温18.5o-19.5o(Reichgelt, T.,et al,2013)。而现在新西兰南岛的年平均气温为10o。这说明当时新西兰南岛应该位于当前位置以北数百公里的地方(如图7)。

图7  世界年平均气温分布图

   事实上,在不同的地质时期,地球的气温是变化的(如图8),因此23Ma年前地球的整体气温较现在高约3度,因此去掉这个温度变化量,转换到当前气温条件下,新西兰当前的气温和23Ma前仍然相差约6度。这说明新西兰23Ma年前应该处于以北数百公里到上千公里的地方。

图8  全球气温随时间变化图

   Bannister等人在新西兰南岛的玛珥湖(maar lake)沉积物中发现大量23Ma前的常绿乔木(月桂)古树叶(图9),说明当时其位于亚热带到暖温带之间。

图9  新西兰南岛古树叶化石(Bannister, J. M.,2012)

   这充分说明新西兰南岛是从北部更温暖的地区漂移过来的。因为新西兰南岛南部当前处于亚寒带针叶林带。

   古地磁测量也支持新西兰是从北部漂移过来的。J.P. KENNETT等人2007年在新西兰南岛的尼尔森(Nelson)地区进行了大量古地磁测量,结果表明在17.5Ma年前,新西兰南岛应该位于当前位置以北340±235km的地方(J.P. KENNETTN.D. WATKINS,2007)。其依据是新西兰南岛古地磁测量得到的17.5Ma年前的南极位置与全球标准南极漂移曲线不一致。如果将新西兰南岛往北挪动数百公里,就能很好吻合(下图)。

  事实上,全球磁异常图也能显示出这种板块后留下的磁磁异常特征(如图10)。从该图可以看出,新西兰东侧海域的磁异常特征不支持海底扩张。

图10 新西兰区域磁异常特征

   新西兰两个岛屿漂移的基本原理可用新大陆漂移模型(图11)来得到合理解释:板块运移划开洋壳引起部分熔融岩浆上涌,在陆块后面冒泡,巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。并在后面留下了尾迹。逻辑很简单:大陆板块运动中其前面处于挤压环境,地下深处的岩浆无法外泄。而大陆板块滑过洋壳并切割洋壳,其后面处于开放环境,地下深处的岩浆上涌,推动大陆板块向前运动。这个新模型有如下特征:

1) 大陆板块的最前方因受到挤压产生下地壳流(图1中灰白色部分),使洋壳隆起(类似挤牙膏);

2) 大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带;

3) 大陆板块尾部会有拖尾隆起,可能留下火山岛链(根据切割深度不同)、刮蹭堆积、遗撒物。

图11 大陆漂移模型


结论:以上通过新西兰南北2个岛屿的漂移轨迹证据、重力异常证据、地形地貌证据、GPS测量证据、古植物证据、古地磁证据证明新西兰是从北部漂移过来的。这说明大陆板块自己会漂移。海底扩张假说在这里不能给出合乎逻辑的解释。

   至于这2个小板块运动的动力机制,请参阅博文“大陆漂移的源动力”,实质上是一种热力不平衡驱动机制。

参考文献:

(1)探密地球 

(2)Simon C. Cox,RupertSutherland ,2007, Regional Geological Framework of South Island, NewZealand,and its Significance for Understanding the Active Plate Boundary,A Continental Plate Boundary: Tectonics at South Island,New Zealand  Geophysical Monograph Series 175 Copyright 2007 by the American Geophysical Union.

(3)Reichgelt, T., Kennedy, E. M., Mildenhall, D. C., Conran, J. G., Greenwood, D. R., & Lee, D. E. (2013). Quantitative palaeoclimate estimates for early Miocene southern New Zealand: Evidence from Foulden Maar.Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. Advance online publication. doi: 10.1016/j.palaeo.2013.03.019

(4) Bannister, J. M., Conran, J. G., & Lee, D. E. (2012). Lauraceae from rainforest surrounding an early Miocene maar lake, Otago, southern New Zealand. Review of Palaeobotany and Palynology, 178, 13-34. doi: 10.1016/j.revpalbo.2012.03.015

(5)J.P. KENNETTN.D. WATKINS,2007.Late Miocene—Early Pliocene PaleomagneticStratigraphy, Paleoclimatology,and Biostratigraphy inNew Zealand.Earth Planets Space, 59:841–851

(6)Veevers, J.J. and Z. X. Li, 1991 .Review of sea-floor spreading around Australia.II Marinemagnetic anomaly modelling. Australian Journal of EarthScience, 4:391–408


这些文章的中心思想是“大陆会在热力驱动下自己漂移,并留下尾迹”,反过来,根据板块漂移后留下的尾迹我们也可以推断这些板块从哪里来,去了哪里?地质学实际上是和地理学紧密相关的,比如从这些尾迹上可以很清楚地看出日本列岛和台湾岛的来源。



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