4.3.1 板块与板块运动
地球像一个鸡蛋,它的地壳犹如蛋壳,是个硬壳层,由地球表层各种各样的岩石组成。地壳漂浮在地幔(软流层)之上,虽然其间隔着一层如蛋膜一般的莫霍面,但莫霍面也如蛋膜一样是软的,所以整个地壳就如蛋壳一般盖在软流层上。但是地球有一点和鸡蛋完全不一样,鸡蛋除蛋壳是硬的以外,里面的蛋清和蛋黄都是软的、均一的;而地球呢,它的地壳是硬的、地幔是软的、外核是液体的、内核却又是固体的,它的内部物质并不均一。如果我们让鸡蛋运动,其蛋壳肯定磕碎无疑。地球因为其内部物质更不均一,所以它要运动起来,其地壳必定更容易碎,地球自身要转动,还要围着太阳绕圈,地壳下面的物质还会汹涌,总之它们天天都在运动,而且已经运动了46亿年,所以地球的地壳已经被运动得支离破碎,成为许许多多、大大小小的板块了,地质学家从全球的角度审视以后,把它们分成6个大板块:①太平洋板块;②亚欧板块;③非洲板块;④美洲板块;⑤印度-澳大利亚板块;⑥南极洲板块。
地球与环境
(1)太平洋板块。它是一个海洋性板块,绝大部分都在太平洋里,所以称为太平洋板块。它形成于距今约1.9亿年,其北边以阿留申海沟为界,东北有圣安德烈斯断层与美洲板块为邻,东南以东太平洋海岭和南极洲板块接连,南部以南极洋脊与南极板块相隔,西面从北至南以库里尔海沟、日本海沟、伊豆海沟、马里亚纳海沟、新赫布里底海沟、汤加海沟、克马德克海沟等与美洲板块、亚欧板块和印度洋板块相接。
(2)亚欧板块。位于西太平洋的库里尔海沟、日本海沟、伊豆海沟、马里亚纳海沟以西,爪哇海沟、喜马拉雅山系和阿尔卑斯山系以北,北大西洋中脊以东与北冰洋中脊以南的欧亚大陆和与其邻接的海区和大洋。亚欧板块于新生代早期,曾与印度板块和非洲板块在雅鲁藏布江至阿尔卑斯系一带发生过强烈的碰撞;在白垩纪晚期,与北美洲板块分离;大概在侏罗纪时与太平洋板块会聚。
(3)非洲板块。西部以大西洋中脊的中段和南段与美洲板块为邻,东部和南部以印度洋的中脊和印度洋板块与南极洲板块相连,北接地中海中部。非洲板块在早白垩世时与美洲板块分离;由于大西洋中脊的不断扩张,它被向北推移,与亚欧板块发生碰撞并向欧亚板块之下俯冲,因而形成了阿尔卑斯山系,现在这种俯冲还在继续。
(4)美洲板块。西部以圣安德烈斯断层与太平洋板块为界,中部和南部以中美海沟、秘鲁海沟和智利海沟与南极洲板块相毗邻,东部以大西洋中脊和亚欧板块与非洲板块对接。由于大西洋中脊的不断扩张,美洲板块被不断地向西推移,在其西部与其他板块发生碰撞、挤压,形成了美洲西海岸一系列山脉。
(5)印度-澳大利亚板块。东邻太平洋板块、西接非洲板块、北靠亚欧板块、南依南极洲板块,它包含印度半岛、澳大利亚、阿拉伯半岛、新西兰及其周边的印度洋广大地区。现在,印度-澳大利亚板块每年向东北方向移动约5厘米,而亚欧板块每年向北移动的距离却只有2厘米左右,这就像追尾汽车的速度比其前面汽车的速度快2.5倍,必然要发生大碰撞一样,印度-澳大利亚板块把亚欧板块撞得歪歪扭扭,变了形,而印度洋板块本身也被撞瘪了,每年瘪了4毫米。
(6)南极洲板块。包含南极洲及其邻近的洋区和南美洲西侧小部分太平洋洋区。它以平均每年1厘米的速度向大西洋推进,同时还向南美洲方向移动。
如上所述,所有的板块都漂浮在软流层上,这就如同一盆水上漂满了积木一样。脸盆一晃荡,积木就会发生碰撞和挤压,漂浮在软流层上的板块也一样。由于地球总是在运动,其内部的物质也总是在流动,所以板块也无时无刻不在运动,它们总是在移动着。上述六大板块,平均每年可能移动1~6厘米,有的快些,有的慢些,它们运动的速度是不均等的,方向也不一样,所以有时会碰撞,有时会分离。大洋板块与大陆板块碰撞时,大洋板块俯冲入软流层,它会被逐渐消融,在俯冲带上还会形成海沟;如果这个大洋板块的另一边也发生同样形式的运动,它的中间部位就会被拉裂,软流层的物质就会沿着裂缝上涌,形成大洋中脊;另一种陆-陆板块碰撞,两个大陆板块的相互碰撞,碰撞带会被强烈挤压,生成山系,导致火山喷发,形成洼地平原与河湖等地貌。
不同形式的板块碰撞
大陆板块与大洋板块碰撞和大洋中脊形成三维示意图
大陆板块与大洋板块碰撞和大洋中脊形成剖面示意图
2011年3月11日13时45分,在日本宫城县太平洋海域突然发生了9级大地震,震源深度只有10千米。这次大地震是板块运动造成的,即太平洋板块沿着日本海沟俯冲到亚欧板块东缘下方(日本本土下方),并使宫城县牧鹿半岛向东南移动了5.3米,海底向东南方向移动了24米,海底高度增加了3米。
4.3.2 板块运动与大洋中脊
大洋板块由于被拉张,中间变薄,地幔软流层的物质上涌,就形成大洋中脊。全球的大洋中脊,相当于8条长城,合8万千米,总面积高达1.2亿平方千米,约占海洋总面积的1/3,其规模是陆地山系所不能比喻的。但大洋中脊比大陆山系要低得多,一般只有1000~3000米高,它比海沟要浅得多,其脊顶的水深只有2000~3000米,有少数脊顶还露出洋面,如冰岛。因为大洋中脊是地幔软流层物质不断涌出的地方,所以它是大洋中的“热岛”,这就是冰岛不“冰”(地热资源特别丰富)的原因。由于地幔物质不断上涌、不断冷却、不断把大洋板块沿着其中间的裂缝向两侧推移,每年推移的速度高达2~10厘米,因此说大洋是在不断地“生长”,特别是大西洋中脊,总长16000千米,裂缝竟宽80~120千米,每年都把美洲大陆与欧洲和非洲大陆,沿着其又长又宽的裂缝,向两侧推移,北大西洋推移的速率平均为每年35毫米,赤道大西洋为每年20~25毫米,南大西洋为每年22~28毫米。
大洋中脊还生活着许多黑烟囱生物。
陆-陆板块碰撞示意图
大洋中脊
东太平洋中脊地形图
大洋中脊脊顶出露头成为小岛与活火山示意图
地幔物质上涌、冷却后,不断把大洋板块沿着其中间的裂缝向两侧推移
大西洋中脊
4.3.3 板块运动与海沟
当大洋板块与大陆板块发生碰撞,大洋板块俯冲入地幔软流层时,在俯冲带上就会形成海沟,如马里亚纳海沟、日本海沟和秘鲁-智利海沟等。大的海沟全球共有30条,又大又深的有17条,其中有14条在太平洋。海沟是海洋中最深的海域,最深的海沟是马里亚纳海沟,深达11033米,一般的海沟深约5000~10000米。
海沟形成示意图——以全球最深的海沟马里亚纳海沟为例
全球海沟分布图
马里亚纳海沟是大洋板块与大陆板块在6000多万年前碰撞后,大洋板块向地幔深处俯冲而形成的。马里亚纳海沟位于菲律宾的东北角,在马里亚纳群岛东,北起硫黄列岛,南至关岛附近,长2550千米,平均宽约70千米,水深一般大于8000米,最深处在斐查兹海渊,深达11033米。马里亚纳海沟的整体轮廓呈弧形,沟壁非常陡峭。
其他比较有名的海沟还有日本海沟和秘鲁-智利海沟等。很多海沟里还生活着许多美丽的生物:犹如升空火箭一般、50多米长的管水母,似隐形飞机般的鳐,非常俏丽的帽水母,非常奇特的鱼等。在马里亚纳海沟挑战者深渊大于10896米深的海沟洋底,还生活着只有零点几毫米大小的壳质脆弱的软壁有孔虫。
马里亚纳海沟位置图
马里亚纳海沟海面
马里亚纳海沟沟底部的计算机三维图像
陡峭的马里亚纳海沟沟壁
日本海沟
秘鲁-智利海沟
管水母,最长的管水母可达50多米
遨游在海沟里的鳐
生活在马里亚纳海沟挑战者深渊的软壁有孔虫
4.3.4 板块运动与大洋
4.3.4.1 联合大陆与连通大洋
如前文所述,大西洋在成长。那么它在“出生”前是什么样子呢?如果你玩过拼图,你就会发现,美洲与欧洲和非洲是可以对接的,它们以前可能是连在一起的。其实在以前,不但它们是连在一起的,其他所有的大陆也都连在一起,这就是联合大陆(泛大陆)。那么,它们在什么时候,还连在一起呢?一说可能是在3亿~2亿年以前;一说在5.7亿~5.5亿年前左右;一说约在13亿~10亿年前。我们认为,它们在地球形成之初就形成了。
这要从地球诞生说起,地球在宇宙大爆炸中产生。那时候它是一个熔融的星体,它在不断的冷却过程中,一方面,因不均等收缩形成了大块的高地和广阔的洼坑另一方面析出的大量水蒸气变成了雨,原始雨以难以想象的规模倾泻到地球表面,汇集在广阔的洼坑里,就成了原始的大洋。这样,大块的高地就成了大块的大陆--联合大陆;广阔的洼地就成了广阔的海洋--连通大洋。因为在地球的最早期,无论是在现今的哪一个大陆、哪一个大洋,它们的生物的同一性都很高,差异性都很小,很难区分出不同的生物地理区系。因此推测,当时的大陆应是联合的,大洋应是连通的,是以后的长期板块运动把它们变成如今的样子。
联合大陆
4.3.4.2 大西洋的诞生
大约在1.8亿年前,联合大陆从如今的北美洲东部与非洲西北部联结的地方开裂,中大西洋开始出露;1.35亿年前,板块裂缝开始向南北两个方向不断扩展;至9000万年前,裂缝南北贯通;到7000万年前,大西洋的东西向洋面已扩展到几千千米宽,其洋底深度达5000米左右;此后,大西洋沿着其中脊不断地向东西两个方向扩张,始成今天的大西洋。
4.3.4.3 孕育中的大洋
从卫星上看,北起红海,中经维多利亚湖和乞力马扎罗山,南至赞比西河口,贯通非洲东部埃塞俄比亚、索马里、肯尼亚、乌干达、卢旺达、布隆迪和坦桑尼亚等国家,有一条又宽又长的裂谷,总长达6500多千米,这就是全球最大、最深的裂谷——东非大裂谷。东非大裂谷生于3000万年前,它是由于当地地壳下的地幔软流层向上强烈涌升,遇到地壳后向两侧分流,对地壳产生了巨大的张力,把地壳向两侧拉张、断裂后形成的。
东非大裂谷是一个活的、正在急速生长的大裂谷。1978年11月,在裂谷区的埃塞俄比亚吉布提的阿法尔地区的地表突然发生破裂,阿尔杜科巴火山随后喷发,这次破裂把非洲大陆与阿拉伯半岛间的距离扩大了1.2米;2005年9月,该地区又突然出现一条大断裂,长56千米,宽6米,几年来,它每年都把非洲板块和阿拉伯板块推开2.54厘米左右;裂谷北段的红海每年都在扩大2厘米;整个裂谷平均每年扩张几毫米至几厘米。所以,地质学家认为,东非大裂谷可能与大西洋中脊的大裂缝相似。如果是这样,若干年后一个新的大洋将会出现在我们的地球上。
东非大裂谷示意图
东非大裂谷北端的约旦峡谷(卫片)
东非大裂谷的南端赞比西河口
东非大裂谷(卫片)
4.3.5 板块运动与沟谷、河、湖、瀑布和山系的形成
4.3.5.1 东非大裂谷
由于东非大裂谷是一条现今还在不断活动的超大断裂,由于它的断裂和拉张活动天天都在继续。所以,在东非大裂谷带上形成了许多陡峭的沟谷、壁立的河岸、窄长的湖泊和水帘式的瀑布。
在东非大裂谷里陡峭的山谷、壁立的河岸到处都是;较大的湖泊有维多利亚湖、坦噶尼喀湖、马拉维湖和图尔卡纳湖。最著名的瀑布有维多利亚瀑布。
东非大裂谷中陡峭的山谷和壁立的河岸
(1)维多利亚湖。东非大裂谷中最著名的湖泊就是维多利亚湖。它是大裂谷中唯一的呈四方形的湖泊,而其他湖泊均又窄又长,这是因为它位于裂谷南段的东西两支裂谷中间,由于这两个大断裂向东西方向的拉张作用,造成地块陷落从而形成维多利亚湖。湖泊为坦桑尼亚、乌干达和肯尼亚共有,海拔1134米,宽240千米,长337千米,岸线长3220千米,面积68870平方千米,平均水深40米,最深处82米,是非洲最大的淡水湖泊、尼罗河的主要水源地。
(2)坦噶尼喀湖。坦噶尼喀湖位于维多利亚湖西南、东非大裂谷南段西分支的西南部,是世界上最狭长的湖泊。湖泊为布隆迪、刚果民主共和国、坦桑尼亚和赞比亚共有。海拔774米,南北向呈条带状,长670千米,最宽处70千米,最深处1470米,面积32900平方千米,是非洲第二大淡水湖、第一深湖,世界第二深湖,深度仅次于俄罗斯的贝加尔湖。
(3)马拉维湖。马拉维湖位于坦噶尼喀湖东南、东非大裂谷的南端,海拔472米,湖泊西有马拉维,东北有坦桑尼亚,东为莫桑比克。长560千米,宽24~80千米,平均深273米,最深706米,面积30800平方千米,为非洲第三大淡水湖、全球第四深湖。
维多利亚湖(卫片)
坦噶尼喀湖(卫片)
马拉维湖(卫片)
(4)图尔卡纳湖。图尔卡纳湖位于维多利亚湖东北、东非大裂谷南段北侧,绝大部分在肯尼亚境内,北端很小一部分属埃塞俄比亚。海拔375米,呈飘带状,长256千米,宽50~60千米,面积6400多平方千米,是全球最大的永久性沙漠咸水湖泊,湖里和湖边有许多形态异常规整的棕红色火山锥和火山口,犹如刚刚喷发过一般。
图尔卡纳湖(卫片)
图尔卡纳湖中的火山锥和火山口
(5)维多利亚瀑布。在东非大裂谷里有数不清的瀑布,维多利亚瀑布是最为著名的,它的水源是赞比西河。赞比西河是非洲南部的最大河流,它像亿万匹野马从中非高原向印度洋飞驰而来,在即将到达目的地的一刹那,它坠进了万丈深渊,一头栽入了东非大裂谷,形成了惊心动魄的维多利亚瀑布,瀑布的水花飞升300多米,瀑布的彩虹在305米高空闪烁,20千米以外都能听到它的轰鸣、看到它的水雾、观到它的飞虹。
维多利亚瀑布彩虹
维多利亚瀑布
4.3.5.2 喜马拉雅山和青藏高原
喜马拉雅山的珠穆朗玛峰高达8844.43米,是全球的最高极。青藏高原平均海拔4000~5000米,是世界上最高的高原。它包括我国西藏和青海全境、四川西部、新疆南部,以及甘肃和云南的小部分,此外还包含不丹、尼泊尔、印度、巴基斯坦、阿富汗、塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦的部分地区,总面积为250万平方千米,在我国境内的面积高达240万平方千米,是全球最大的高原之一,是长江、黄河、恒河等亚洲大河的发源地。
喜马拉雅山和青藏高原原来是汪洋一片,是古地中海的一部分,大约在6500万年前,印度-澳大利亚板块脱离联合大陆,开始向古地中海北岸漂移,移动了5000~7000千米,最后撞入亚欧板块底下,把亚欧板块向上拱起,使古地中海消失,同时使该地区受到强烈的挤压和抬升,经历了地质岁月之后,就形成了如今雄伟的喜马拉雅山和青藏高原。但是,它们一直没有停歇,如今印度-澳大利亚板块还在以每年5厘米的速度向北推进,喜马拉雅山以每年0.33~1.27厘米的速度隆升,珠穆朗玛峰以每年1.82厘米的速度上升。
青藏高原有许多珍稀的生物,如藏羚羊、藏牦牛、藏秃鹰和生长在海拔5000米以上雪线附近的雪莲花。
喜马拉雅山和青藏高原形成示意图
濒危野生动物藏羚羊
藏牦牛
藏秃鹰
雪莲花