板块的运动与造山是怎么发生的?

如题所述

在地球上,陆地的面积仅占地球表面积的29%左右。然而,就在这比例不大的陆地面积中,海拔2000米以上的高山和高原却占据着陆地面积的11%。至于海拔1000米以上的山地,竟占据着陆地总面积的28%以上,共约4200万平方千米。这个面积也恰巧与整个亚洲面积相当。再加上一些低山和丘陵,地球的陆地上可以说到处布满了山。

那么,地球上为什么有那么多山呢?地质学家的地质力学理论认为:造山运动的主要动力是地壳的水平挤压,一般情况下有2种挤压力:①由于地球自转速度的变化而造成的东西向的水平挤压;②由于在不同纬度地球自转的线速度不同所造成的地壳向赤道方向的挤压。这两种挤压加上地壳受力不均所造成的扭曲,就形成了各种走向的山脉。

一般说来,地壳中比较结实刚硬的部分,在地壳发生运动的时候,往往发生断裂,在断裂两侧相对地上升或下降,有时也能形成高山。但许多时候是大面积地升降,可以海拔很高,地势仍然比较平坦;而在地壳中一些薄弱的地带,则往往容易发生剧烈的褶皱、隆起时变成为绵亘的山脉,世界上许多山脉就是这样形成的。我们在许多大山中,就可以见到岩层变得弯弯曲曲的,这就证明这里曾经发生过这种褶皱变动,在强大的缓慢的力的作用下,地壳中的岩层可以具有一定的塑性,从原来近于水平的状态,变得弯弯曲曲。山岳的形成是地壳运动的作用造成的,但那里地壳的性质也起了决定性的作用。

在地壳运动造成了地面的凹凸不平以后,便使地面的流水得到大肆活动的场所。地势高低相差愈多,流水的活动能力愈强,对地面凸起部分的冲刷侵蚀进行得愈快。总的趋势是要把这凸出的部分削平,风和冰川也同样进行着这种工作。因此,地球上有些高山降低了,甚至变成和平地差不多。但由于地壳的运动并未停歇,像喜马拉雅山是在距离现在200万年前的新生代第三纪喜马拉雅运动时形成的,直到现在还在继续上升。因此,现在我们的地球正处在一个巨大的造山运动之后,像喜马拉雅山经中亚到阿尔卑斯山这一大串山脉,都是在地球的历史近期隆起形成的,因此现阶段地球上的山特别多。

在流水侵蚀地面的过程中,由于地面各处岩石性质不同,它们抵抗侵蚀的强度不同,同时流水的侵蚀能力也各不相同。在一些地方,在一定时期内,它不仅没有起到削平的作用,反而把地面雕琢得高低起伏。冰川的这种作用也很显著。许多大山的形成虽然基本的原因是地壳运动,而具有现在这样的山形,是经过流水和冰川加工的。由于这些错综复杂的原因,地球上的山不但很多,而且崇山峻岭更是形象万千。说中国大陆是由许多地块拼合起来的,又有谁会相信呢?然而,这的确是事实。此事要从“指南鱼”的带磁说起。

指南鱼

北宋时有一本叫《武经总要》的军事著作,书中提到行军时如遇阴天黑夜,可用指南鱼辨别方向。书中还记述了指南鱼的制作方法:将一张薄铁片剪成鱼形,放在炭火上烧红,然后把鱼头朝南,让它冷却,冷却后将它漂在水面上,鱼头就会指向南方。现在看来,指南鱼之所以会指南,是鱼形薄铁片在冷却过程中被地球磁场所磁化,而成为磁性体的缘故。

古时候火山喷发时流出的炽热岩浆,在冷却时受到当时地球磁场的磁化,也会形成带磁性的岩石。尤其是含铁较多的玄武岩。这种磁性叫做化石磁性或剩余磁性。具有化石磁性的岩石,就像是一只只指南鱼,不过它不是指向现在的南极,而是指向岩石生成时的古地磁极。根据化石磁性方向与水平面的夹角(倾角),又可以算出这岩石在形成时所处的纬度(纬度越高越大,在赤道倾角为0,在两极为90°)。地质学家检测一些带磁性的岩石时,常常会发现,有些磁性岩石形成时所处的纬度与它现在被采集到时所处的纬度大不相同。这说明,这些岩石现在所在的地方并不是它形成时的原始地方,而是从远方漂移过来的。

对化石磁性的研究,不仅表明中国大陆确实发生过漂移,而且发现大约3亿年前华北地块中部与华南地块中部之间相距约20个纬度(2000多千米),这比它们目前的距离要远得多。在华北与华南之间的秦岭,地质学家发现了古老的洋底岩石蛇绿岩和海洋沉积物。可见,华北与华南之间曾经隔着一个辽阔的海洋。2亿多年前,这两个地块相互靠拢拼合,夹在其间的古海洋消失了,古海洋中的沉积物和岩石遭到挤压,就褶皱隆起成为雄伟的秦岭和大别山。

古生物及其他证据也表明,在远古时代,华北与华南并不是同一块陆地。5亿~8亿年前华南的地层和生物面貌与华北的完全不同,却与澳大利亚十分相像。如华南与澳大利亚都发现过6亿~8亿年前只有在十分严酷的气候下才会有的冰川沉积物,而华北却没有。化石磁性研究证明,华南可能一度与澳大利亚相连,后经长途漂移才与华北地块拼合在一起。

同样的证据也表明,西藏、塔里木、柴达木、准噶尔等都曾是被古海洋隔开的孤立地块。3亿多年前华南位于热带,西藏地块上却生活着喜寒生物。到1亿多年前,华南的淡水蚌类进入西藏,反映了原先相距遥远的两地块已拼合在一起。上述地块大多在距今2亿~3亿年前后相互拼接,形成中国大陆雏形;各地块之间的褶皱山系就是拼接的缝合线。在2亿多年前的中生代初,华北—塔里木地块还与西伯利亚拼合,于是形成古亚洲大陆。至于印度地块北上与西藏碰撞汇合,形成现代亚洲,已是距今4000多万年的新生代了。

关于山,中国的先秦典籍《山海经》,在世界上也算得上很了不起的早期著作了。《山经》以山为中心,描述了南至广东南海、北至内蒙古阴山、西至青海湖、东至舟山群岛的广大区域内的自然地貌。对每座山的地理位置、水文、动植物、矿产甚至神话传说,都有详略不一的记述。这是一种极可贵的科学尝试,然而对山的成因,除神话传说几无所述。在中国,直至宋代才有沈括和朱熹依据山上的水生动植物化石,有了“高山为谷,深谷为陵”的猜测。

后人毕竟聪于古人,现代地学家从地球脉动导致的岩石板块运动找到了造山的动力。今日之科学已发展到不仅能对每座山的历史给出有根有据的分析,而且还能对全球山脉大格局的形成达到轮廓性的了解。

三清山坐落在江西省东北部德兴市与玉山县的交界处。它的地理位置是北纬28°54′、东经118°03′,紧靠浙赣铁路干线。古为饶、信、衢三州之会,今为华东旅游网络上的一颗璀璨明珠,是国家重点风景各胜区。

三清山东距浙江衢州144千米,南距福建武夷山市115千米,西距上饶市78千米,北距安徽黄山市263千米。景区总面积220平方千米,中心景区71平方千米,最高主峰玉京峰海拔1816.9米。三清山山体南北长12.2千米,东西宽6.3千米,平面呈荷叶形,由东南向西北倾斜。

由于处在造山运动频繁而剧烈的地带,因此三清山断层密布,节理发育,山体不断抬升,又经长期风化侵蚀和重力的崩解作用,形成奇峰矗天,幽谷千刃的山岳绝景奇观。三清山东险、西奇、北秀、南绝,美在古朴自然,奇在形神兼备,仙灵众相,惟妙惟肖,邀游于清虚之境,出没于云雾之中,古为道家福地洞天。山上奇峰怪石不可胜数,云雾宝光叹为观止,珍树仙葩世所罕见,灵泉飞瀑与丹井玉液媲美,幽谷溶洞为腾蛟起凤卧虎藏龙之所。历代宫观建筑与雄险奇秀的自然景观融为一体,异彩纷呈,钟灵琉秀,故有“天下第一仙峰,世上无双福地”之誉。

三清山神奇壮丽的景观是与适宜的地质、气候分不开的,是地壳运动对地质作用长期变迁的产物。三清山在地质史上经历了14亿年的沧桑巨变,曾有3次大海侵和多次地质构造运动。

第一次大海浸发生于14亿年前的中元古界。那时三清山地区的地壳运动正处于“地槽”沉降阶段,海水浸没达4亿年之久,沉积数千米厚的双桥山群的复理式海相碎屑岩,并夹杂有海底火山喷发物。在“晋宁运动”后,才结束了地槽式沉降历史,地壳开始逐渐回返上升,出水为陆,三清山地区进入相对稳定的“地台”阶段。此后地壳仍有升降,只是沉降速度和缓,范围广阔。

三清山

在距今6亿年前的震旦末期,发生第二次大海浸,海水浸没达1.6亿年之久,一直延续到奥陶纪末期,沉积4000多米厚的浅海相砂页岩和碳酸盐岩类,并含有三叶虫、笔石和海绵等海相古生物化石。以上两次大海浸,曾使三清山本部变成一片汪洋大海。后经奥陶纪末期的“加里东第一幕”造山运动,三清山从此完全脱离海水环境,不再接受沉积。

在距今4.4亿年前的志留纪早期,虽发生第三次大海浸,但海水仅到达三清山东南角的边缘部分。直到1.8亿年前,侏罗纪晚期与白垩纪,三清山区域内发生异常强烈的造山运动,即燕山期运动,并伴随有大规模的酸性岩浆浸入活动,从而奠定三清山构景的地质基础。

在距今2000万~3000万年前的年代里,相继发生喜马拉雅期的造山运动,即新构造运动,山岳大幅抬升,伴随水力侵蚀作用的强烈下切,使地势高低差悬殊。由于三清山的地质环境正处于造山运动既频繁又剧烈的地段,所以断层密布,节理发育,尤其是垂向的断层和节理特别发育。山体不断抬升,长期风化侵蚀,加上重力崩解作用,形成了峰插云天,谷陷深渊的奇特地貌。三清山风景区的形成,可说是天工造物,大自然的杰作。

全球板块结构及其运动

20世纪60年代末,在大陆漂移说和海底扩张说的基础上,由美国的摩根、法国的勒比雄和英国的麦肯齐共同提出岩石圈板块构造说。地震学的研究成果支持了板块构造说,使得越来越多的人接受并承认这一学说。于是岩石圈板块的相对运动被视为岩石圈大陆构造的原因,板块构造学说也就被视为新全球构造理论。

按照岩石圈板块学说,一个刚性的岩石圈可依其地质构造特征区分成若干岩石板块。经过地质学家们的研究,多倾向把岩石圈区分为7个大板块和7个小板块,每个板块又可区分成若干地块。板块边界的地质构造主要有3种构造体系:全球洋脊构造体系、大陆新造山带构造体系和岛弧—海沟构造体系。这3种构造体系都是明显的变形破碎地带,活动性很强。因此全球的地震、火山绝大部分发生在板块的边界地带。板块的边界是某些地块的边缘。地块边缘的地质构造体系为大陆上老的褶皱带构造体系、大陆裂谷构造体系、稳定大陆边缘构造体系、洋底的海岭构造体系、大陆大断裂带构造体系和洋底大断裂带构造体系。这7个大板块是太平洋板块、亚欧板块、印澳板块、非洲板块、北美板块、南美板块和南极板块。

太平洋板块是由单一的大洋岩石圈组成的大洋型板块。这个板块有9个地块。

亚欧板块主要由大陆组成。中国地处亚欧板块之中。亚欧板块的内部结构最为复杂。亚欧板块有24个地块。

印澳板块有9个地块。

非洲板块主要是非洲大陆。大西洋的部分海域也被划分在该板块中。非洲板块有9个地块。

北美板块包括北美大陆和北冰洋盆地的绝大部分,有14个地块。

南美板块主要是南美大陆,有6个地块。

南极板块有9个地块。

地球在不停地运动着。由于地球的自转,地球内圈之间存在着相对运动,这7大板块作为一个整体相对于地球的内圈有一个向西的转动。除此之外,岩石圈的板块还存在一个离极运动。北半球的板块向赤道方向运动,南半球的板块也向赤道方向运动,但南北两半球板块的运动方向相反。因此岩石圈板块作为整体相对内圈的运动是这两种运动的合成。岩石圈板块除了有整体运动之外,各板块之间还存在相对运动。岩石圈板块之间相对运动有3种形式:板块相互分离、板块相互汇聚和板块相互平移。目前,全球岩石圈板块相对运动的速率大部分已被确定下来。根据板块的这3种相对运动形式,其边界可称为分离型板块边界、汇聚型板块边界和平移型板块边界。

板块相互分离运动一般发生在较古老的大陆块的破裂带。分离运动的结果会产生一个新生大洋盆地。

板块汇聚运动表现为板块之间的相互碰撞挤压。这种相对运动与全球大规模造山运动有密切关系。

板块平移运动表现为2个板块以简单的方式相互滑过。板块平移运动在许多情况下是沿某种形式的扭动构造带发生的,它与板块的分离运动和汇聚运动紧密联系在一起。

全球新造山带构造体系

如果说喜马拉雅山是从古老的大海里升出来的,看起来这真是不可思议的事情。那披着冰雪的盔甲、威严的世界屋脊,怎么能和大海联系起来呢?而事实却证明了该理论的确凿性。当我们攀上喜马拉雅山的陡峭的崖壁,或是在幽深的山谷里,仔细观察那儿的岩层,就能找到许多古海洋动植物化石,包括三叶虫、笔石、腹足类、腕足类、鹦鹉螺、菊石、瓣鳃类、珊瑚、苔藓虫、海胆、海百合、介形虫、有孔虫、海藻和鱼龙等。由此便可以证明这儿曾是一片汪洋大海,喜马拉雅山是从古老的大海里涌现出来的。

那么,茫茫的一片古海,又怎么会摇身一变,成为世界上最雄伟的山脉呢?这是地壳上升的结果。在希夏邦马峰北坡海拔5700~5900米的地方,发现了生长在100万年前的高山栎和毡毛栎化石。这些植物,现在仍生长在我国西南广大地区海拔2200~3000米的高度范围内。虽然100万年前的气候状况和这些植物的生长环境、高度与现在不完全相同,但是可以粗略估计,该地100万年来大约上升3000米,平均每万年约上升30米。根据类似的资料推算,我国西藏定日县南某地在20万年来上升了约500米,可见在这儿的地壳隆起多么强烈。喜马拉雅山从大海里升起来成为“世界屋脊”,现在还在不断地上升着,只不过上升的速度有点慢,不易被人们所觉察罢了。

所谓新造山带指晚近地质时期,即中生代以来形成的褶皱山脉,同时又是岩石圈中现在正在发生大规模造山运动的地带。新造山带基本位于两大狭窄的地带内,相应地两大造山带分别称为环太平洋造山带和阿尔卑斯—喜马拉雅—东南亚造山带。环太平洋造山带经菲律宾、日本和阿拉斯加,以及美洲大陆西缘的落基山脉和安第斯山脉,最后延伸至南极洲。阿尔卑斯—喜马拉雅—东南亚造山带延伸,经阿尔卑斯、喜马拉雅、印度尼西亚,最后同新几内亚相接,大体横跨北非、欧洲和亚洲。

位于太平洋板块东部的北美板块,相对于地球内圈由东北向西南方向运动。北美板块的西部与太平洋板块发生碰撞挤压,使太平洋板块东部的一部分参与造山运动而被北美板块吞并,形成北美大陆西缘的巨大褶皱山系。南美板块的运动方向是向西向北的。由于南美板块接近赤道,有一部分在赤道上,所以南美板块向西的运动胜过向北的运动,它的西部边缘与太平洋板块碰撞挤压,也使南美板块西部产生巨大的褶皱山系。北美板块与南美板块西缘的由北至南的褶皱山脉连起来,成为环太平洋褶皱山系的一部分。在北美板块与南美板块的东部,则形成了蜿蜒曲折而又破碎的海岸形态。

亚欧板块主要由大陆构成,由东北向西南运动,并相对印澳板块向西推进。印澳板块包括印度半岛、印度洋东部洋底、澳大利亚及其周围部分洋底。印澳板块的9个地块有5个在南半球,2个在北半球,其余2个跨越赤道。其中大部分在南半球,小部分地区在赤道以上。印澳板块作为一个整体运动板块,其方向由东南向西北。印澳板块与亚欧板块平行挤压形成了沿东西走向的褶皱山系。世界屋脊喜马拉雅、苏莱曼等山脉构成亚欧板块的阿尔卑斯—喜马拉雅—东南亚褶皱山系的一部分。亚欧板块的北部形成了为数众多的大陆壳岛屿。印澳板块的南部使澳大利亚岛与新西兰岛分离,形成了塔斯曼盆地。

总之,环太平洋造山带和阿尔卑斯—喜马拉雅—东南亚造山带就这样形成了,它大体上可以看做是全球性的连续造山体系。

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