一江春水向东流,道出了中国地形、地势的特点。最新的科学研究发现,不仅江水向东流,被誉为“世界屋脊”的青藏高原也有向东“流”的趋势。这一研究成果发表在了11月3日英国《自然》杂志上。
自1995年始,一个国际科学小组在喜马拉雅山地区沿东西方向布置了4条横跨雅鲁藏布江的超宽频带大地电磁深探测剖面,对青藏高原的地壳结构进行了研究。研究表明,在青藏高原之下,有一种高度粘稠的流体物质,正自西向东“蠕动”,并牵引着青藏高原向东运动。
研究青藏高原是一门显学
大陆形成的板块学说是地球科学界的主流观点。1915年德国气象学家魏格纳在《大陆与海洋的起源》一书中曾提出过大陆漂移的学说,却因缺少证据而未能让人信服。到上世纪60年代初,美国普林斯顿大学教授赫斯提出了海底扩张的概念,并得到古地磁学、地球年代学、海洋地质学等一系列学科新证据的支持。地学界普遍接受了活动论的观点,并逐渐形成了板块运动学说。
青藏高原是大陆中颇为突出的构造体,因而也是研究板块碰撞的最理想地域。参与此次电磁探测的中方学者,中国地质大学地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室魏文博教授表示,青藏高原有其独特性,海拔高、范围广,因此,青藏高原的形成、演化和新构造发展是我国和亚洲,乃至全球新生代最重要的地质事件。
在这门显学中,解释青藏高原的地壳增厚、高原隆升是破解青藏高原演变的第一道门槛。
根据主流观点,在7000万年前,欧亚大陆和印度次大陆的碰撞形成了青藏高原。关于这一演变过程,至今已有多种学说。魏文博介绍了其中主要的几种。
第一种假说认为,印度大陆俯冲到欧亚大陆下面,把青藏高原抬了起来,既为大陆俯冲说。在大陆俯冲的作用下,青藏高原地壳的厚度比一般的厚。青藏高原南部地壳厚度为70至80公里,而一般为30-40公里,科学家认为这种“超厚”完全是因为西藏地壳和印度地壳累加而成。延迟俯冲说与第一种假说类似,认为印度大陆冲到了雅鲁藏布江后,到一定程度后就呈现下陡趋势,一直深入到了地幔。
第三种是大陆贯入说,认为印度大陆和欧亚大陆分属刚、软两种特质。由于是软物质,印度大陆贯入到欧亚大陆。
两大板块“碰撞”出新疑问
无论是哪种假说,两大板块碰撞了,青藏高原隆起了。但科学家在对碰撞前后的物质核算中,却有一个惊人的发现:物质不守恒了。这引发了新的疑问。
美国学者勒·皮雄等人早在上世纪70年代,就估算出了自印度板块和欧亚大陆碰撞以来地壳缩短造成的地表损失量可能在57×105至62×105平方公里之间,而将这一数据与地壳的增厚量进行了比较之后,有18×105至30×105平方公里的短缩,即二分之一或三分之一的短缩量不能被青藏高原的地壳增厚解释。
学者推论,这部分未对地壳增厚做出贡献的地壳物质必然横向挤出或由下地壳进入地幔而损失。
对此,几十年来,世界各国的地球科学家提出了种种假说,其中最具影响力的是上世纪80年代初法国科学家提出的“侧向挤出”学说,即认为高原地壳和上地幔物质正以极其缓慢的速度不断向东“逃逸”。
中国科学院地质与地球物理研究所青藏高原研究室主任张中杰表示,由于地壳材料太轻,不能被向下输送到地球的内部,因此侧向挤出说较为令人信服,而多年来已有越来越多的证据证实了这一观点。
电磁学探测地球内部信号
国内最初提出青藏高原物质可能向川滇地区流动的根据是青藏高原东部和川滇之间的地壳弧形构造。而由GPS卫星观测给出的运动矢量图也可看出高原的东部运动矢量向东偏转。张中杰解释,尽管运动矢量图中也标示了箭头在初始阶段有向北倾向,但到了一定程度后,明显呈现了向东趋势,这便表明了高原有向东“走”的趋势。“地面观测到的结果,表明青藏高原的物质呈现东西向侧向流动,青藏高原在东流。”
然而真正要解开这个谜,必须潜入“地下”世界。魏文博表示,只有在地球内部,才能找到能回答陆地内部造山、青藏高原物质流向等本源问题的正确信号。
于是,在1995年,一支由来自加拿大、爱尔兰、中国、法国等国的学者组成的国际联合小组运用了电磁学方法,布置了四条横跨雅鲁藏布江的超宽频带大地电磁深探测剖面,希望能找到地球内部反馈出的信息。
之所以运用电磁学原理去探究地壳、地幔,是因为地球内部本身存在电磁场信号。魏文博解释,这一原理很简单,频率越高的信号,了解不同深度的地层结构。
通过这些信号的收集可以更清楚了解高原底下的“活动”。当然这种信号也受到很多因素的制约,如太阳黑子、太阳风等等。
四条超宽频带大地电磁深探测剖面,由西向东,分布在雅鲁藏布江,代表了青藏高原南部由西向东的整个态势:最西的一条电阻率高,导电性差,而东面的三条电阻率低,导电性好。这一条线东西方向绵延1000多公里,越往东测得的电阻率越低。
“东流”缘自神秘流体物质
这一从地球内部发出的信号吸引了科学家,“这是一种很不寻常的地壳结构。”魏文博教授解释说,青藏高原100公里深度范围内地壳的电导高达0.3万至2万西门子,是典型稳定大陆地壳的10至100倍。而更为显著的特征是,青藏高原南部,自西向东,其导电性越来越好,说明其地下有一种电阻小的神秘物质,且越往东,这一物质的规模越大。
魏文博一行科学家分析了几种可能性。“通常来说,固体岩石的导电性差,高导体物质一般为金属、石墨、水等。”一开始,科学家们认为是地下金属成分增多了,但探测结果却表明没有如此富足的矿藏,而石墨层在青藏高原的分布也被排除。或者地下有一些类似于水的液态物质,并溶解了很多盐分,但这一点也很难得到观测的证据。而在那样深的地壳下,水一般以形态特殊的水分子存在于岩层中,不可能出现如此集中的高导电性。
最后,科学家们判断,在地下100公里深处,温度很高,地下物质处于一种熔融的状态,变得很软。这是一种类似黏稠、浆状的炽热流体,且这股炽热的流体具有蠕动性,因而在向北俯冲到西藏之下的印度次大陆的推挤下,向东逸出。另一方面,这股炽热的流体还具有一定的力,在其上的西藏大陆便有可能在向东逸出的地壳流变体的“牵引”下做缓慢位移。
魏文博表示,青藏高原东流早在之前就有GSP卫星观测,而此次从地球内部发出的信号则更进一步佐证了“物质东流”学说。“不过尽管青藏高原在东流,但这种速度是很慢的,一年一二厘米甚至更小。”
青藏高原的形成、演化是研究整个新生代地质事件的一个窗口。而青藏高原的东流究竟会对这两大板块起着怎样的影响,魏文博表示这将是科学家们研究的另一个课题,“高原的隆起对周围的影响是巨大的。它导致我国西北和华北地区气候不断向干旱化发展,植被衰退,湖泊收缩、消亡。至于高原东流是否会带来气候或者地貌等等方面的改变,这些都是未解之谜。”
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