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隕星撞擊事件與全球性造山運(yùn)動(dòng)和板塊構(gòu)造誕生關(guān)系的思考
- 發(fā)布時(shí)間:2015-01-21 01:31:00 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 責(zé)任編輯:羅伯特
當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)大科學(xué)的新時(shí)代,東方人綜合思維的優(yōu)勢(shì),在21世紀(jì)將可以大放異彩。新近我們?cè)?014年第4期《前沿科學(xué)》上發(fā)表了一篇題為《論隕擊事件與全球性造山運(yùn)動(dòng)和板塊構(gòu)造誕生的關(guān)系——大地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)的重要新進(jìn)展》的論文,把天、地、生等表面上看來(lái)互不相關(guān)的種種現(xiàn)象,組成了一個(gè)有機(jī)的整體,合理地解析了若干大地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)問題。
1996年,筆者在獻(xiàn)給第30屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)的專著《大陸層控構(gòu)造導(dǎo)論》中,發(fā)揮了東方人綜合思維的優(yōu)勢(shì),創(chuàng)立了大陸層控構(gòu)造學(xué)說。認(rèn)為大陸地殼運(yùn)動(dòng),是地球自轉(zhuǎn)力、隕星撞擊力、重力和熱力綜合作用的產(chǎn)物。并從流變學(xué)觀點(diǎn)出發(fā),指出上覆剛硬層構(gòu)造受下伏軟弱層控制,把大陸巖石圈構(gòu)造分成4個(gè)層次:受上地殼底部結(jié)晶基底頂界不整合面控制的蓋層構(gòu)造為薄皮構(gòu)造;受中地殼塑性層控制的上地殼構(gòu)造為厚皮構(gòu)造;受規(guī)模較小、分異不充分的異常地??刂频牡貧?gòu)造為過渡殼構(gòu)造(優(yōu)地幔);受軟流層控制的巖石圈構(gòu)造為板塊構(gòu)造。隨后抓住中地殼塑性層在大陸構(gòu)造演化過程中所起的承上啟下的關(guān)鍵性作用,認(rèn)為在重力作用下,該層向上控制盆—山系厚皮構(gòu)造,向下引起異常地幔或軟流層上拱,使其中斷陷盆地厚皮構(gòu)造演變成優(yōu)地槽過渡殼構(gòu)造或海底擴(kuò)張板塊構(gòu)造。指出發(fā)端于中生代以來(lái)剛硬單一大洋巖石圈的“板塊構(gòu)造學(xué)說是‘登不了陸’的”。時(shí)隔7年之后的2003年4月份,美國(guó)學(xué)術(shù)界在網(wǎng)上以白皮書方式公布了“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)的新航程”總結(jié)性文件,終于承認(rèn)“大陸地質(zhì)并不適合于板塊構(gòu)造模式”,也開始認(rèn)識(shí)到未來(lái)應(yīng)以流變學(xué)為核心理論模式去解開大陸構(gòu)造之謎。
構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究分三個(gè)層次:幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)。動(dòng)力學(xué)是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的頂峰。本文主要介紹筆者在大陸層控構(gòu)造學(xué)說基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的前述新發(fā)表的論文觀點(diǎn),是如何運(yùn)用東方人綜合思維方式,研究秦嶺印支造山帶、全球性造山帶和板塊構(gòu)造誕生的動(dòng)力學(xué)問題的。
一、秦嶺印支造山帶成因機(jī)制
秦嶺印支造山帶以其獨(dú)特的地理位置、豐富的礦產(chǎn)資源和重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,歷來(lái)是中國(guó)地學(xué)界的主攻對(duì)象??墒沁^去囿于就地球論地質(zhì)的局限性,其成因機(jī)制一直懸而未決。
20世紀(jì)80年代末期,在其東段大別山發(fā)現(xiàn)了轟動(dòng)一時(shí)的榴輝巖、柯石英、金剛石等超高壓變質(zhì)巖石礦物,更引起國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的強(qiáng)烈興趣。不少專家學(xué)者就事論事,運(yùn)用西方人分析思維方式,根據(jù)這些礦物形成的溫壓條件,按埋深進(jìn)行推算,認(rèn)定這是所在陸殼俯沖到100千米以內(nèi)深的產(chǎn)物,并作為秦嶺印支造山帶是板塊俯沖造成陸-陸碰撞的確鑿證據(jù);而且陸殼俯沖到該深度之后,又快速返回地表,使其中很不穩(wěn)定的柯石英不至于產(chǎn)生退變質(zhì)作用。于是,密度小的陸殼為什么能夠俯沖入密度大得多的地幔這么深,俯沖后又是什么動(dòng)力通過什么機(jī)制讓這個(gè)巨大的陸塊井然有序地折返地表,便成為大家競(jìng)相研究的熱點(diǎn)課題。甚至為了“揭示板塊匯聚邊緣碰撞造山帶的深部物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造,重塑超高壓變質(zhì)帶形成與折返機(jī)制”,不惜投入數(shù)以億元計(jì)的巨資,從2001年6月25日到2005年4月18日,在秦嶺印支造山帶東段江蘇東??h打了一個(gè)5158米深的科學(xué)鉆。該鉆完成后,除了在俯沖巖板中見到更多的高壓超高壓變質(zhì)礦物外,并沒有發(fā)現(xiàn)板塊俯沖和折返的任何證據(jù)。正如筆者在開鉆不久后的2001年9月14日,給中央領(lǐng)導(dǎo)人員的信中所預(yù)料的:“除了將獲得中地殼物質(zhì)和揭示殼內(nèi)俯沖作用之外,不會(huì)有什么與板塊俯沖有關(guān)的成果”。由于他們的思路不對(duì)頭,把這個(gè)簡(jiǎn)潔明了的構(gòu)造問題,弄成個(gè)復(fù)雜無(wú)比、誰(shuí)也說不清道不明的重大科學(xué)難題。
其實(shí)這是個(gè)動(dòng)力學(xué)問題,而不是個(gè)靜力學(xué)問題,是隕星逆向撞擊,造成地球自轉(zhuǎn)速度急劇變慢派生的自南而北強(qiáng)烈經(jīng)向慣性力作用的產(chǎn)物(后面再作論述)。根據(jù)地球物理剖面及其他地質(zhì)資料得知,南秦嶺斷陷盆地(地槽)上地殼底部,由表殼巖系、花崗質(zhì)片麻巖和變質(zhì)基性巖類三套巖石組合構(gòu)成的3千米至4千米厚的剛硬結(jié)晶基底,在印支運(yùn)動(dòng)期間,已經(jīng)斷落到與北秦嶺斷隆山軟弱的中地殼塑性層直接接觸,因而在該經(jīng)向慣性力作用下,前者便向后者順層俯沖。在俯沖過程中,北秦嶺中地殼塑性物質(zhì),在俯沖巖板強(qiáng)烈擠壓和摩擦下選擇性重熔,產(chǎn)生大量花崗巖及其豐富的金屬和非金屬礦產(chǎn)。俯沖巖板也在強(qiáng)烈擠壓力作用下,產(chǎn)生榴輝巖、柯石英、金剛石等超高壓變質(zhì)巖石礦物。俯沖巖板在俯沖后,也沒有隨即折返地表,而是由于隕星撞擊力來(lái)去匆匆,從而使俯沖入北秦嶺斷隆山中地殼塑性層、埋深只有十來(lái)千米的俯沖巖板中很不穩(wěn)定的柯石英,不至于發(fā)生退變質(zhì)作用。爾后到了晚侏羅—早白堊世和晚白堊世—古近紀(jì),大別山地區(qū)先后作為北部北西西向曉天—磨子潭上地殼走滑正斷層、東部北北東向郯廬上地殼走滑正斷層南段共同的斷隆山,其上地殼才被高高地抬起。經(jīng)過長(zhǎng)期的剝蝕,該上地殼底部大別群俯沖巖板及其超高壓變質(zhì)巖石礦物,以及下伏中地殼塑性層物質(zhì)及其花崗巖,才露出地面,成為變質(zhì)核雜巖。
三疊紀(jì)后期,地球先后發(fā)生了4次隕擊坑直徑40千米至100千米之間的重大隕擊事件。其中距今220±10百萬(wàn)年、隕擊坑直徑80千米發(fā)生于俄羅斯伊萬(wàn)諾沃州和距今212±2百萬(wàn)年、隕擊坑直徑100千米發(fā)生于加拿大魁北克省的兩次隕擊事件,不僅發(fā)生時(shí)間跟中三疊世與晚三疊世之間(距今235.0百萬(wàn)年)和三疊紀(jì)與侏羅紀(jì)之間(距今208.0百萬(wàn)年)的兩幕印支運(yùn)動(dòng)同步,而且它們逆向撞擊促使地球自轉(zhuǎn)速度急劇變慢所派生的自南向北經(jīng)向慣性力和由西到東緯向慣性力方向,也分別與該時(shí)期位于北半球的東西向秦嶺向北俯沖的沖疊造山帶和近南北向鄂爾多斯西緣向東仰沖的沖疊造山帶作用力方向一致。
對(duì)秦嶺印支造山帶成因機(jī)制兩種截然相反的認(rèn)識(shí),反映了東方人綜合思維與西方人分析思維的差異。
二、全球性造山運(yùn)動(dòng)成因機(jī)制
發(fā)生于65百萬(wàn)年前墨西哥尤卡坦半島隕擊坑直徑180千米的巨大隕擊事件,造成該時(shí)期發(fā)生了全球性的強(qiáng)烈造山運(yùn)動(dòng)(距今65百萬(wàn)年)。該次運(yùn)動(dòng)幾乎遍及全中國(guó),被稱為燕山運(yùn)動(dòng)最后一幕。在歐洲、西亞和北美,則稱為拉拉米運(yùn)動(dòng)或比利牛斯運(yùn)動(dòng),見于阿爾卑斯山 、比利牛斯山、高加索、落基山及其他地區(qū)的不整合現(xiàn)象。它還導(dǎo)致古地磁倒轉(zhuǎn)、古火山廣泛爆發(fā)、古氣候劇變、恐龍等大量古生物滅絕和中生代與新生代交替(距今65百萬(wàn)年)。
許多西方學(xué)者運(yùn)用分析思維方式研究該時(shí)期古生物大滅絕原因時(shí),有人強(qiáng)調(diào)古氣候變化,有人強(qiáng)調(diào)古火山廣泛爆發(fā),有人強(qiáng)調(diào)古地磁倒轉(zhuǎn),等等,其實(shí)這一切都是巨大隕星順向或逆向撞擊派生的產(chǎn)物。
三、板塊構(gòu)造誕生成因機(jī)制
三疊紀(jì)后期在短短的13百萬(wàn)年時(shí)間內(nèi),竟然連續(xù)發(fā)生了4次重大的隕擊事件,從而不僅在地殼運(yùn)動(dòng)史上樹立起一座新的里程碑,而且還促使地球內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生了重大的物理化學(xué)變化,引起三疊紀(jì)以前分異不充分、規(guī)模較小的異常地幔,快速?gòu)V泛地演變成分異充分、規(guī)模巨大的軟流層。有了軟流層才有了海底擴(kuò)張、大洋巖石圈和板塊構(gòu)造。這就是迄今為止全球沒有發(fā)現(xiàn)過一塊前侏羅紀(jì)洋殼,以及到了侏羅-白堊紀(jì)時(shí)期世界各大洋才驟然一起登場(chǎng)取代了原來(lái)海水較淺、屬于厚皮構(gòu)造或過渡殼構(gòu)造的陸表海的原因。
西方一些學(xué)者通過計(jì)算,認(rèn)為地球平時(shí)自轉(zhuǎn)速度變化派生的經(jīng)向和緯向慣性力微不足道。這是片面的見解,因?yàn)樗麄兯愠鰜?lái)的是質(zhì)點(diǎn)力,而質(zhì)點(diǎn)力是可以疊加的,疊加起來(lái)的體力是足夠強(qiáng)大的。何況隕擊事件導(dǎo)生的地球自轉(zhuǎn)速度變化是急劇的,其慣性力更為驚人。上述事實(shí)可以為證。
?。ㄗ髡呦抵谢刭|(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院高級(jí)工程師)
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