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大陸環為什麽會「豎」起來轉且曾發生角度變化呢?-巧合系列20

2024-09-04科學

【巧合?! 】系列內容的連載釋出,接續【巧合?! 】系列19。

在上一文章中, 論述了透過陸地之間的海洋板塊擠壓痕跡,推測所有的陸地板塊原本是一個由遠古陸橋連線在一起的環狀結構,所以才能保證南極大陸違背離心力和太陽、月球重力並未漂移向赤道等古怪現象。進一步透過科考證據推理發現盤古大陸質心最大可能位於南極點,分裂後的亞歐、南極+澳洲、南美+非洲+印度、北美四大遠古板塊因離心力漂移到赤道位置,因南、北兩個海洋板塊的運動擠壓和裂縫處軟流層巖漿物質上升,生長出相互連線的陸橋結構 。本篇連載正文如下:

4、大陸環為什麽會「豎」起來轉且偏轉角度曾經不斷變化呢?

大陸環原本環繞赤道旋轉,又是如何變成了今天「豎」在赤道上旋轉?而且從海洋擠壓帶(如下圖德雷克海峽所示)對應的緯度方向來看,大陸環偏轉了不止一次且B段緯度方向似乎呈現較明顯的弧形偏轉,為什麽呢?

海洋板塊持續擠壓陸橋區域的分析

1)非洲板塊分裂脫離導致了大陸環最早期的90度偏轉?

從上圖大陸環生長時期的古赤道與A段緯度方向比較可以發現,大陸環應該整體偏轉了90度,為什麽呢?以下圖中大陸環穩定圍繞環繞赤道旋轉時的狀況和今天對比, 最大的差異就是巨大的非洲板塊從大陸環脫離開,也是最早脫離開大陸環的分裂板塊,這難道就是大陸環偏轉90度的原因嗎?

陸地板塊的遠古陸橋結構示意圖

還真可能是這樣!原大陸環上的遠古四大陸地板塊相對於地球自轉軸的品質基本對稱平衡,可以環繞赤道穩定旋轉。但非洲板塊脫離開大陸環時,會導致環體的自轉品質突變為極其不對稱,按照力學原理,就像蘑菇陀螺穩定旋轉時的品質不對稱位置一定在自轉軸上,所以大陸環在不對稱作用力下也會趨向將品質最大不對稱位置推向兩極,大陸環自然也就會產生90度偏轉。力學分析如下圖所示:

大陸板塊環狀結構90度偏轉的力學分析

當陸地板塊連線成環狀結構時,由於陸地板塊之間存在相互支撐力,所以環體的品質分布效果不能再按照單獨板塊考慮,而且環體區域的海洋板塊也跟隨大陸環一起旋轉同樣存在品質,所以大陸環品質分布可以看作環體任意對稱位置的兩個半圓形環體區域的總品質差異,簡稱為綜合品質;由此形成環體的品質不對稱性分布,簡稱為大陸環的綜合品質分布。環體必然存在一個最大的綜合品質差異的中心線位置,如上圖所示,為了簡化分析,假設中心線兩側品質對稱,我們就可以視同將大陸環的品質分布粗略壓縮成對稱位置的最大和最小兩個質點,而對稱位置的海洋板塊同理簡化為2個綜合品質的質點。

這裏需要先解釋一下地球板塊的離極力本質,一般認為是離心力引起的,然而離心力屬於虛構力並不真實存在,所以從實質上可以認為是地球自轉線速度差造成的板塊結構拉力所導致。因為地球經線上任意兩個相鄰的品質微元自轉半徑不同,在單位時間內移動的距離就不同,也就會造成2個品質微元之間產生結構拉力。單獨看2個品質微元應該向中間運動,但由於赤道處品質微元的線速度最大且跟隨地球自轉視同為固定位置,也就相當於赤道處的品質微元沿著經線一個拉一個組成了無數個品質微元的拉力鏈條,拖拽所有比赤道線速度慢的品質微元趨向赤道運動,也就由此產生了地球形變。而這種因線速度差所產生的拉力形變同樣會透過軟流層黏性拉力傳導給地球板塊,所以板塊也會因線速度差產生的結構拉力向赤道漂移,這可能應該就是離極力的本質。

回到上圖中4個質點的受力分析,每個質點都會受到向心力(由重力提供)沿地球球面的切線分量,方向為趨向兩極,同時還會受到趨向赤道的離極力反向作用力。在非洲板塊未脫離前即大陸環圍繞赤道穩定旋轉時,由於圖示大陸環綜合品質分布最大、最小點位置的自轉品質基本對稱,而離極力應該略大於向心力切向分量,所以大陸環會在赤道上穩定旋轉,且所有板塊都會趨向赤道極其緩慢的運動。即使由於外力導致大陸環略有偏轉,也會被離極力拉回到赤道上。

但是,當非洲板塊脫離導致大陸環品質出現嚴重不對稱時,如上圖紫色線條示意,大陸環質心就會產生嚴重偏移,綜合品質分布最大點的向心力切向分量以大陸環偏移質心為支點會在對端最小點位置產生放大的杠桿作用力。這就相當於在最小點原有向心力切線分量上增加了一個額外作用力,而且最小點的向心力切線分量和離極力由於非洲板塊品質的缺失反而大振幅變小, 只要最小點的杠桿作用力大於離極力,就會推動大陸環從赤道向自轉軸偏轉90度。 用圖示橙色箭頭的地球質心偏轉趨勢解釋也是相同,地球質心不能偏轉,就只能大陸環偏轉。

由此也可以看出,大陸環位於赤道旋轉還是位於自轉軸旋轉的狀態變化取決於杠桿作用力與離極力哪個更大。杠桿作用力源於向心力切向分量和大陸環品質不對稱程度,離極力和向心力又源於地球自轉速度,所以 大陸環跟隨地球自轉的兩種垂直角度本質上取決於地球自轉速度和品質不對稱兩種因素的綜合作用。

為了便於理解,再舉一個極端簡化的案例。不考慮地球實際情況,把大陸環視同一根兩端品質差異很大的木桿,當木桿圍繞幾何中心點旋轉時,慢速時桿會圍繞赤道處上下震蕩旋轉,當轉速快到一定程度時,木桿會立起來在轉軸上轉。其實這個原理跟蘑菇或半球陀螺的原理也是相同的,大陸環綜合品質分布最大點就相當於蘑菇陀螺大頭的重質心,最小點相當於蘑菇陀螺桿部份的輕質心,所以蘑菇陀螺只能大頭朝上或大頭朝下旋轉,即必須把品質不對稱點放到軸線上才能穩定旋轉。

2 )太陽、月球重力導致大陸環90度偏轉後的綜合品質最大差異點仍位於赤道附近

非洲板塊脫離大陸環,相當於南美板塊成為大陸環綜合品質最小點,如果僅按上述地球自轉體系的力學分析原理,南美板塊及對端綜合品質最大點(約在中國南端)應該漂移向兩極,但從眾多證據來看並沒有,反而是亞洲、南北美洲的恐龍更加繁榮,說明處於溫暖地區,這又是為什麽呢?

如上圖所示,應該源於太陽、月球重力,拉住綜合品質最大點保持在赤道位置。而且前面的分析只是假設大陸環僅有一個綜合品質不對稱點的理想情況,而真實的大陸環存在若幹綜合品質不對稱位置。當大陸環質心偏移時,所有綜合品質不對稱位置因杠桿作用力都會產生不同方向的偏轉趨勢,即便大陸環綜合品質最大不對稱位置無法處於兩極,但所有偏轉趨勢的綜合作用依然可能會推動大陸環「豎」起來旋轉。因為 「豎」過來的大陸環自轉對稱位置也在大陸環上,綜合品質怎麽都比原來的海洋板塊大,所以自轉品質對稱性更好。

最終結果就是: 非洲板塊脫離導致大陸環發生偏轉,但環體最大品質不對稱點仍處於赤道附近,所以大陸環偏轉可以近似看作是以大陸環最大品質不對稱點為軸線的90度偏轉過程。為簡化表達,將大陸環帶動全體板塊運動的過程 簡稱為「大陸環90度偏轉」

3 )大陸環90度偏轉後的赤道接近中國大陸南端?偏轉導致的陸地氣候變遷造成了恐龍的大量死亡和後繼持續衰落?南極冰蓋與今天的位置並不相同?

那麽,大陸環90度偏轉後的赤道又在哪裏呢?

從海洋擠壓帶痕跡來看與今天的緯度幾乎平行,但赤道位置並不一定相同,因為大陸環穿過地球自轉軸相當於經線圓周,垂直於該經線圓周的可能赤道位置有無數個,緯度的切線方向都是球面平行的。所以,赤道位置還是要根據大陸環自轉品質不對稱位置因太陽、月球重力處於赤道附近來推測,非洲分離導致環體上南美與亞歐板塊的品質不對稱性最大,所以 大陸環90度偏轉後的赤道大概在南美洲南緯15度和中國北緯15度位置甚至更高緯度

(1)恐龍化石不同時期的分布狀況驗證了大陸環90度偏轉後古赤道位置

坎潘期和馬斯垂克期恐龍化石分布

恐龍化石不同時期的分布情況同樣體現了這一點,下一節會論證大陸環90都偏轉的時間約為 8386±49→ 8300萬年前,正好處於白堊紀坎潘初期。如上圖綠點和黃點所示,白堊紀最後坎潘期和馬斯垂克期約83.5±0.7→65.8±0.3百萬年(即8350±70→6580±30萬年前)的恐龍化石分布情況, 澳洲大陸和南極(除最接近南美板塊的南極半島北端之北的島嶼外)的恐龍早在距今6500萬年前恐龍大滅絕時期之前的8350±70萬年前就已經滅亡了 ,也成為歷史之謎。

如果用大陸環90度偏轉導致南極+澳洲板塊進入南極圈寒帶來解釋就非常合理了,原本位於赤道熱帶、副熱帶地區的恐龍進入寒帶後幾乎全部凍死了。而且,透過對南北美洲恐龍化石分布的對稱性和亞歐、非洲恐龍化石的對稱性分析,當時的赤道明顯與今天存在一個較小的傾角,與大陸環品質對稱性傾角15度大致吻合。

較早坎潘期的亞歐+非洲板塊的恐龍主要集中在副熱帶區域,超出熱帶、副熱帶如亞歐板塊北部、非洲南部地區的恐龍也都被凍死了。然而熱帶區域的恐龍化石明顯比副熱帶少得多,為什麽呢?由於缺少更早期的恐龍化石分布圖,只能推測或許源於兩個原因:第一個原因就是恐龍不是大型兩棲動物,本身就不適合在極度潮濕、河流泥澤密布的赤道低氣壓帶環境生存,更適宜在較幹燥的副熱帶生存,屬於副熱帶動物;第二種可能是大陸環90度偏轉導致地球的氣候帶和氣壓帶發生了大幅變化,從而導致恐龍不適於在熱帶生存而死亡。

兩個原因結合,由於大陸環偏轉導致的氣溫、氣候、洋流等變化過於復雜難以解析清楚,只能簡單估測:原所有陸地板塊構成的大陸環都位於赤道上,所以因海洋和陸地溫差導致的氣壓帶只有赤道陸地區域和南北半球海洋3部份;由於大陸環在赤道中心位置的陸地區域基本屬於內陸地區,相比大陸環兩側邊沿的極度潮濕雨林氣候可能反而相對幹燥,或許更適合恐龍生存。當大陸環90度偏轉後,類似今天的赤道低氣壓帶導致熱帶區域過於潮濕泥濘,從而造成恐龍大量死亡或向副熱帶遷移,非洲中部、中美洲、亞歐南部、西亞等地區可能就是這種情況造成恐龍滅亡。但恐龍可以前進演化成少量適應潮濕環境的種類,比如較晚的馬斯垂克期時印度中部熱帶地區的恐龍化石反而增多了。

南、北美洲恐龍化石更是恐龍早期耐寒前進演化種類的明顯證據,坎潘期(8350±70→ 7060±60萬年前)南、北美洲的恐龍化石明顯集中於溫帶北美科迪勒拉山系、南美安第斯山脈和巴拉那高原高海拔寒冷區域,甚至個別恐龍化石位於寒帶和北極點附近,難道美洲恐龍普遍比亞歐恐龍耐寒?應該不是,只能說明大陸環位於赤道時就已經前進演化出了高海拔山地、高原地區耐寒的恐龍種類,而且大陸環90度偏轉的氣候變遷把美洲地區不耐寒、不耐潮濕的恐龍幾乎都滅亡了,只有原本就生活在高海拔寒冷地區的恐龍種類存活下來占據霸主地位。

因此,大陸環90度偏轉過程可能摧毀了全球大量的恐龍,而且更晚的馬斯垂克期(7060±60→6580±30萬年前)的恐龍化石相比坎潘期總量更少,而源頭應該就是大陸環90都偏轉導致的恐龍生活氣候及動植物環境變化所致。

該分析結果與中科院古脊椎動物與古人類研究所、中科院地質與地球物理研究所和中國地質大學(武漢)等單位人員組成的科研團隊在美國【國家科學院院刊】發表的關於恐龍滅亡情況的分析論文基本一致,透過對中國山陽盆地晚白堊世6824→6638萬年前1000多件原位埋藏的恐龍蛋和蛋殼標本分析,表明山陽盆地內的恐龍多樣性在其滅絕前約200萬年間一直處於比較低的水平。綜合秦嶺東部其他晚白堊世盆地,以及山東萊陽、廣東南雄等地發現的恐龍化石,研究人員發現在7200萬年前後中國的恐龍多樣性有一個明顯的降低趨勢,這與北美西部的恐龍化石分布特征有相似之處,因此該研究認為恐龍多樣性在晚白堊世的降低很可能是一個全球性現象。恐龍多樣性發生了持續性衰退,降低了恐龍這個類群的環境適應能力,並導致其無法從德幹火山爆發或小行星撞擊等重大災害事件所引起的環境劇變中生存和復蘇,從而最終走向滅絕。按本書分析,恐龍走向衰落的根本原因最大可能還是大陸環偏轉導致的全球氣候變遷所致。

(2)南極冰蓋與今天相差約15個緯度

此外,大陸環90度偏轉古赤道的位置也能合理解答——南極大陸附近唯一在大陸環90度偏轉過程後依然存活在約7400→7000萬年前時期的南極甲龍問題,如上圖所示,由於大陸環90度偏轉後的南極點大概位於今威爾克斯地南緯75度的中間位置甚至更低,所以南極甲龍生存的詹姆士.羅斯島緯度約古南緯49度(今南緯64度),處於溫帶,比今天位置低15個緯度而溫暖得多,但南極甲龍的抗寒能力也是毋庸置疑的。

從上圖也可以明顯看出,如果將南極圈作為冰蓋的邊沿位置,在大陸環90度偏轉距今約8300萬年前之後, 南極冰蓋開始在圖示紅色虛線圓圈內開始形成,包含以威爾克斯地為中心的大部份南極地區和今澳洲板塊南部大半區域。而圖示的南極半島、埃爾斯沃思地、瑪麗.柏德地的右側小部份、毛德皇後地的左上小部份及整個羅斯海都不在該時期的古南極圈以內,不但沒有類似今天厚厚的冰蓋,連冰雪覆蓋都沒有,應該會有很多耐寒的動植物在此生存。

4)大陸環90度偏轉的時間推測,三大洋原來是陸地板塊漂移形成的?

回到大陸環90度偏轉過程時間的論證環節,一般認為非洲板塊從1.3-1.4億年前期間開始分裂,但在沒有徹底從大陸環分離即與南美板塊分離之前,它仍屬於大陸環的組成部份,而大陸環因品質對稱仍會在赤道穩定旋轉,直到非洲板塊徹底分離的一天才會開始偏轉過程,那麽非洲板塊又是什麽時間徹底分離的呢?

(1)恐龍等生物化石的時間證據

生物考古再次為我們提供了科學證據,最明顯的證據就是上一節描述的 南極-澳洲恐龍提前滅亡 !但時間校準需要更多證據。

在澳洲維多利亞的恐龍灣,發現了恐龍化石及150多種動植物。智利南美杉、銀杏和羅漢松等碩大的裸子植物構成植物群落的優勢族群,繁盛的蕨類植物和苔蘚植物、一些低矮的小灌木甚至草本植物構成了森林的下層植被,其地層年代約為1億-1.2億年前之間。此外,綽號「庫珀」的化石骨骼於2007年在昆士蘭省西南部的埃羅曼加盆地的庫珀溪被發現,研究發現應為距今9000多年前大型食肉恐龍。這也就是說明,南極+澳洲板塊在距今9000多年前還是溫暖的。

2000年在非洲尼日發現約9500萬年前的皺褶龍化石與南美洲阿根廷和馬達加斯加存在關聯性,該論文由此推測約9500萬年前非洲與南美洲板塊尚未完全分裂。

因此,非洲板塊從南美分離的時間可以校準到9500萬年前之後,資料還不夠。

(2)南極沈積物中生物年代的時間證據

根據【Nature:白堊紀超級暖期南極大陸存在溫帶雨林】論文,2017年,德國亥姆霍茲極地和海洋研究中心Johann Klages團隊透過西南極洲羅斯冰架上30m的沈積巖心柱底部約3公尺沈積物進行了多指標分析,采樣點位置如下圖「20-2」點位置為所示:

基於生物化石層序學和古地磁學,該巖心柱底部近3 m的沈積序列的年代被限定到白堊紀中期(土侖階-桑托階:~92-83 Ma,即距今9200-8300萬年前),孢粉分析結果顯示植被型別以羅漢松科和南陽杉科的針葉林為主,同時還含有大量的蕨類植物和淡水相的藍藻生物至少65種植物。估算出當時南極大陸年平均氣溫約13℃,夏季上升至20至25攝氏度河流或湖泊平均表層水溫可高達20℃,海平面比今天高出170公尺。由於冰對太陽放射線有極高的反照率,而植被對地面長波放射線能有強吸收能力,研究人員推斷白堊紀中期南極大陸是一個無冰世界。薩爾茲曼表示:「大量的植被殘留表明,當時南極的海岸是一片茂盛的溫帶沼澤雨林,類似於今天紐西蘭生長的森林。」

按照本書推理體系,該3公尺沈積物8300萬年前的下限時間應該為植物死亡的截至時間,可能處於大陸環偏轉帶動南極+澳洲板塊進入寒帶甚至接近南極點時期,如果按陸地板塊巖石圈層擠壓海洋板塊的最大參考速度0.27公尺/年,則南極+澳洲板塊質心從赤道漂移到寒帶南緯66°34’需要2737萬年,漂移到南極點約90個緯度需要3700萬年,計算出大陸環開始漂移時間約為1.1-1.2億年前。該計算結果與論文中約9500萬年前非洲與南美洲板塊尚未完全分裂的推測不符;同時也意味著遠古陸橋在1.1-1.2億年前停止生長且已經浮出海面形成真正的陸地連線,與有袋類動物約6600萬年前之前才跨大陸遷移的時間差異太大;而且沈積物有明顯的分層也說明植物死亡可能是一個較快的變化過程。

因此,上述分析情況的可能性極小,說明大陸環偏轉並不是單純的陸地板塊擠壓海洋板塊運動,最大可能類似於前述2200氣候事件(含4.2千年事件)時全球板塊構成的整體球殼在高溫高壓軟流層上的高速球面滑動(即2200全球高速滑動,可視同為地殼整體漂移),即大陸環偏轉運動推動海洋板塊和非洲板塊集體在軟流層上整體球面滑動。

由於全球板塊整體球殼的球面滑動速度取決於軟流層整體的流體化程度,也就是取決於因軟流層吸收熱量的大小和區域差異造成各區域偏流體化或偏固體化的綜合摩擦力情況,所以不能按照2200氣候事件軟流層高壓高溫時期的漂移速度約2.3908公裏/年計算(漂移到南極點約90個緯度僅需4178年)。恰好,【Nature:白堊紀超級暖期南極大陸存在溫帶雨林】論文中 3公尺沈積物的頂端有5cm的褐煤層,應該就是植物因氣候變遷大量枯死後沈積轉化形成的,按照時間比例對應為0.05/3×(9200-8300)=15萬年。

一般來說,很多熱帶植物在副熱帶也能存活,所以該采樣點的植物死亡大機率是在超過副熱帶南緯30度至接近寒帶南緯66°34’的過程中,那麽按此估測大陸環90度偏轉時間約36.92萬年,大陸環最大漂移速度為 27.06公尺/年 ;如果該時期植物對於氣溫氣候的耐受性差更容易死亡,假設超過副熱帶10個緯度就幾乎全部死亡,那麽大陸環90度偏轉時間約135萬年,大陸環漂移速度為 7.4公尺/年

因此, 如果沈積物年代對應準確,那麽大陸環開始偏轉的時間(也是非洲板塊徹底分離的時間)在距今約8435-8336.92萬年前的範圍內(即8386±49),大陸環90度偏轉過程時間約在36.92-135萬年範圍內,至距今約8300萬年前大陸環偏移過程截至;南極+澳洲板塊地區包含恐龍在內的大量動植物死亡時間距今約8375→8309.61萬年前期間。

該距今約8386±49→8300萬年前的大陸環偏轉推測時期與坎潘期初始年代8350±70萬年前完全吻合,本章第一節也分析了與亞澳陸橋斷裂期約3333萬年前、紐西蘭島形成約8500萬年前時間吻合。

(3)印度板塊分裂的可能證據

還不止如此,一般認為印度板塊(現在劃分的印度洋板塊由次級板塊印度板塊、澳洲板塊和印度洋區域海洋板塊等組成)形成於9000萬年前。而根據2019年國際地質學期刊【三古】中「Palynofloral evolution on the northern margin of the Indian Plate, southern Xizang, China during the Cretaceous Period and its phytogeographic significance」(轉譯為白堊世時期西藏南部印度板塊北緣古植物區系演化及其植物地理學意義)論文的資料表明,印度次級板塊北緣在約8500萬年出現了非洲北部的特有植物,應該說明印度板塊最大可能在約8500萬年時還尚未與非洲徹底分離,所以植物才能蔓延過去。

即印度次級板塊的分離時間最大可能晚於8500萬年前,那麽就有很大可能在大陸環90偏轉過程約8386±49→8300萬年前期間中。那麽,印度板塊從非洲板塊分離就有很大可能是大陸環90度偏轉擠壓所導致的,到底是不是呢?我們來分析一下。

第一階段——大陸環90度偏轉過程時期(約8386±49→8300萬年前期間)

根據下圖所示,在非洲+印度板塊跟隨大陸環90度偏轉過程中,大陸環擠壓推動非洲+印度板塊南邊的海洋板塊北移,海洋板塊又擠壓推動非洲+印度板塊北移(今地圖北北西, 特別註明,本書方向全部表述都以當時的地球自轉軸或赤道為準 ), 海洋板塊對非洲+印度板塊的擠壓方向剛好正對印度板塊所在的突出位置,受力最大 。而且,大陸環90度偏轉過程中最遠點的漂移速度高達7.4-27.06公尺/年,擠壓區域的漂移速度可能約1/3,約2.5-9公尺/年,是今天板塊最大漂移速度的約25-90倍。

印度板塊分裂的擠壓力分析

但海洋板塊擠壓非洲+印度板塊並不是這個速度差,因為非洲+印度板塊被擠壓後也會跟隨移動。這就像汽車加速後勻速行駛,先有一個短時的加速過程,到勻速時維持速度的推力就減小了很多。海洋板塊的推力就相當於汽車加速和勻速過程的推力,加速過程時對非洲+印度板塊的擠壓力最大,直到把非洲+印度板塊加速到約2.5-9公尺/年。那該短時加速階段的擠壓力也至少遠超常態幾倍至幾十倍,必然導致非洲+印度板塊劇烈形變,產生大量平行褶皺的山脈(高原)和山谷。

再由於印度板塊邊沿類似三角形,斜度決定了海洋板塊擠壓力分量有所不同。圖中紫色小箭頭代表代表南邊海洋對印度板塊東高止山脈的垂直擠壓力分量,白色弧形小箭頭代表因印度板塊偏轉產生的海洋板塊阻力擠壓力,擠壓力越大則受壓形變隆起的位置距離陸地邊界越遠。

很明顯, 形變平行褶皺的最大隆起區域在圖示紅線的東非高原和衣索比亞高原一線 ,其中,衣索比亞高原相比東非高原因受力更大而距離擠壓方向的陸地邊界更遠。而且,最大隆起區域兩側的平行褶皺凹陷剛好就是東非大裂谷的東支和西支,因此 今天東非大裂谷的繼續分裂,最大機率就源於8300萬年前的這次劇烈擠壓過程產生的初始凹陷裂縫

當海洋板塊擠壓推動非洲+印度板塊的短時加速階段結束後,維持非洲+印度板塊漂移速度的擠壓力明顯變小,但擠壓力依然存在,繼續頂高東非高原至衣索比亞高原一線,要一直持續到約8300萬年大陸環90度偏轉結束時。

Ø 印度板塊的分裂原理推測及陸地板塊間擠壓造山作用

印度板塊與非洲板塊的分裂邊界應該是另一條距離擠壓邊界更近的、平行褶皺的凹陷山谷 ,上圖黃色實線示意的分裂線形狀明顯就是東非高原或大裂谷按受力比例的縮小版。而且它應該在加速或勻速擠壓過程中越陷越深,最終徹底斷裂分離了,其中加速階段斷裂分離的可能性更大,最終形成了今天的非洲板塊和印度板塊。

並且,說是分離了,但從圖上大陸環90度偏轉過程的擠壓力方向可以看出,由於印度板塊比非洲板塊輕得太多,海洋板塊的北向擠壓力導致印度板塊肯定比非洲板塊向北的漂移速度更快,也就會一直持續向北擠壓非洲板塊。所以大陸環90度偏轉過程時期,印度板塊最大可能是無法真正脫離非洲板塊,而是因持續擠壓力下陷產生淺海區域而產生板塊間的海洋隔離。

此外,分裂線南側平行褶皺的隆起部位應該就是印度板塊的西高止山脈及德幹高原,大陸環90度偏轉的加速及勻速擠壓過程造成西高止山脈隆起海拔多在1000-1500公尺,同時也繼續頂高北側東非高原至衣索比亞高原一線。

第二階段——大陸環90度偏轉過程結束後時期(約8300萬年前至撞擊亞歐板塊期間)

第二階段又分為兩個小階段。第一個小階段,大陸環90度偏轉過程結束後,非洲板塊處於赤道附近,而印度板塊距離赤道還很遠,在離極力和太陽、月球重力作用下會繼續趨向赤道北向運動,所以印度板塊會繼續擠壓非洲板塊。而且,印度板塊由於趨向赤道的作用力,需要把幾何即品質最大長軸拉到跟緯度平行時才最穩定,所以也會產生旋轉運動趨勢,加大了與非洲板塊的局部擠壓力和整體摩擦力。

但兩者間總體擠壓力和摩擦力恢復常態,變得非常小,跟今天印度板塊擠壓亞歐板塊的性質一樣,其作用力與跟隨地球自轉向東漂移的作用力同量級。又由於印度板塊的漂移方向和非洲板塊東側邊沿的斜線方向基本一致,所以印度板塊可以向東北方向擠蹭著非洲板塊,緩慢的滑動出來。直到非洲的邊界阻礙不再影響印度板塊,印度板塊才能開始第二個小階段的自由漂移過程。

印度板塊執行軌跡分析

如上圖所示(圖中的垂直角線條表示印度板塊的歷史位置),雖然是今天的地圖方位,但非洲板塊質心當時也處於赤道附近,所以用來分析印度板塊脫離非洲板塊阻礙的相對方位也差不多。印度板塊漂移只要超過非洲板塊邊界相對於印度板塊執行軌跡的最大凸出位置即可自由漂移,從地圖測距來看,加上大陸環90度偏轉過程期間的位移,總計位移距離大機率不會超過260公裏。

關鍵點是,圖示藍色箭頭表示了印度板塊自由漂移的方向,可以看出非洲板塊的阻礙情況並不嚴重,對漂移速度的影響應該不會太大;而且,如果有劇烈的碰撞或擠壓運動,馬達加斯加島西北部邊緣不可能至今都與印度板塊東南部邊緣如何吻合。此外,這也 符合了地質學證據表明印度板塊與非洲板塊發生過剮蹭而不是強烈擠壓的情況。

透過上述一系列分析,陸地板塊不會無故斷裂,而大陸環90度偏轉過程中超強擠壓力導致非洲+印度板塊的形變斷裂為印度板塊的形成原理提供了最合理的可能解釋。印度板塊的分裂分離源於大陸環90度偏轉,大陸環90度偏轉又源於非洲板塊分離,是連鎖發生的,而植物證據又證明了印度板塊與非洲板塊的分開在8500萬年前之後,所以發生時間就應該在約8386±49→8300萬年前期間,也反向驗證了非洲大陸的分裂時間。

(4)大西洋形成時間的可能證據

目前一般認為中大西洋形成1.8億年前,最早是北美與非洲之間的拼接斷裂,然後隨著南美和非洲裂開擴大,約9000萬年前實作南北海洋的初始貫通。這句話本身不就說明非洲與南美板塊的分離時間在9000萬年前左右嗎?所以大西洋的貫通時間也可以算是一個非洲板塊分離粗略時間的證據之一。

這裏也額外說一下,目前一般認為大西洋的形成源於板塊之間的張裂擴大,那麽張裂擴大的原因或驅動力又是什麽呢?至今沒有一個令人信服的答案,一般認為是非洲與南美板塊間海底裂縫產生了海嶺或中脊擴張驅動(詳細原理分析見第六章第2節),但大西洋中脊的擴張速度才約1-2cm/年,跟非洲與南美板塊之間擴大的速度27cm/年相比太小了,不可能是驅動力。

采用本書地球板塊的力學運動過程及原理解釋就極其簡單且合理了。盤古大陸約2.0617億年前開始分裂成四大遠古板塊,北美板塊和南美+非洲板塊都漂移到赤道時約1.7739億年前,兩者之間的空隙就成了大西洋的雛形(如下圖藍色圈起的上面區域所示),其實它僅僅是南北半球兩個大海洋的一小部份而已。然後非洲板塊跟隨地球或軟流層自轉的速度更快而向東漂移,也就形成了南大西洋部份,由此就分割出今天所說的太平洋、大西洋和印度洋三大海洋板塊了。

大西洋的形成分析

此外,如果非洲與南美板塊開始分裂(註意:分裂指的是有裂縫,不是指分離)的時間約1.3-1.4億年,那麽到徹底裂開分離(8386±49萬年前)之前,南大西洋區域是一個裂縫加深、加寬的漸變過程(如上圖藍色圈起的窄條區域)。低於海平面後,從淺海逐漸加深。

但再深也就現在的大西洋平均深度約3627公尺左右,相比海洋巖石圈層約55-60公裏的厚度完全可以忽略;而板塊巖石圈層的側面都是近似垂直向下的(板塊間俯沖也只是上層很小的厚度上),所以一旦非洲板塊與南美板塊的巖石圈層徹底裂開並分離,則裂縫深度會突變加大,只能依靠巖漿上湧冷卻形成海底來填補,那麽南大西洋就可能出現一個短時、突變變深的過程,這可能就是兩側陸地大陸坡相對大陸棚陡峭的原因。大陸坡距離海岸一般在50-200公裏之間,按非洲板塊約0.27公尺/年的漂移速度僅需要18.5-20萬年即可到達(這也應該是巖石圈層徹底分離的位置和時間點),相比非洲板塊5000公裏的漂移距離和約1800萬年的漂移時長完全可以忽略。

再之後,隨著非洲板塊向東漂移,持續產生裂縫,被巖漿上湧冷卻持續形成海底巖石圈。在該過程中並不會產生大洋中脊,大洋中脊的產生另有原因,詳見第六章第2節第3小節。

因此,南大西洋是非洲板塊漂移產生的,時間跟非洲板塊分裂時間相近。

(5)南極溫暖時間的證據

在【Nature:白堊紀超級暖期南極大陸存在溫帶雨林】論文中,Johann Klages團隊執行全球氣候模型進行CO2敏感性實驗分析,僅當CO2濃度達1120ppmv以上時,模擬出的南極夏季地表溫度才與重建結果相吻合,但盡管如此,模擬的年平均氣溫仍遠低於重建結果。這也就是說,以二氧化碳溫室效應來解釋距今約9200-8300萬年前南極溫暖是不符合實際情況的!

而按照大陸環90度偏轉,8386±49→8300萬年前期間南極才從赤道熱帶進入寒帶變冷,自然而然的就合理解釋了南極溫度變化的原因,也印證了南極應該在約8300萬年進入寒帶。

根據上述證據可以證明,大陸環90度偏轉的時間就是8386±49→8300萬年前期間。

5 )8386±49萬年前之前的南極海平面為什麽比今天高170公尺?

論文中還分析出南極海平面比現在高約170公尺,同樣可以用大陸環的緯度及海平面變化進行較合理的解釋:

因為當時包含南極板塊在內的所有陸地板塊(即大陸環)都位於赤道附近,不存在今天的南極冰川,所以,如果按照今天南極冰川融化可能導致全球海平面上升約60-70公尺的說法,那麽當時的全球海平面至少比現在平均高60-70公尺。

而且,參照本書第二章第10節「3049撞擊造成的全球海平面高度變化分析,地球的海水層、巖石圈層(含地殼)、軟流層也存因離心力的拉伸變形?」的分析,今天海平面高度因地球自轉速度變化的差異量h =1.96 k(cosα)²,k=10.9866公尺,α為緯度值。再根據相關資料,地球3.5億年前時自轉速度約385天/年,6500萬年前時自轉速度為376天/年,可以近似認為大陸環位於赤道時的自轉速度與今天相同,能近似套用今天的海平面高度變化公式。所以,原位於赤道南極板塊視同今天位於赤道,比今天南極板塊的海平面高約1.96 k=21.53公尺。

兩個因素相加的海平面變化約81.53-91.53公尺,近似計算的誤差值以及地球橢球體造成的海平面差異量等都太小可以忽略。但距離科考論文的170公尺還一半左右,問題在哪裏呢?

水分子的逃逸嗎?水分子無法直接逃逸出地球,但在游離層會被游離成氫離子和氫氧根離子,氫逃逸出地球就相當於水的流失,但就算把8300萬年內95000噸/年逃逸的氫全部折合成水為6.308×10 13 噸,近似為6.308×10 13 立方米,相比約13.38×10 17 立方米的海水總量完全可以忽略。

那麽,只剩下一種較合理的解釋就是:

地球是個橢球體,今天的赤道半徑a=6378137公尺比極半徑b=6356752公尺要大21385公尺。大陸環是按赤道半徑形成的正圓環體,大陸環90度偏轉後的形態與今天類似,假設環體不發生形變仍為赤道半徑的正圓環體,則環體上位於極點的南極板塊的假設高度就要比極半徑高出21385公尺;同時也意味著偏轉導致南極海平面的假設理論高度應降低21385公尺,可視同距今8386±49萬年前偏轉前的南極海平面在大陸環不形變假設下比今天高21385公尺。

而實際上大陸環在偏轉過程不發生形變是不可能的,在軟流層黏性拉力和地球自轉向心力作用下,大陸環必然貼合地球橢球體形態而產生形變。參照今天地球橢球體數據,大陸環形成時的周長應類似今天的赤道周長約40075.7公裏,大陸環90度偏轉後的周長需要盡量貼合地球橢球面周長L=2πb+4 (a-b)= 40026.2 公裏,即大陸環周長需盡量縮短49.5公裏。大陸環偏轉導致的形變擠壓力應該就是遠古陸橋初始扭曲的原因,亞澳陸橋因為太長只能從中間斷裂,來滿足周長要求,所以大陸環偏轉時間就是亞澳陸橋的破裂及海洋擠壓帶的產生時間。

但從本書前面的分析也可以看出,除已經斷裂的亞澳陸橋外,大陸環整體連線結構至今尚在,所以也必然存在為保持環體形態的結構抗力,會適當頂高南極板塊比獨立板塊在軟流層上的位置稍高一些,如果按照論文170公尺計算,擡高效果約78.47-88.47公尺。

綜上分析,南極板塊的緯度變化、沒有冰川、大陸環結構抗力擡升三個因素可能導致了8386±49萬年前的海平面高於今天約170公尺。

6 )約8300萬年前之後大陸環及海洋擠壓帶的偏轉分析推測

有了大陸環90度偏轉的詳細分析案例,德雷克海峽陸橋和亞澳陸橋海洋擠壓帶的後期方向變化也就比較容易解析了(以下圖德雷克海峽海洋擠壓帶為示意)。

德雷克海峽的海洋板塊運動擠壓力分析

(1)非洲和印度板塊在距今約6500→3333萬年前期間對亞歐板塊的擠壓效果

首先就是本章第3節分析的關於大陸環90度偏轉後(即距今約8300萬年前之後)各陸地板塊相對於赤道的位置,如下圖紅色箭頭和註釋所示。非洲和印度板塊的質心距離赤道很近,也就意味著非洲和印度板塊對大陸環的碰撞和持續擠壓力基本是正東方向(非洲和印度板塊在軟流層單位面積上的品質肯定比大陸環輕,跟隨地球自轉的漂移速度更快,會對大陸環產生持續擠壓力)。所以, 在距今約6500→3333萬年前期間,非洲和印度板塊碰撞、擠壓大陸環並不會引起大陸環發生明顯偏轉,海洋擠壓帶原A段緯度方向自然保持一條直線向當時的正東推進。

距今約6500→3333萬年前期間赤道及板塊

但陸地板塊之間的巖石圈層擠壓會導致板塊地表產生形變,由於地表形變過程是長期的,所以放在後面一並分析推測。

(2)澳洲板塊的分離漂移導致了距今約3333→800萬年前期間的大陸環和海洋擠壓帶偏轉

如下圖所示,澳洲板塊在距今約3333萬年前從大陸環分離,因離極力作用不斷擠壓原亞澳陸橋向赤道運動。但由於西側海洋板塊在軟流層上的線速度相比澳洲板塊更快,也會擠壓澳洲板塊及亞澳陸橋殘骸不斷向東運動,偏離了大陸環環體位置(也是經線位置)。那麽, 偏離大陸環位置的亞澳陸橋殘骸巖石圈層就成了大陸環上伸出去的一個杠桿(圖示綠色標識),而澳洲板塊漂移產生的擠壓力中垂直於環體的推力分量就會產生力矩,以環體與赤道相交的兩個點為軸,從而推動大陸環整體逆時針偏轉。而且,澳洲板塊距離大陸環越遠,杠桿造成力矩也就越大,由此就造成了距今約3300萬年前之後大陸環的持續偏轉約25-30度(後面分析轉軸存在一定北移,所以不同位置的偏轉角度有差異),以及海洋擠壓帶呈現相應的弧形變化。

澳洲板塊運動擠壓大陸環偏轉

但大陸環逆時針偏轉也帶動非洲和印度板塊相對赤道線南偏,非洲和印度板塊的離極力又形成了與澳洲板塊離極力相反的杠桿力矩,由此形成新的平衡態。那麽,達到新平衡態的時間點是多少呢?從海洋擠壓帶的粗略方向看,形成新平衡態的時間點最多也就距今1000萬年前(之前弧度變化較大),根據本章第7節土耳其安納托利亞高原火山巖代表地質活躍度的分析,偏轉過程可能在約800萬年前結束。為了簡化描述, 暫定約3333→800萬年的大陸環逆時針偏轉以下特指簡稱為「°度偏轉」 。這也最終形成了約800萬→公元前3049年小行星撞擊之前的赤道和地球自轉軸的相對位置。

重點強調,為什麽都要加「相對」兩個字呢?因為前述從盤古分裂至大陸環偏轉等變化過程全部都是地球板塊運動所造成,並不是我們通常所說的相對於太陽座標系的地球自轉軸產生的變化,只是基於地球自身座標系的相對位置變化。舉例來說,陸地板塊距離極點越來越遠,站在陸地板塊上的我們感覺上好像是地球自轉軸偏轉了,但其實地球自轉軸在太陽系中的方位可能壓根沒動,我們在地球上看到的都是相對位置的變化而已。為了區分這兩種自轉軸的相對概念,相對於地球外部的、太陽系座標的地球自轉軸方位簡稱為外相對自轉軸,相對於地球板塊的、也是地球內部座標系的自轉軸方位簡稱內相對自轉軸。

說到這裏,又涉及到地球板塊運動是否會造成地球相對於太陽系的自轉軸(即外相對自轉軸)發生偏轉呢?由於地球板塊的巖石圈層品質相對於地球總品質占比太小,所以即使因板塊品質分布變化導致地球的外相對自轉軸有所變化,也是微乎其微。因此,可以近似認為: 在沒有地球以外的外部作用力或動量嚴重影響下,地球的外相對自轉軸近似不變。

這也涉及到了包含地球在內的所有太陽系行星幾乎在同一平面圍繞太陽旋轉,但宇宙和太陽重力並沒有方向概念,為什麽呢?而且,所有太陽系行星相對於太陽公轉軌域的傾角明視訊記憶體在規律性,但至今尚未有公認客觀科學的解釋。這些疑問在後面章節會專題分析推測。

此外,上圖也可以看出,大陸環偏轉連帶南極板塊逐漸偏移約30度左右(比偏轉角度大因為大陸環本身也有位移),南極板塊在寒帶緯度的面積明顯減少。直到地球在約公元前3049年遭遇小行星撞擊,導致南極板塊才成為今天全部在南極圈內。

有趣的是,夏威夷島的運動軌跡或許也能證明25度偏轉過程。如下圖所示,夏威夷島很可能是從俄羅斯勘察加半島或被海洋擠壓帶推移的白令海峽陸橋碎塊中分離出去的。開始的軌跡明顯與澳洲板塊一樣,因離極力向赤道運動;同時因海洋板塊與陸地板塊的線速度差被推移略向東運動,所以前期軌跡為向南南東方向運動的一條斜線。然後大機率由於約3333→800萬年前期間的25度偏轉,亞洲與太平洋巖層也跟隨一並旋轉,且從後面世界磁異常圖分析還略向北移動了一點,所以夏威夷島後期運動軌跡就突然折角轉向了東南東。800萬年前之後夏威夷島應該再折向南南東運動,但由於離極力減小(地球球面導致離極力45度時最大)而移動減慢,且早於第四紀冰期,所以後期漂移軌跡不明顯。

7 )因非洲、印度、澳洲板塊擠壓大陸環造成板塊間相對位置及地表形態的變化分析

前面提到非洲、印度板塊在距今約6500→3333萬年前期間的質心基本位於當時的古赤道附近,所以板塊間線速度差導致的板塊間擠壓力不會造成大陸環發生明顯偏轉,但陸地板塊之間的巖石圈層擠壓會導致地表產生很大形變,以下詳細分析。

(1)陸地板塊之間的擠壓形變原理分析

如下圖所示, 通常在軟流層上單位面積輕的陸地板塊向重的陸地板塊斜下方俯沖, 因為在同等巖石密度下,輕的板塊更薄所以位置也稍低,擠壓時向下運動。 擠壓邊界兩側的陸地板塊都會因內應力產生形變,隆起部份成為山脈或高原(隆起高度和距離等形態取決於內應力和板塊巖石結構抗力的作用過程)。

板塊之間的擠壓造山運動分析

而且,初始狀態下因擠壓力對等,兩側板塊的隆起高度基本相同。但由於擠壓邊界也隨著擠壓力緩慢推移,主動擠壓板塊的大部份巖石物質能俯沖下降至軟流層熔化;如果超過擠壓邊界的巖石物質全部能俯沖下降至軟流層熔化,則因板塊間速度差基本固定,受到阻擋外力所產生的板塊內應力也基本固定,所以圖示藍色主動擠壓板塊的隆起高度和到擠壓邊界的距離也會基本固定。而被動受壓的陸地板塊的巖石物質只能持續堆積變厚變高,所以圖示綠色被動積壓板塊的隆起高度只會越來越高,隆起形態的距離越來越長,時間越久,則越比主動擠壓板塊的隆起更高更大。

此外,兩側板塊的隆起形變也會導致巖石圈層斷裂成一定範圍的裂縫地帶,再由於擠壓力持續產生,且板塊推進導致的形變位置也在不斷微小推移,所以板塊變形的斷裂位置也會不斷持續產生,成為地殼的長期薄弱位置。軟流層巖漿在高溫高壓下會不斷沿著裂縫上行,在隆起地區產生大量巖漿湧出後冷卻的巖石物質。還有,擠壓邊界俯沖地帶會因擠壓力下陷,形成平原甚至淺海。

其實這個力學原理很簡單,用固體的內應力解釋或許不直觀,舉三個簡單的例子就容易理解了:

我們把主動擠壓板塊想象成一張白紙整體向前移動,當遇到阻力時,白紙中前面一定範圍就會向上隆起(後面部份不會隆起),這就相當於上圖中擠壓邊界的左側部份;

再假設一張白紙你用手摁住不動(模擬軟流層黏性拉力阻力),當你擠壓白紙一端時,臨近擠壓位置一定範圍的白紙就會隆起,這就相當於上圖中擠壓邊界的右側部份;

如果隆起部份因形變斷裂了呢?相當於白紙在凸起的中心線位置被剪開,擠壓力會導致隆起中心線兩側的白紙因繼續頂高甚至分裂開翹起。

因此,用力學原理完全可以合理的解釋所有板塊間擠壓的隆起、俯沖帶中間邊界的前端凹陷、熔巖和隆起中心線分裂開翹起等所有形態及狀態變化,只不過巖石物質擠壓超過形變承受力後就會多出碎裂性質,呈現帶狀的碎裂區域,但原理和現象區別不大。

(2)亞歐、非洲、阿拉伯半島三個板塊連鎖作用的案例推測

非洲板塊距今約6500萬年前碰撞並開始持續擠壓亞歐板塊,阿拉伯半島就是主動擠壓的非洲板塊「從隆起高點裂縫處至擠壓邊界」區域的典型案例(如下圖所示)。

Ø 第一階段

首先,阿拉伯半島及兩河流域跟印度板塊一樣原本屬於非洲板塊的一部份,因 非洲板塊主動擠壓亞歐板塊導致以紅海位置為中心線產生隆起,紅海中心線西南側為阿拉伯沙漠和衣索比亞高原組成的斜坡,紅海中心線東北側為阿拉伯高原 和希賈茲山脈 組成的斜坡。

最關鍵的是:非洲板塊因隆起形變的內應力在紅海中心線位置產生了巖石圈層的裂縫帶,軟流層巖漿會從裂縫帶上湧火山噴發,冷卻後形成玄武巖蓋層。而且,巖漿冷卻的玄武巖只是暫時性填補了裂縫帶,由於不論非洲板塊向擠壓邊界的持續推移還是隆起形態的不斷堆積擴大,都會造成內應力中心線的實際位置不斷改變,也就意味著內應力會不斷擠壓原有裂縫帶臨近的區域反復產生新位置的裂縫帶,由此間歇性的重復「隆起→碎裂→巖漿上湧→冷卻填補」的過程,也就會形成一個在原有巖層上不斷推移交疊的玄武巖蓋層,與目前的地質情況完全吻合。

而且,該階段由於隆起形變越來越大,就會從中間斷裂,也就形成了兩邊陡峭甚至翹起的紅海海岸及向兩側下降的斜坡台地形態。這也就意味著紅海海岸在6500萬年前之後的一段時期開始形成,要看隆起形變導致巖層裂開的過程時間,可能需要上千萬年。但這指的是紅海海岸,並不代表真正的紅海形成,裂縫隨擴大的深度低至海平面以下才可能形成紅海,所以還要增加一個裂縫擴大加深的過程時間。

另外,非洲板塊向東擠壓亞歐板塊為斜面,有向南的運動分量,所以非洲板塊在紅海裂縫帶錯位向南運動,從而撕裂形成了初始的亞丁灣並不斷擴大。

而被動受壓的亞歐板塊隆起形成了伊朗高原和土耳其高原;俯沖邊界前端的凹陷區域形成了新月沃土地帶(包含蘇美爾美索不達米亞平原)和波斯灣區域,從陸地結構上應該與阿拉伯半島相連線。由於後來板塊間擠壓作用導致阿拉伯半島從紅海斷開了,以圖示中的俯沖帶和紅海為分界線,今阿拉伯半島、敘利亞、伊拉克(兩河流域的低海拔地區)和西奈半島完全可以看作一個等同於印度板塊的獨立板塊,面積也近似,以下簡稱為阿拉伯板塊(與目前阿拉伯板塊劃分稍有差異)。

Ø 第二階段

然後,大陸環在約3333→800萬年前期間發生緩慢的約25度偏轉(同時帶有沿著環體的滑動),折合距離偏轉軸最遠點的最大漂移速度約8.76cm/年,亞歐板塊擠壓非洲板塊的區域在北緯25-0度左右,平均漂移速度約1.9cm/年很慢。如上圖所示,環上的亞歐板塊相當於朝西南方向呈圓弧型逆時針旋轉,而旋轉擠壓會產生旋轉作用力、杠桿作用力和板塊間的橫向摩擦力,引發板塊旋轉、撕裂、錯位、局部傾斜、杠桿擠壓的作用力差所造成的形變隆起差異等一系列復雜變化。

根據以下原理圖示意(虛線為原狀態,實線為旋轉擠壓過程示意),由於板塊間的巖石結構抗力及摩擦力等不足以支撐非洲板塊的同步轉動,板塊間必然存在扇形的交疊區域(圖示右側黃色區域),扇形交疊區域內的巖石物質需要消失(以下簡稱消減區域),只能透過板塊間俯沖和周邊隆起兩種方式來實作巖石物質的轉移 (即寬度變化量)

第一種板塊間俯沖方式的轉移作用結果——此時的阿拉伯板塊不論是否與非洲板塊斷開都可以看成共同受力,阿拉伯板塊東側兩河流域的俯沖邊界按弧線方向加速俯沖。同時,由於消減區域為扇形,越寬的位置則相同時間內俯沖的巖石物質越多,而俯沖帶本身就不可能無阻力、無失真耗的順利把增加的巖石物質送入軟流層,本身就存在巖層摩擦力導致巖石物質淤積膨脹而向上頂高,也就 形成了扇形消減區域越寬的位置則俯沖邊界高度越高的斜線

而由於俯沖壓力和速度加大,導致俯沖邊界的凹陷加深又會趨向地表下降。因此兩種作用綜合的結果,俯沖邊界的北邊肯定比原來上升,南邊相比原來可能略有上升也可能下降。

俯沖邊界巖石物質的擠壓淤積情況自然也會延伸到俯沖帶前端區域,即越向西北越高,也會從邊界向西下降,這應該就是兩河流域北端最高、向南向西形成下降斜坡的主要原因之一;其中最低的波斯灣部份可能略有上升或下降。

第二種周邊隆起方式的轉移作用結果——扇形消減區域外圍整體都會因巖石物質增加而隆起,而且因弧線方向擠壓產生的杠桿原理,共同產生獨特的形變特征:

扇形消減區域兩側,距離旋轉軸越近的巖石物質增加量越小但擠壓力的反作用力越大 ,也就意味著形變的加速度越大,地表巖石圈層的擠壓變形和斷裂更劇烈,更容易形成較窄、較高、多褶皺且陡峭的山脈,而不是很寬相對平坦的高原。該地表形變特征可能促進了俯沖邊界東南伊朗高原伊格羅斯山脈的成因之一;而波斯灣地區也應該擡升,與第一種方式作用結果相反,最終是否擡升還要看綜合因素。反之, 扇形消減區域兩側距離旋轉軸越遠的巖石物質增加量越大但擠壓力越小 ,更容易形成範圍很寬的高原而不是山脈。該地表形變特征符合土耳其高原和兩河流域上遊的進一步擡升,兩河流域的斜度變得更大。還有一部份巖石物質可能擠壓到扇形消減區域的北部也是擡升土耳其高原。

再看阿拉伯板塊主動擠壓非洲板塊的情況就復雜多了:

非洲板塊在擠壓下整體趨勢也是沿弧形方向逆時針偏轉(如上圖紅、綠方塊所示),但由於非洲板塊的品質太大,推動困難,自然就比阿拉伯板塊轉的慢,相當於非洲板塊對阿拉伯板塊又有順時針轉動。而且,由於該時期(約3333→800萬年前期間)大陸環帶動全球板塊的整體球面滑動造成了赤道相對位置的持續緩慢偏轉,其中非洲板塊相對於赤道位置不斷南移,所以離極力又會推動非洲板塊北移靠近赤道。結果,非洲板塊向南的推動力在東北角,向北的推動力在質心,這就讓非洲板塊額外增加了一個順時針旋轉的扭轉力矩,同樣對阿拉伯板塊有增加了一個不同軸點的順時針轉動。

兩種相對於對阿拉伯板塊的逆時針旋轉趨勢與阿拉伯板塊主動擠壓非洲板塊的順時針偏轉方向相反,也就意味著理論上應該形成類似阿拉伯板塊東側扇形消減區域的俯沖帶來實作巖石物質的消減(如上圖所示的左邊「扇形消減區域」)。但是,由於受力區域正好在紅海位置隆起的斷裂帶上,也就成了紅海位置巖石圈層裂縫帶兩側的相互擠壓。由於紅海裂縫帶兩側的巖層比周邊更厚且高度基本相同,很難形成哪一側向下俯沖到另一側下面,誰也擠壓不過誰,所以只能一起向上頂高而增加紅海兩側海岸高度,來實作扇形消減區域的面積減小。

同時,由於弧線方向擠壓的杠桿原理,與阿拉伯板塊東側的形變特征相同:扇形消減區域越窄的位置則相同時間內的擠壓力越大,形變越大,更容易造成陡峭的山脈,這應該就是紅海兩側希賈茲山脈和衣索比亞高原東北端紅海海岸地表褶皺的主要形成原因之一。

此外, 紅海裂縫帶兩側相反的旋轉方向也造成了兩側巖石圈有微小錯位,但錯位產生的摩擦力依然把西奈半島從阿拉伯半島撕裂分開了 。如下圖所示,西奈半島處於紅海裂縫帶錯位的邊沿(圖示紫色為西奈半島未分裂前的情況),非洲板塊向北的摩擦力導致阿拉伯板塊從 亞喀巴灣 、死海至加利利湖一線撕裂,西奈半島由此分離出來,可以看成一個更小的獨立板塊。從此,西奈半島就像夾在非洲板塊與阿拉伯板塊之間的齒輪,同時滿足兩側板塊的反向運動趨勢,所以相對於阿拉伯板塊存在順時針旋轉,也就加大了亞喀巴灣的寬度而減小了紅海在該區域的寬度,形成了今天的模樣。

西奈半島從阿拉伯半島撕裂的分析推測

西奈半島分裂為非洲板塊相對阿拉伯板塊的順時針旋轉和錯位運動創造了良好條件,以西奈半島為支點,非洲板塊與阿拉伯板塊的反向旋轉加大了紅海裂縫及亞丁灣的寬度及深度。約3333萬年前之後的幾百至上千萬年,深度小於海平面,紅海成為真正的海洋,此前應該為巨大的淡水湖。

Ø 非洲及阿拉伯板塊的偏轉角度估測

原理、過程、地質變化及對應證據解析推測完畢,根據上述論證,非洲相對於亞歐板塊肯定是順時針旋轉,這或許就是今天普遍認為非洲板塊順時針旋轉的原因。但這並不代表非洲板塊相對於原方位的旋轉角度。參考下一節磁異常痕跡中非洲板塊實際為逆時針偏轉約15度,也就意味著上圖中阿拉伯板塊東西兩側的扇形消減區域總計夾角約15度,這應該就是今天阿拉伯板塊西北比東南窄的原因。透過阿拉伯板塊傳導的偏轉擠壓力應該是相同的,從亞丁灣海岸偏角來看約7度,所以阿拉伯板塊與非洲板塊的扇形消減區域偏角應該不大於7度,那麽阿拉伯半島東側扇形消減區域偏角大概約8度左右。

總結來說, 亞歐、阿拉伯和非洲三個板塊在大陸環25度偏轉過程中總體逆時針旋轉,但板塊間產生了復雜的相對偏轉、消減、形變及分裂等情況

Ø 第三階段

最後就是公元前3049撞擊至今天,只有約公元前2200→前250年期間的全球板塊整體高速球面滑動算是非正常、非穩定狀態,但整體漂移也就意味著至少陸地板塊之間的相對位置變化不大。

(3)地質學比對證據

我們來對比一下目前地質學的分析情況:

表格怕顯示有問題,同時附圖:

地質學比對分析-1

地質學比對分析-2

透過上表比對分析可以看出,本書透過簡單的力學原理推測的板塊運動、地表形變、巖石特征等與地質學分析的特征及時間基本吻合。

(未完待續,下一帖論述:全球磁異常圖驗證了大陸環及非洲板塊的偏轉過程)

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