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海底擴張學說是陸地板塊漂移的驅動力嗎?似乎說不通-巧合系列23

2024-10-13科學

【山海經】專題連載已經全部完成,繼續更新上冊全球歷史和地球物理的分析內容,接續【巧合?!】系列上冊22

在前面的連載文章中,透過歷史、考古、科考證據等推理出早期歷法變化、小行星撞擊引發公元前3049年全球性史前大海嘯、地球轉速及自轉軸突變、陸地板塊環狀結構的形成、陸地和海洋板塊的高速漂移運動、盤古大陸至今的板塊運動及相對位置、氣溫氣候、海平面、動植物、自然災害等一系列地球和人類歷史的變遷過程。

其中,陸地和海洋板塊漂移運動都涉及到驅動力問題,本書都是采用 地球自轉離心力和太陽、月球重力為驅動力 進行解釋的。然而,目前對於陸地板塊的漂移驅動力,有觀點認為源於 海底擴張學說的大洋中脊驅動力或地幔柱擴張驅動力 ,也就是指:將大洋中脊或地幔柱因巖漿上湧向兩側擴張的過程作為驅動力,推動海洋板塊擴張從而帶動陸地板塊漂移。

真是這樣嗎?從非洲、澳洲、印度板塊分裂後獨立漂移時期約0.16-0.27公尺/年的漂移速度遠遠超海洋板塊約0.01-0.1公尺/年來看就不合理,更不要說陸地板塊曾以最大2.3908公裏/年的高速漂移(見巧合系列連載18),是海洋板塊擴張速度的幾萬倍,不可能是大洋中脊或地幔柱擴張驅動。就這個問題我們來深入分析研究一下。

第六章 海底擴張學說的修正與沿海造山運動

1、有關海底擴張學說中大洋中脊形成機制、運動特征、驅動力作用

上圖是軟流層能保存陸地板塊磁異常歷史痕跡的分析圖(詳見全球磁異常圖或許驗證了大陸環及非洲板塊等偏轉過程-巧合系列21),其中有海底擴張學說的巖層迴圈運動示意—— 海洋板塊以大洋中脊為中心線像傳送帶一樣向外側迴圈運動(以下簡稱中脊迴圈推移) ,與本書前述根據牛頓力學原理推導的全球板塊跟隨地球自轉的線速度差相對運動、趨向赤道的離極力運動、趨向太陽和月球重力最大位置運動、陸地板塊環狀結構(即大陸環)保持自轉對稱平衡的偏轉運動等至少四種模式都不相同,作用效果應該同時發生。

那麽問題來了,即使全球板塊處於變化微小的穩定態,海洋板塊整體與陸地板塊依然至少存在牛頓力學作用力下自轉線速度差、離極力外部重力所導致的擠壓位移,也就意味著海洋板塊必然整體向東側和向赤道側的陸地邊界發生俯沖消減。然而,海洋板塊又不像陸地板塊一樣內部巖石物質的位置基本恒定不動,如果不考慮兩側陸地板塊的俯沖消減,則 中脊迴圈推移會造成海洋板塊的寬度不斷增加,以下簡稱為增生速度 (註明:實際寬度因消減可能增加、減少或不動,看綜合作用情況)。如果大洋中脊在一側的增生速度能抵消掉該側「海洋板塊整體位移+中脊迴圈推移」兩者疊加的俯沖消減速度,則大洋中脊不會移動;如果增生速度小於俯沖消減速度,則大洋中脊向該側陸地移動;大於則反向移動。那麽,那麽大洋中脊到底移動沒移動呢?

這個問題還要結合大洋中脊又是如何產生的呢?從非洲板塊、澳洲、印度板塊漂移路線(如下圖3條紫色箭頭)來看, 大洋中脊恰好出現在漂移之後陸地之間的海洋中央位置,大洋中脊總不能原本就在陸地板塊的位置上,所以足以說明大洋中脊必然源於海洋板塊與陸地板塊的相對位置變化而產生 ,但產生的機理又是什麽呢?

1)太平洋區域板塊中脊產生、漂移及迴圈推移情況分析

非常明顯,上圖中北美板塊西側約一半的太平洋區域都是原來太平洋中脊迴圈推移的橫向條紋痕跡,但圖中 白色實線示意的中脊段,大部份已經俯沖到北美板塊的下面消失了,說明太平洋中脊在向東移動,也沒有新的中脊形成 。

而且,圖示 白色實線箭頭的海底地表有明顯不同於中脊迴圈推移常態地貌的凸起軌跡,明顯是中脊斷裂錯位處因兩側巖層移動速度不同,錯位摩擦導致部份巖石物質向上堆積和裂縫處巖漿上湧冷卻疊加所形成 ,也就由此遺留下中脊斷裂錯位處的歷史移動軌跡,也代表了太平洋中脊及板塊整體的移動方向。 斷裂錯位應該源於亞澳陸橋海洋擠壓帶不斷推移的影響,導致在與不在海洋擠壓帶推移方向上的不同太平洋巖層產生了移動速度差,迫使中脊切開斷裂而各自移動

最關鍵的是,太平洋中脊及板塊整體的移動方向與約8300萬→公元前3049年前期間地球的自轉方向比較接近,且整個太平洋中脊移動至今天的半圓形狀也是接近垂直於古赤道的弧形對稱,並明顯與南、北美板塊的邊緣形狀類似。由此可以推斷出: 太平洋中脊應該是太平洋海域板塊與南、北美板塊因跟隨地球自轉的線速度差導致相互擠壓、形變斷裂所產生,產生時間在距今約8300萬年前之後的形變積累至斷裂時,並開始向古自轉軸的東向整體持續漂移。 原太平洋中脊形成時的位置及形狀推測在圖中用紫色虛線示意。

太平洋中脊產生的力學原理如上圖所示,類似於前述非洲板塊擠壓亞歐板塊的形變隆起原理: 海洋板塊受到陸地板塊的阻力產生內應力,形變隆起逐漸斷裂而形成巖石圈層的斷裂帶,斷裂帶粉碎的巖石物質向上堆積形成更明顯得凸起,也就成了大洋中脊 ;同時,軟流層巖漿也會沿著斷裂帶上湧,冷卻後形成巖漿巖蓋層加劇了大洋中脊的凸起高度,同時也形成了海底擴張學說的巖層迴圈機制。

海底地貌分析圖中還有一個證據也表明了太平洋海域板塊的整體移動。大陸環在約8386±49→8300年前期間的90度偏轉產生了太平洋;同時, 大陸環從太平洋北部邊緣最大7.4-27.06公尺/年的高速擠壓也造成了太平洋北部產生大量的海底地表褶皺,也就是圖示黃色虛線區域的原始形態 。之後不久太平洋中脊形成,又把這些褶皺區域整體向西推移消除。褶皺被推移消除的速度=中脊迴圈推移的速度-中脊向東遠離的速度,由於太平洋中脊移動為球面運動,越接近古赤道則中脊向東遠離褶皺區域的速度越大,而中脊迴圈推移的速度相差不大。這就造成越接近古赤道,因中脊遠離褶皺區域的速度更快,對褶皺區域的推移消減量反而越小了。長此以往,最終形成了圖中古赤道東西方向褶皺區域最長、越往東越窄且類似弧線消減的形態,即圖示今天的黃色虛線區域地貌形態。

從地圖測量來看,太平洋中脊及整體海洋板塊的最大移動距離約5500公裏, 按8300萬年計算折合東向平均赤道處最大漂移速度約6.6cm/年 。疊加中脊斷裂處至古赤道位置約3.3cm/年的中脊迴圈推移速度,折合 中脊西側赤道附近的海底巖石圈為約6.6-3.3=3.3cm/年的向東位移,東側赤道附近的海底巖石圈為約6.6+3.3=9.9cm/年的向東位移,與目前太平洋8-10cm/年的漂移參考數據一致 。

疊加中脊迴圈推移速度後的海底巖石圈漂移方向也可能是相反的 ,如圖中北緯40度左右的中脊迴圈推移速度可能達到5.5cm/年,6.6×cos(40)-5.5=-0.44cm/年,即 中脊西側北緯40度左右的海底巖石圈為約0.44cm/年的向西漂移 。目前放射性同位素測定海底巖石年齡一般不超過2億年,推算太平洋板從中脊向外的推移速度約5-7cm/年,如果按照最大約7cm/年計算,海底巖石圈與海洋板塊整體漂移方向相反的漂移速度會更大,可能達反向2cm/年以上。

這種情況很容易讓人引起錯覺,西側亞洲陸地板塊越往北越可能受到向西甚至向北的擠壓力,而太平洋板塊東側向東漂移,很容易被人誤以為太平洋海域板塊在向西北方向漂移或逆時針旋轉。 其實這是太平洋海域板塊兩種相反運動的疊加結果,海底巖石圈基於緯度的位移速度及方向公式為: 板塊赤道處最大漂移速度×cos(緯度)-該緯度的中脊迴圈推移速度

2)為什麽大部份大洋中脊都位於海洋的中心線位置?

然而,在海底地貌分析圖中太平洋中脊斷裂錯位處的南側海域,亞澳陸橋海洋擠壓帶的推移速度約9cm/年,海洋擠壓帶的形成時間可能比太平洋中脊的形成時間還略早,按理說推移太平洋中脊的速度應該比北側6.6cm/年要快才對,為什麽反而還慢了約1100公裏的距離呢?

從地圖上看,該段中脊恰好處於海洋擠壓帶頂端與南美-南極板塊的海洋中間線位置,這會不會與大西洋中脊、非洲與南極之間中脊、澳洲與南極之間中脊、非洲與印度之中脊都處於海洋中間線位置有關呢?這又是為什麽呢?

如果把亞澳陸橋的海洋擠壓帶也看作類似陸地板塊作用,那麽 中脊是否在海洋中間線位置的最大區別就是海洋寬度,其次就是受到的擠壓力 。寬度和擠壓力都意味著形變量差異,所以最大可能的合理解釋就是:

第一, 中脊迴圈推移對兩側陸地形成擠壓力,同樣也對海洋板塊產生反向的內應力 ;再加上陸地板塊因線速度差、離極力、外部重力等(也包含亞澳陸橋海洋擠壓帶約9-6.6=2.4cm/年的推移)對海洋板塊擠壓產生的內應力; 內應力造成海洋板塊受壓形變,在一定寬度下,形變最大位置在中間線位置

第二,如下圖所示, 海洋寬度越窄,原中脊位移後,受壓形變導致海洋板塊從中間再次斷裂形成新的中脊,舊的海洋中脊跟隨巖層的迴圈推移沈降為普通海底,但會保留痕跡。即中脊的位置並不跟隨海洋板塊的整體漂移而位移,而是透過不斷斷裂產生新中脊從而始終保持在海洋中心線位置 (也可以看作中脊相對於海洋板塊整體漂移的、對等的反向位移)。

而且,由於擠壓產生的內應力和巖石物質結構都不可能均勻,也就導致 新中脊的形成會分段陸續斷裂,且斷裂位置在一定範圍內會存在偏差距離,也就造成中脊形成不可能是圓滑弧線,而是類似方波或方形齒齒輪的形態。這或許就是目前巖石圈層板塊-守恒型邊界-轉換斷層形成的根源 (如下圖所示)。

並且,每當一個新的中脊形成時,因海洋板塊斷裂翹起、碎裂的巖石物質擠壓凸起、軟流層巖漿上湧蓋層等都會形成明顯的海底地表凹凸形態,然後被中脊迴圈推移過程向兩側方向持續推移遠離(如上圖淺藍色「中脊迴圈推移的沈降示意」示意),隔一段時期後又一個新中脊形成繼續推移遠離,形成迴圈;再加上一次次類似方波型的舊中脊也在間隔性出現並被推移遠離,也就形成了海底地貌分析圖中大洋中脊兩側的推移距離上,除了推移方向上的縱向痕跡,還有大量近似平行於中脊且錯開的細密條紋痕跡。

大西洋中脊的推移痕跡

此外,世界磁異常圖同樣會留下最顯著的歷史痕跡,如上圖所示,中間的白色實線為現在的大西洋中脊。西側白色虛線應該是非洲板塊約6500萬年前撞擊亞歐板塊後產生的新中脊及其它區域原有中脊的活躍期記錄,然後巖石圈推移至今天的痕跡。因為,雖然非洲板塊漂移路線以外的大西洋中脊形成時間可能更早約8300萬年前,但撞擊會造成全球巖石圈裂縫活躍,巖漿加劇上湧會產生遠超常態的、具備相同磁場方向的巖石蓋層,所以會與新中脊一樣形成撞擊後同時期的顯著磁異常特征痕跡,然後被中脊迴圈推移至今天的位置。

右側淺藍色虛線需要分析,按圖示兩條白線之間的距離測算,地圖測距最大寬度約1200公裏,按6500萬年計算得出大西洋板塊從中脊向外迴圈推移的速率約為1.85cm/年,間距小的位置約1cm/年,與目前主流觀點推測大西洋中脊的擴張速率1-2cm/年大體一致。從藍色虛線的對稱性來看,最大機率也是中脊迴圈推移的痕跡,但由於缺少資料不確定大西洋板塊整體的漂移速度,也就無法排除是否存在中脊向東漂移的痕跡有所重疊,圖示黃色虛線也有可能是舊中脊向東漂移的痕跡,需要更多線索才能分析確定。

第三, 海洋寬度越寬,則內應力形變範圍也越寬,形變程度變小。如果擠壓形變程度達不到重新斷裂產生新的中脊,則原有中脊就會跟隨海洋板塊整體漂移而位移。 這應該就是太平洋海域板塊在中脊斷裂錯位處北側的情況,中脊向東漂移且並無新的中脊形成。而且,擠壓造成的內應力同樣會讓原有中脊的脆弱地帶繼續碎裂而產生類似方波或方形齒齒輪的形態,也就同樣產生近似平行於中脊且錯開的細密條紋痕跡。

3)大洋中脊的產生和位置移動取決於陸地板塊擠壓的內應力和海洋寬度?中脊驅動力相對牛頓力學的驅動力很小,只有在穩定態時才會有較明顯的體現?

從上述分析可以看出, 海洋的寬度和海洋板塊的內應力存在臨界點,超過臨界點才會形變斷裂而產生新的中脊,並透過不斷產生新的中脊,來保持中脊處於內應力最大的形變位置不動;否則不會產生中脊,如果原來有中脊也會隨著海洋板塊整體一起漂移

同時,沒有中脊就沒有中脊迴圈推移的驅動力,那麽問題來了,巖石圈層和軟流層的熱對流能自行產生中脊裂縫嗎?

從太平洋中脊斷裂錯位處北側區域(沒有新中脊形成)的運動形態來看,即使有海洋與陸地板塊間線速度差導致的內應力疊加,依然不可能產生新的大洋中脊;而且海洋中有大量不同位置的海嶺,同樣也是貫穿軟流層的裂縫,但都無法形成中脊及中脊迴圈推移過程。這也就意味著 必然有其它作用力一直刺激大洋中脊裂縫的活躍狀態,在全球板塊相對恒定的穩定態時,只能源於跟隨地球自轉的板塊線速度差相對運動、趨向赤道的離極力運動、趨向太陽和月球重力最大位置運動三種牛頓作用力所產生,僅憑熱對流是無法自行產生和保持中脊的

還有, 中脊迴圈推移約1-7cm/年僅僅是海洋巖石圈層像「傳動帶」一樣的自身迴圈速度,並不是擠壓驅動兩側陸地板塊的漂移速度 ,否則怎麽會有海洋板塊向陸地下方的俯沖消減呢?所以,「海底擴張學說」中對於陸地板塊運動的驅動速度要減去俯沖的消減速度,必然遠遠小於1-7cm/年。即大洋中脊擴張推力並不是陸地板塊漂移驅動力的最大、主導根源,只能說一種很小的輔助驅動力。

從本書透過簡單的牛頓作用力就可以推匯出盤古大陸至今全球板塊的變化過程就可以看出, 海底擴張學說的驅動力主要體現在海洋板塊巖石圈層的自身迴圈上 ;對於陸地板塊的驅動力很小且基本恒定,不像牛頓力學作用力在穩定態和非穩定態變化巨大。海底擴張學說的驅動力只有在全球板塊處於相對位置恒定的穩定態時,才能和板塊間線速度差和離極力漂移速度差同量級而有所體現,在如獨立板塊漂移、大陸環偏轉、地球板塊自轉品質不對稱整體漂移等非穩定態時完全可以忽略。

4)海底地貌圖中的其它發現

上面的海底地貌圖中還可以發現以下板塊間交互作用的歷史痕跡:

(1)圖示亞歐板塊與澳洲-南極板塊紫色虛線可能是「澳洲板塊分裂漂移前的大洋中脊」。

(2)印度洋板塊西側垂直部份的中脊北部處於印度與非洲板塊的中間線位置,應該形成於印度板塊撞擊亞歐板塊約5000-5500萬年前之後;中脊南部處於非洲與亞澳陸橋中間線位置,應該形成於非洲板塊撞擊亞歐板塊約6500萬年前之後。

(3)印度洋板塊東側還有一條大海嶺叫Ninety East Ridge(海底地貌圖及下圖放大圖橙色所示),它實在太直了,跟今天所有周邊陸地邊緣都不匹配。然而,對應該區域的、未碎裂前的亞澳陸橋邊緣近似直線,如下圖大陸環偏轉方向所示,所以最大機率是約8386±49→8300萬年前期間90偏轉擠壓導致的海洋板塊裂縫,由於杠桿原理,扇形旋轉越接近旋轉軸的擠壓力越大,所以裂成了一條筆直的斜線。此外,不排除該斜線海嶺被新的大洋中脊向東有少量推移。同時也再次說明,大陸環90度偏轉相對亞洲所在半球可能為順時針旋轉,因此盤古大陸的質心最大可能在南極點。

特別註明,由於地貌圖是固定的,圖中赤道相對與地球其實沒動,只是板塊偏轉造成了赤道的相對位置移動。

5)有關海底擴張學說中大洋中脊形成機制、運動特征、驅動力作用等修正觀點的總結

根據上述大洋中脊的形成及運動變化、海洋板塊整體漂移、中脊迴圈推移過程等詳細分析,可以總結出地球物理體系中與海底擴張學說相關的幾個重要理論推測:

第一,大洋中脊的初始形成源於板塊之間跟隨地球自轉的線速度差、離極力導致的速度差、趨向太陽-月球重力最近點位置的運動變化、陸地板塊環狀結構即大陸環自轉平衡的運動變化(包含陀螺和杠桿力學原理)四種牛頓力學作用力,而穩定態維持大洋中脊需要前三種作用力來保持中脊裂縫的活躍性。

第二,大洋中脊能否形成及位置是否變化,取決於海洋巖石圈層的寬度和內應力形變兩個因素。如果超過形變斷裂的臨界點,則海洋板塊從兩側陸地之間海洋的中間線位置斷裂,可以形成新的大洋中脊。且大洋中脊及海洋板塊整體因線速度差、離極力等作用位移時,透過不斷在形變最大的中間線位置斷裂而形成新的中脊,從而保持中脊始終處於中間線位置基本恒定。未超過形變斷裂的臨界點則無法產生新的大洋中脊,如果有舊的中脊也會跟隨板塊整體漂移。

切記:中脊移動和中脊位置移動是兩個不同概念,舊的中脊始終在漂移,但可以透過不斷產生新中脊的而位置不動,相當於一個中脊自身的迴圈再生過程。

第三,由於擠壓產生的內應力和巖石物質結構都不可能均勻,也就導致中脊會分段陸續斷裂,並在在一定範圍內會存在距離偏差,形成類似方波的形態,最大可能也是目前巖石圈層板塊-守恒型邊界-轉換斷層形成的根源。

第四,「海底擴張學說」中大洋中脊迴圈機制(即中脊迴圈推移過程)的驅動力集中體現在海洋板塊自身的巖石圈層迴圈上。對於陸地板塊的驅動力很小且基本恒定,僅在全球板塊處於相對恒定的穩定態時,才能跟板塊間線速度差、離極力速度差同量級而有所體現(各驅動力大小比例還需研究確定)。在獨立板塊漂移、大陸環偏轉、撞擊導致自轉不平衡等非穩定態時,相對於牛頓力學作用力完全可以忽略。

第五,穩定態時,海洋板塊的局部速度和方向取決於整體漂移運動和中脊迴圈推移運動疊加的結果,同一側海洋板塊的推移方向在不同區域可能是相反的,並不代表海洋板塊在旋轉。

綜上所述,「海底擴張學說」雖然帶有「擴張」兩字,但並不代表海洋真的在擴大! 其實道理很簡單,如果全球海洋都在擴張,怎麽沒見陸地板塊面積減小呢?!而且如果大洋中脊對陸地板塊的驅動力很大,非洲板塊漂移之前的東側海洋的大洋中脊推動力是反向的,非洲板塊怎麽會向東漂移呢?因此, 海底擴張學說的驅動力主要體現在海洋板塊自身迴圈上,對陸地板塊的驅動力很小,陸地板塊驅動力仍以牛頓力學作用力為主導。

(未完待續,下一帖論述: 海洋板塊與陸地板塊之間的擠壓作用導致了沿海造山運動?

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