地球科学原理之十三 冰川消融时的造山运动

 作者：廖永岩 编辑：探矿者

  上一回我们分析了冰川的地质作用之一，即冰川形成时的造海作用。在这里，我们继续分析冰川的地质作用之二，即冰川消融时的造山作用。

  以现存类型的冰川消融为例，分析冰川消融时的造山作用。

  当单极冰川或双极冰川消融时，情况刚好相反。极地冰盖消失，大量的水注入海洋，海洋水面将升高，海水重量增加。极地冰盖消失，极地岩石壳将从原来的下降状态升起，地球的内部压力减少。岩石壳在以上两种力的共同作用下将收缩（见图5，a-c）。岩石壳面积缩小，引发造山(陆)作用（见图5）。

图5. 冰川消融引起的造山（陆）过程.  A，南极冰川；B，老大陆岩石壳；C，由岩浆喷发形成的新海洋岩石壳；D，老海洋岩石壳；E，最新大陆岩石壳；F，较新大陆岩石壳.

  因为现在的大陆岩石壳和海洋岩石壳相比，相当厚(宋春青和张振春, 1996)。大陆岩石壳的刚性远大于海洋岩石壳，海洋岩石壳受到压缩的可能性也远大于大陆岩石壳。所以，造山运动，主要发生在海洋岩石壳（见图5，b，c）。

  洋中脊部分，由于受到两边的挤压，将封闭。若洋中脊两侧海洋岩石壳的比重相等、作用力相等，则洋中脊两侧共同上升，形成洋中脊隆起（这种情况为主）。若洋中脊两则的密度或作用力不相等。重的洋中脊一边海洋壳，有可能插入另一边洋壳的下面。根据“地幔浮力面平衡”原理，将形成造山运动（这种情况较少）。

图6. 地槽形成和造陆过程. A，岩石壳；B，早期沉积物；C，负压腔；D，后期沉积物；E，火山堆；F，类花岗岩岩浆层；G，类玄武岩岩浆层；H，玄武岩；“→”示火山喷发.

  洋中脊两侧的洋壳部分，在两边大陆岩石壳的挤压下，一旦海洋岩石壳宽度超过海洋岩石壳的刚性范围，海洋岩石壳将发生形变（见图6，a-b）。要么隆起，要么下降。若隆起，就成为地背斜（海山）。若下降，就成为海盆（地向斜）（见图6，b）。由于海洋岩石壳的密度比较大，再加上冰川消融后形成的海水增加，地球内压下降，海洋岩石壳下降的面积将远大于抬升的面积，也就是说，海盆的面积远大于地背斜的面积（见图6，b）。

  海盆一旦形成，将有沉积物在海盆里沉积（见图6，b）。随着冰川不断地消融，岩石壳严重收缩。海盆边缘受到严重挤压，因为海洋岩石壳刚性作用，海盆底部将不断下陷（见图6，b-c）。同时，海盆里沉积的上千米的沉积物，也进一步加剧了海盆的下陷（见图6，b-c）。下降的海盆，将又会有大量的沉积物沉积（见图6，c）。

  海盆下降深度越来越深，盆口面积越来越小。海盆下陷到一定程度，就转变为地槽（见图6，c）。

  地槽下降越深，槽底洋壳的弯曲度就越大，当弯曲度越过洋壳的承受力时，槽底断裂（见图6，d）。由于负压的作用，将造成大量玄武岩岩浆喷出（见图6，d-e）。

  随着地槽的下陷，根据“地幔浮力面平衡”原理，地背斜将被抬升。通过地背斜的抬升，来达到地槽和地背斜共同构成的浮力和重力平衡（见图6，b-c）。

  随着地背斜的抬生和地槽进一步不断下陷，将加剧地槽底部岩石壳和地背斜岩石壳的弯曲。当其弯曲程度超过连接它们洋壳的承受度时，将发生断裂。这就引起地震，引起地槽和地背斜的分离（见图6，g）。

  一旦地背斜和地槽分离，地槽因为失去两侧地背斜的牵扯，根据“地幔浮力面平衡”原理，由于地幔的浮力而上升（见图6，g-h）；地背斜将因为没有地槽的支撑而下降，冲击下面的岩浆而引起火山喷发（主要为中性或酸性岩浆的喷发）（见图6，g-h）。同时，地背斜岩石壳较重，地槽岩石壳较轻（地槽里沉积岩的比重小于火成岩性质的海洋岩石壳），地背斜和地槽岩石壳断裂时，地背斜岩石壳将向地槽下插入，这样，更进一步造成地槽抬升，形成中央隆起（见图6，g-h）。从而形成地背斜和地槽之间的重新组合。

  若这种组合型岩石壳达到一定厚度，根据“地幔浮力面平衡”原理而抬升出海面从而形成陆地板块（见图5，b，c；E，F）。这称为造陆运动。造陆过程简化如下：

        这样，由于部分或全部海洋岩石壳转化为陆地板块，使陆地板块增加，海洋相对缩小（见图5，a-c）。

  海洋岩石壳和大陆岩石壳接触处，同样会有或大或小的海盆或地槽形成（见图7,b-c）。一旦地槽形成，在不断的、巨大的地球收缩挤压力作用下，由于海洋岩石壳比重比大陆岩石壳大，地槽将插入大陆岩石壳下面（见图7, d），地槽被压扁相贴（见图7, e），贴合处就是海沟（见图7，D）。

  由于海洋岩石壳向大陆岩石壳下弯曲并挤压，就使陆壳下增加了两层新的岩石壳（见图7，e），根据“地幔浮力面平衡”原理，被加厚处的大陆岩石壳将抬升（见图7，e-f）。这样，将使抬生的大陆岩石壳和未抬生处的大陆岩石壳发生断裂（见图7，g），从而造成火山，形成海沟后火山线（这种火山也为中性或酸性岩浆形成）（见图7，h）。

图7. 岛弧的形成.  A，海洋岩石圈；B，大陆岩石圈；C，软流层；D，海沟；E，负压腔；F，火山堆；“→”示火山喷发.

  既然冰冰川形成时有造海作用，而冰川消融时具有造陆作用，那么，在地球演化的过程中，冰川的形成和消融又是如何推动地球演化的呢？且听下回分解。

未完，待续。

下回预告：地球科学原理之14  古岩石壳的形成及大陆的演化

参考文献：

宋春青，张振春. 地质学基础. 北京：高等教育出版社. 1996. 272-348

（注：本“地球科学原理”系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）

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