• 文章作者 News
• 发布日期 2021 年 1 月 12 日

拥有一些世界上最高的山峰，亚洲的“雪之所”地区是吸引寻求刺激者、崇拜者和科学家的磁铁。绵延1400英里的喜马拉雅山脉将印度次大陆的平原和青藏高原分隔开来，这是数百万年前发生的一次史诗般的大陆与大陆碰撞的场景，它改变了地球，影响了地球的气候和天气模式。印度板块和欧亚板块是如何碰撞形成山脉的，这是科学家们仍在探索的问题。现在，由麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)领导的一项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的新研究证实，它比之前认为的要复杂得多。

“喜马拉雅山脉是大陆与大陆碰撞的典型案例，也是研究造山事件和构造学的绝佳实验室，”EAPS研究所的研究生克雷格·马丁说，他是这篇论文的主要作者。

故事开始于一亿三千五百万年前，新特提斯海洋将印度和欧亚大陆的构造板块分开了四千英里。地质学家普遍认为，新特提斯海洋板块开始俯冲到欧亚大陆南部边界的地幔中，把印度和上面的构造板块拉向北方，最终在大约5500万至5000万年前的一次碰撞中形成了喜马拉雅山。然而，地质证据表明，观察到的高俯冲率似乎并不完全符合这一假设，而模型重建显示，在这次推断的碰撞发生时，大陆板块相距数千公里。占所需时间延迟和俯冲强度,麻省理工学院的Oliver Jagoutz地质学、副教授和利“维基”Royden,塞西尔和艾达绿色地质学和地球物理学教授提出,由于高速,方向,和最后的大陆碰撞的位置,需要另一个大洋板块俯冲带中间的海洋,称为Kshiroda板块和Trans-Tethyan俯冲带(TTSZ),东向西跑。此外，EAPS的地质学家和其他人推测，在这两个火山岛之间存在一个火山岛弧，称为科希斯坦-拉达克弧，比如马里亚纳群岛。它们位于赤道附近，在被两个大陆地壳挤压之前受到了来自印度的冲击。

微小的磁铁为我们指明方向

这一连串的事件，其时间和地质构造，都是基于模型和一些地质证据的推测，直到EAPS的研究人员测试了它——但首先，他们需要岩石。麻省理工学院古地磁实验室的行星科学教授本·韦斯、马丁、贾格茨、罗伊登和他们的同事们访问了印度西北部与欧亚板块接壤的拉达克地区。在多次远足中，包括EAPS本科学生杰德·费舍尔(Jade Fischer)在内的团队，爬过露头，钻取略大于软木塞大小的岩心。地质学家和古地磁专家把样本拉出来时，标记出样本在岩层中的方位和位置，以便确定岩石在地球上何时何地形成。该团队正在寻找证据，以证明一个大约6600万至6100万年前活跃的火山是欧亚大陆以南大洋上的火山岛链的一部分，还是欧亚大陆的一部分。这也将有助于确定双重俯冲带的可能性。

回到实验室，麻省理工学院的研究人员利用岩石年代测定法和古地磁法来了解这次古代地质事故。他们利用了这样一个事实:当熔岩冷却和岩石形成时，它会捕捉到地球磁场的信号，而地球磁场是南北走向地磁极的。如果岩石在赤道附近形成，其含铁矿物(如磁铁矿和赤铁矿)的磁性(电子)自旋就会平行于地面。当你远离赤道时，岩石的磁化力会向地球倾斜;然而，随后的加热和再磁化可以打印在原始签名上。

在对此进行了检查，并校正了该地基岩的倾斜后，马丁和他的同事们能够确定岩石形成的纬度。对样品锆石矿物的铀铅年代测定为限制其形成时间提供了另一个难题。如果只是一次碰撞，这些岩石就会在北纬20度左右形成，在赤道以上，欧亚大陆附近;如果这些岛屿存在的话，它们应该起源于赤道附近。

马丁说:“我们能够利用保存在岩石中的微小磁铁来重建深时世界地图，这很酷。”

一个由两部分组成的系统

通过对时间和纬度的测量和模型，麻省理工学院的研究人员发现了他们一直在寻找的证据——岛链和双重潜没系统的存在。从八千万年前到大约五千五百万年前，新特提斯海洋在两个地方被潜没:沿着欧亚板块的南缘(克希罗达板块下沉)和大洋中部的茨茨，就在克希罗达板块的南边，靠近赤道。总之，这些事件封闭了海洋，而构造活动与侵蚀和风化作用一起作用，封存并吸收了碳，直到古新世时期(666 – 2303万年前)。马丁说:“两个俯冲带的存在以及它们在低纬度地区破坏的时间，解释了新生代(6600万年前至今)全球气候变冷的原因。”

最重要的是:“我们的结果意味着，印度不是直接与欧亚大陆碰撞形成喜马拉雅山脉，而是首先与火山岛链(类似于今天的马里亚纳群岛)碰撞，然后与欧亚大陆碰撞，时间比人们普遍接受的时间晚了1000万年，”马丁说。这是因为科希斯坦-拉达克弧与印度的碰撞减缓了印度-欧亚大陆的辐合速度，这一速度一直在下降，直到4500万- 4000万年前的最后一次碰撞发生。“这一发现与长期以来的观点相反，即印度-欧亚大陆碰撞是开始于5500万至6000万年前的单一阶段事件，”马丁说。“我们的结果强烈支持奥利和维基的双重俯冲假说，解释了为什么印度在白垩纪异常迅速地向北移动。”

此外，Martin、Jagoutz、Royden和Weiss能够确定印度板块在被挤压到欧亚大陆之下之前的最大范围。印度和欧亚大陆之间的汇合自5000万- 5500万年前以来大约有2800 – 3600公里。这在很大程度上可以归因于Kshiroda板块的俯冲。麻省理工学院的研究人员估计，Kshiroda板块大约有1450公里宽，在5500万至5000万年前与岛弧发生第一次碰撞时发生了俯冲。在岛链与印度的第一阶段碰撞之后，克希罗达板块继续消失在欧亚大陆之下。然后，1500万到1000万年之后，当两个大陆走到一起时，大陆地壳开始缩短、折叠并将岩石推升，这种力量引起了可以观察到的岩石成分和结构的变化。“我们的结果还直接将印度在碰撞中‘消失’的部分的大小限制在南北方向不到900公里，这远低于此前解释碰撞时间所需的2000公里。”

马丁说，新近获得的对这样一个原型山脉系统的机制和几何结构的洞见，对于利用喜马拉雅山脉来研究大陆碰撞具有重要意义。修改俯冲带的数量,最终碰撞的时代,和大陆地壳参与喜马拉雅山的形成变化准确模型所需要的一些关键参数的增长山带,大陆地壳的形变,板块构造和全球气候之间的关系。

马丁希望在他剩下的研究生研究中进一步研究火山岛链和欧亚大陆之间剧烈变形的碰撞带。他希望了解Kshiroda海洋的闭合以及在大陆碰撞过程中产生的地质构造。

这一发现不仅令人印象深刻，而且正如马丁所说的那样:“我认为想象一下被夹在两个碰撞的构造板块之间，形成世界屋脊、恐龙在岛上漫步的田园热带火山岛是一件很酷的事情。”

这项研究部分由NSF构造项目和MISTI-India资助。