氣勢(shì)磅礴的金沙江，也曾身處女神特提斯的懷抱！

作者：關(guān)沖 顏茂都 劉曉倩（中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所）

文章來(lái)源于科學(xué)大院公眾號(hào)（ID：kexuedayuan）

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在希臘神話中，有一位名為特提斯（Tethys）的女神，她和丈夫奧克阿諾斯（Oceanus）共同作為海洋的神靈，執(zhí)掌著大洋的事業(yè)。當(dāng)宙斯成為新一代神王，特提斯和奧克阿諾斯選擇回到大洋深處，過(guò)著隱居生活。歲月不居，特提斯雖然魅力依舊，但到底是個(gè)“出世人物”，顯得形象朦朧，神秘莫測(cè)。

希臘神話女神特提斯（圖片來(lái)源：annewipg.deriantant.com）

有鑒于此，奧地利地質(zhì)學(xué)家愛(ài)德華·休斯（Eduard Suess）在《大洋的深度是永恒的嗎？》一文中，將位于勞亞大陸與岡瓦納大陸之間的古海洋命名為特提斯海（Tethys Sea）。后來(lái)提出的板塊構(gòu)造論將其更名為特提斯洋（Tethys Ocean），位于東羌塘地塊與北方勞亞大陸之間的大洋也被稱為古特提斯金沙江洋。由于其地理分布的特殊性，探尋這一大洋的演化歷史對(duì)于了解青藏高原的形成、豐富板塊構(gòu)造理論而言，具有重要意義。

拼起來(lái)的青藏高原

位于西南邊陲的青藏高原是我國(guó)最大、世界上海拔最高的高原，有著“世界屋脊”，“地球第三極”之稱。當(dāng)前我們直觀看到的青藏高原實(shí)際上是由眾多小的板塊組合而成。這些塊體從北到南依次包括了柴達(dá)木、松潘-甘孜、羌塘（東羌塘、西羌塘）、拉薩和特提斯喜馬拉雅地塊等，而分割這些塊體的“縫合帶”【包括阿尼瑪卿-昆侖山-慕士塔格縫合帶（AKMS）、金沙縫合帶（JSSZ）、龍木錯(cuò)-雙湖縫合帶（LSSZ）、班公湖-怒江縫合帶（BG-NJSZ）和印度-雅魯藏布縫合帶（IYZSZ）】則是不同地質(zhì)歷史時(shí)期東特提斯洋的殘留。

事實(shí)上，青藏高原的形成過(guò)程更像現(xiàn)實(shí)生活中的拼圖一樣。要想了解這一過(guò)程，則需要了解特提斯洋的所在。2.5億年前，地球上存在一個(gè)超級(jí)大陸，名為盤(pán)古大陸，這個(gè)巨無(wú)霸大陸由北方的勞亞大陸和南方的岡瓦納大陸組成。在兩個(gè)大陸之間，有一個(gè)呈“喇叭口”狀的大洋，這就是古特提斯洋。其中如珍珠般灑落著一些小的地塊，如東羌塘、伊朗和土耳其等，我們也將位于東羌塘地塊與北方勞亞大陸之間的大洋稱為古特提斯金沙江洋或金沙江洋。

隨著東羌塘地塊由南向北移動(dòng)，金沙江洋逐漸消亡。在這之后，隨著南羌塘地塊逐漸北向漂移拼貼南北羌塘之間的龍木錯(cuò)-雙湖洋也逐漸萎縮消亡，而南羌塘地塊與南半球?qū)呒{大陸之間的中特提斯洋逐漸擴(kuò)張到最大。最終，隨著印度地塊在早新生代與北部的歐亞大陸發(fā)生碰撞，東特提斯洋的演化也最終落下帷幕。滄海桑田，金沙江洋不復(fù)存在，青藏高原則聳立在祖國(guó)的西南端。

青藏高原地區(qū)構(gòu)造格架（圖片修改自Guan et al., 2021）

金沙江洋的位置分布（圖片修改自Gehrels et al., 2011）

寫(xiě)史技法——威爾遜旋回

書(shū)寫(xiě)史書(shū)時(shí)有春秋筆法，為大洋寫(xiě)史同樣也有技法的講究。要想恢復(fù)大洋的歷史，板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)中的“威爾遜旋回”必不可少。

威爾遜旋回示意圖（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

威爾遜旋回主要分為六個(gè)階段，分別是萌芽階段、初始階段、成熟階段、衰退階段、殘余階段與消亡階段。在萌芽階段，陸殼基礎(chǔ)上因拉張開(kāi)裂形成大陸裂谷，但尚未形成海洋環(huán)境（如現(xiàn)代的東非裂谷）；初始階段，陸殼繼續(xù)開(kāi)裂，開(kāi)始出現(xiàn)狹窄的海灣，局部已經(jīng)出現(xiàn)洋殼。（如現(xiàn)代的紅海、亞丁灣）；在威爾遜旋回較為成熟時(shí)，大洋中脊向兩側(cè)不斷增生，海洋邊緣又未出現(xiàn)俯沖、消減現(xiàn)象，大洋得以迅速擴(kuò)張（如大西洋）。

盛極必衰，大洋中脊雖然繼續(xù)擴(kuò)張?jiān)錾?，但大洋邊緣一?cè)或兩側(cè)出現(xiàn)強(qiáng)烈的俯沖、消減作用海洋總面積漸趨減?。ㄈ缣窖螅辉谶@之后，隨著洋殼海域的縮小，終于導(dǎo)致兩側(cè)陸殼地塊相互逼近，其間僅存殘留小型洋殼盆地，此為殘余階段（如地中海）；最后，海洋消失，大陸相碰，使大陸邊緣原有的沉積物強(qiáng)烈變形隆起成山（如喜馬拉雅山的形成）。

古特提斯金沙江洋也遵循上述威爾遜旋回的規(guī)律，隨著東羌塘地塊從南部的岡瓦納大陸裂離，其逐漸北漂的過(guò)程中與北部勞亞大陸之間的金沙江洋逐漸縮小。最后伴隨著東羌塘地塊與北部地塊碰撞拼貼，金沙江洋徹底消亡。因此，只要恢復(fù)出東羌塘地塊的隨時(shí)間變化的古位置，就可以定量地獲得古特提金沙江洋的演化消亡過(guò)程，更為準(zhǔn)確地還原這段歷史。

寫(xiě)史依據(jù)——地球磁場(chǎng)

要想定量得到東羌塘地塊的漂移演化過(guò)程，還需利用好地球的磁場(chǎng)。眾所周知，地球存在著穩(wěn)定的磁場(chǎng)，不僅屏蔽了來(lái)自宇宙的有害射線，保護(hù)了陸地上的生物，堪稱生命的“保護(hù)傘”。同時(shí)，磁場(chǎng)也和我們的生活息息相關(guān)，例如人們導(dǎo)航用的GPS系統(tǒng)，為我們提供視覺(jué)享受的極光等。

在思考這一問(wèn)題前，不妨將地球想象成一個(gè)大的條形磁鐵（偶極子磁場(chǎng)），條形磁鐵的S極位于地球的北極，而磁鐵的N極位于地球的南極。根據(jù)磁感線“出北入南”的原則，我們很容易獲得地球磁場(chǎng)的方向。同一緯度的地磁場(chǎng)方向是一致的，但不同緯度的則不一樣。這樣就建立起地球磁場(chǎng)與緯度一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

對(duì)于現(xiàn)今的地球磁場(chǎng)，科學(xué)家可以通過(guò)先進(jìn)的儀器進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，而史前的地球磁場(chǎng)則需要借助測(cè)量地質(zhì)歷史時(shí)期的巖石（包括火山巖和沉積巖）記錄的古地磁來(lái)獲得。之所以可以利用火山巖來(lái)進(jìn)行研究，是因?yàn)榛鹕絿姲l(fā)的熔巖流中含有許多磁性礦物顆粒，它們就像無(wú)數(shù)的指南針，自由地指向當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)。隨著熔巖流冷卻降溫，這些小磁針得以固定在原地，記錄下瞬時(shí)磁場(chǎng)。之后雖然地磁場(chǎng)有變動(dòng)，但是小磁針?biāo)涗浀牡卮艌?chǎng)方向并不會(huì)發(fā)生改變。

利用沉積巖進(jìn)行研究的原理大體相同。沉積巖能獲得磁性，是因?yàn)槠涑练e物中含有攜帶磁性的碎屑顆粒，這些小顆粒在沉降堆積過(guò)程中按照當(dāng)時(shí)地球磁場(chǎng)的方向定向排列，并在成巖過(guò)程中固化下來(lái)。我們也將火山巖和沉積巖中記錄下的，保留至今的地球磁場(chǎng)信息稱為古地磁。通過(guò)對(duì)不同板塊不同時(shí)代的巖石進(jìn)行古地磁研究，科學(xué)家能獲得其當(dāng)時(shí)地球磁場(chǎng)的方向（如磁傾角和磁偏角），通過(guò)計(jì)算就可以得到這個(gè)板塊在該時(shí)期內(nèi)的古緯度。最后，將每個(gè)時(shí)代的緯度連成一條線，就可以得到這個(gè)地塊南北向運(yùn)動(dòng)漂移的軌跡。

地球磁場(chǎng)方向（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

從大洋到大江

為了解古特提斯金沙江洋的演化歷史及閉合時(shí)間，中科院青藏高原所新生代環(huán)境團(tuán)隊(duì)顏茂都研究員等對(duì)東羌塘昌都地區(qū)雜多縣一組火山巖地層（尕笛考組）進(jìn)行了詳細(xì)的古地磁學(xué)和火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究，以探討該地區(qū)的古地理演化歷史。

在大多數(shù)人眼中，鋯石是寶石的一種，為十二月生辰石，象征勝利，好運(yùn)。然而在地質(zhì)科學(xué)家眼中，它卻是地球上極其常見(jiàn)的火山巖、沉積巖和變質(zhì)巖的副礦物，同時(shí)也是進(jìn)行巖石年齡測(cè)定的絕好材料。目前較為常用的是鋯石U-Pb同位素年代學(xué)測(cè)試方法，主要依據(jù)“單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子數(shù)與現(xiàn)存放射性母體的原子數(shù)成正比”這一規(guī)律進(jìn)行測(cè)量。

U-Pb鋯石年代學(xué)結(jié)果顯示，先期依據(jù)古生物認(rèn)為是石炭紀(jì)或者二疊紀(jì)的火山巖實(shí)際年代約為2.54-2.48億年，在晚二疊-早三疊紀(jì)界限附近?？煽康墓诺卮沤Y(jié)果表明，昌都在該時(shí)間段位于北緯約10度左右。將東羌塘和塔里木地塊少量的二疊-三疊紀(jì)高質(zhì)量古緯度數(shù)據(jù)放在一起，發(fā)現(xiàn)東羌塘地塊從約2.97億年以較低的速度（每年約5.0厘米）開(kāi)始向北漂移，在約2.59億年到2.51億年則是以每年約20.6厘米的速度高速運(yùn)移，在約2.51-2.40億年之間降為每年約13.5厘米。

東羌塘地塊3.2億年-2.0億年漂移歷史（圖片修改自Guan et al., 2021）

在3億年前到2億年前羌塘以北塔里木地塊的位置基本穩(wěn)定在北緯33度左右。由于目前還沒(méi)有2.40-2.09億年前這時(shí)段內(nèi)東羌塘地塊精確的古緯度數(shù)據(jù)，因此假設(shè)東羌塘地塊仍舊以約13.5厘米/每年的速度北向漂移，估計(jì)約其在2.32億年抵達(dá)北緯33度并與塔里木地塊發(fā)生碰撞。通過(guò)收集比對(duì)其他一些地質(zhì)證據(jù)，此時(shí)兩個(gè)地塊之間的古特提斯金沙江洋閉合，這個(gè)2.32億年前就是閉合的最早時(shí)間。另外，研究人員還利用最佳擬合的方法獲得了金沙江洋閉合的最小年齡為2.2億年前。

東羌塘地塊2.59億年以來(lái)的古地理重建（圖片修改自Guan et al., 2021）

通過(guò)收集對(duì)比其他地質(zhì)證據(jù)，研究認(rèn)為東羌塘地塊與北部的塔里木地塊碰撞時(shí)間最有可能是2.3億年，在這一時(shí)間，古特提斯金沙江洋在昌都地區(qū)開(kāi)始發(fā)生閉合，逐步完成了從 “滄?！钡健吧Ｌ铩钡木拮?。金沙江洋自此也脫離了女神特提斯的懷抱，在化身奔流不息的大江之后，哺育著兩岸的人民。

“金沙水拍云崖暖，大渡橋橫鐵索寒”，毛澤東在《七律·長(zhǎng)征》一詩(shī)中將金沙江磅礴的氣勢(shì)書(shū)寫(xiě)得淋漓盡致。時(shí)節(jié)如流，逝者如斯，為大江寫(xiě)史，有助于我們溯其本源，在感受自然與人力量的前提下更好地回答，我們是為了什么而出發(fā)。

流經(jīng)香格里拉虎跳峽的金沙江（圖片來(lái)源：作者拍攝）

參考文獻(xiàn)：

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[4] 什么是鋯石.中科院地質(zhì)地球所.https://mp.weixin.qq.com/s/5En51Zo7aTq7VCZt-kf0ZQ