破解青藏高原的东移之谜
发布时间:2013年01月15日 来源: 浏览量:212

1.  珠峰目前仍在“边走边长”

青藏高原是印度板块与欧亚板块五六千万年来不断碰撞、挤压的产物。据中科院青藏高原研究所研究员方小敏介绍,中国地球物理学会主席、中国工程院院士赵文津近日在有关学术报告中指出,GPS测量的结果显示,1991年以来,印度板块正以每年50毫米的速度向北水平移动,喜马拉雅山珠峰地区每年向北水平移动42到35毫米,拉萨地区为30到27毫米,羌塘地区为28毫米左右,到柴达木地区则减少为每年12到14毫米。

青藏高原在向北水平移动的同时,也在向上生长,其中位于两大板块冲撞活动中心地区的珠峰长得尤其快。有关研究显示,目前整个青藏高原正以每年5.9毫米的速度隆升,珠峰的上升速度为每年10毫米左右,到了青藏高原北部,隆升速度则降为每年四五毫米。印度板块向北移动产生巨大的力量,欧亚板块则以青藏高原的扩张和隆升加以消解。青藏高原各个部分隆升和水平移动的速度各不相同,则在一定程度上表明印度板块与欧亚板块的冲撞,既不是完全硬碰硬式的刚性碰撞,也不是完全硬碰软式的塑性碰撞。

2.  青藏高原的东移之谜

赵文津说,印度大陆正向中国“全速奔跑”的结论,是基于我国上世纪90年代以来实施的“中国地壳运动观测网络”工程和“青藏高原岩石圈现今变动与动力学研究”得出的。他说,印度大陆北移的同时,西藏块体和甘青地块也分别以北偏东向28毫米/年和北东向15毫米/年的速度移动;三大块体正发生明显的挤压缩短现象,其中以印度大陆和西藏块体之间的缩短最为突出。测量结果还显示,世界最高峰珠穆朗玛峰也在以35~42毫米/年的速度向北略偏东移动。

在印度大陆快速北移的推动下,青藏高原的北移是顺理成章的。但是,青藏高原为什么产生偏东方向的运动呢?赵文津院士抓住了这个被人忽略的现象,向我们提出了一个难以人云亦云的问题。

这显然是一个球面数学问题。处于高纬度的两个相邻地块分别沿其重心所在经度线向低纬度作南北方向的离极运动时,由于经度线间的距离不断增大而逐渐相互分离。反之,处于低纬度的不相邻两地块分别沿其重心所在经度线向高纬度作南北方向的向极运动时,由于经度线间的距离不断减小而逐渐相互靠近。因此,离极运动使聚集的陆块相互分离,向极运动使分离的陆块相互聚集。如果我们把地球表面近似看成为球面,半径为R,在纬度φ处,地表到地球自转轴的距离为r,纬度圈弧长c所对应的圆心角为ψ(为经度角),则有
         r = R cosφ (1)
         c = ψr = ψR cosφ (2)
圆心角φ所对应的地表弧长l为
            l = Rφ (3)
其微分分别为
            dc = -ψR sinφdφ (4)
            dl = Rdφ (5)
其中,dc表示地表东西长度变化,dl表示地表南北长度变化。由(4)式和(5)式有,
            dc = -ψsinφdl (6)

西藏高原东西长的经度角ψ为π/6弧度(30度),所在的纬度φ为π/6弧度(30度),当西藏高原向北移动距离dl为28 mm(毫米),由(6)式,可算得东西向收缩dc约为dl/4,较精确值为7.27mm。负号表示收缩。西藏高原在北移过程中,由于纬度圈长度变小,将发生东西向收缩。柯里奥利力使得西藏地块在向北运动的同时产生向东方向移动,因为低纬度地块的向东自转线速度大于高纬度的地块向东自转线速度。例如,地表赤道处的线速度为465米/秒,纬度为30度地表的线速度为402米/秒,纬度为60度地表的线速度为232.5米/秒。地块从赤道北移到纬度30度处,具有63米/秒的向东相对线速度。所以,西藏高原东西向的收缩主要表现在西藏高原向东挤压上。

甘青地块东西长的经度角ψ为(40度)40π/180弧度(推动北移的块体东西长度逐渐扩大,成射线型辐射),所在的纬度φ为(40度)40π/180弧度,当西藏高原向北移动距离dl为15 mm,由(6)式,可算得东西向收缩dc约为0.4869dl,较精确值为7.3mm。柯里奥利力使得甘青地块实际上是向北东方向移动。

3.  云南是地震多发省份

在柯里奥利力的作用下,青藏高原在北移运动中同时产生东向运动。这是云贵高原西部形成横断山脉的原因。强烈的南北向挤压和东西向挤压至今还是青藏高原和云贵高原西部强烈地震活动的原因。以2004年中国5级以上地震为例,总计36次地震,西藏有11次,青海有8次,云南有3次,该地区地震次数占总地震次数的61%。

设地表物体的质量为m,相对地球的速度矢量为v,地球的自转角速度矢量为w,则柯里奥利力矢量为
        F = 2 m v×w (7)
其数值大小为
            | F | = 2 m v w sinφ (8)
其中,φ是两矢量的夹角。

研究表明,地块缓慢沉降的速度是极小的,产生的柯里奥利力也极小,可以忽略。地震时,地壳破裂的速度可达20 m/s(米/秒),柯里奥利力可达780000帕,足以对地壳形变产生印象。环太平洋地震带的东西两岸构造有明显差别,落体偏东升体偏西的柯里奥利力起决定作用。东太平洋沿海沉积带下降向东,高山剥蚀上升向西,相对运动形成强烈的挤压,使落基山脉和安第斯山脉异常高耸。西太平洋海沉积带下降向东,高山剥蚀上升向西,反向运动相互分离,形成岛弧后的浅海盆地。大西洋两岸不是地震带,因而没有明显的构造差别。

推理与计算表明,青藏高原的北偏东向运动是导致云贵高原西部南北向山脉形成的原因,至今仍导致强烈的地震活动。

印度洋中脊两侧海面的圆心角大于90度,可以形成潮汐高潮与低潮的高位相差,产生大洋地壳的翘翘板运动。这就是海底扩张的潮汐模式。它可能是印度板块北移的现实动力。

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