沈括由此推想到华北平原的形成过程,他说:“所谓大陆,都是由泥沙堆积而成的。相传尧杀死鲧的羽山原是在东海中(按地理位置,应该是黄海),而现在的羽山,已经到平原(今江苏省东海县境内)上来了。”他还对同行者再进一步阐述:黄河、漳河、滹沱河、桑乾河等都是挟带大量泥沙,水流混浊不堪。当这些泥沙冲到河口,把海滨逐渐填塞起来,平原也就逐年扩大了。时间长了,海岸就越来越向东推移。现在河南、陕西、山西黄土高原上有深切百米的河谷,就是黄土被河水带走的缘故。”沈括的这些见解科学来说,是在地壳上升过程(即造陆运动)的同时,黄土高原上的深切河谷,黄土及其泥沙等冲积物就到下游淤积,终于形成举世闻名的华北平原。沈括所理解的地质变迁思想,是十分珍贵的。在国外相似的见解要比沈括晚600多年,这种比较系统的“沧海桑田”的解释,一般都认为始于文艺复兴时代的意大利着名画家、科学家达?芬奇(1452-1519)。
造陆运动的前前后后
完全从地质学角度研究造陆运动始于吉尔伯特,他在1890年提出这样的概念。他认为缓慢的地壳垂直运动是造成大陆高原、大陆平原以及海洋盆地的最主要原因。或者说,是造成地球表面隆起与拗陷的最主要因素。在地球历史上,曾经发生过大规模的海退--海水从大陆退回到海洋,使原来是海底的地方形成陆地,或者发生过大规模的海侵--海平面上升,海水向原来高出海面的大面积陆地发生侵进,海水淹没了大陆,使原先的陆地变成海洋。这也是我国的成语--沧海桑田的意思。
如果用吉尔伯特的概念,举一个地质历史时期发生过的具体实例,不妨看看我国华北及其邻近的朝鲜半岛、辽东半岛、陕西、内蒙甚至到达淮河以北的河南、皖北、苏北的广大地区。在距今4亿年前的中奥陶世以前,那里基本上是一个海底相当平坦,海水深度不大的海洋,与现在我国东部的大陆架相似。到中奥陶世时,当地发生造陆运动,沧海转变为意大利那不勒斯塞拉比斯古庙的三根石柱经历了沧桑变迁桑田。
一直到距今3.5亿万年前的早石炭世时,大陆发生沉降,桑田又沦为沧海。正是由于这一重大变化,致使从石炭纪到二叠纪的近一亿年间,在这块广袤的大地上出现过滨海沼泽和陆上沼泽,生长了茂密的森林,成为后来丰富的煤炭,现在,这里已是我国着名的煤田所在地了。
如果从现代地貌特点看,以我国为例,黄土高原、青藏高原,云贵高原等都属于地壳上升的大面积隆起区;而黄河下游的华北平原、松辽平原、东海与黄海相邻的平原区,都属于下降的拗陷地区。
从历史记载或长期仪器测量结果中,也能识别地壳的升降运动。例如渤海北部河北省昌黎县东边,2 000多年前,有一座屹立于海滨的碣石山,是观赏海上日出的胜地,秦始皇与汉武帝都曾登临游览。三国时,曹操在北征乌桓胜利班师途中,也来到碣石山,游览之余,还写了着名的《观沧海》一诗:
东临碣石,以观沧海。水何澹澹,山岛竦峙。树木丛生,百草丰茂。秋风萧瑟,洪波涌起。日月之行,若出其中。星汉灿烂,若出其里。幸甚至哉,歌以咏志。
此后,陆地连续下沉,海水向大陆侵进,碣石山就变成海里的礁石,如今碣石山已经被海水吞没,再也见不到当年的巍然雄姿了。
就地壳沉降看,世界上最着名的低地是荷兰。全国约有1/4的土地位于海平面以下,平均每年下沉2~3毫米,别看这小小的数字,如果加上时间的因素,下降的幅度就相当可观了,所以荷兰是靠堤坝过日子的,水利科学也特别受重视,取得许多重要的成就。相反,北欧的瑞典、芬兰、挪威是着名的上升区,例如位于芬兰与瑞典之间的波的尼亚湾的海水逐年变浅,1602年在那里修建的一个可停泊巨轮的码头,不到百年,就已经无法使用而放弃了。
升降运动最有趣的例子如意大利那不勒斯塞拉比斯古庙的三根古石柱,它纪录了近4 000年来地中海数次升降的变化。公元前开始建庙时,海水远离边岸。到13世纪,地壳沉降,海水漫淹,柱子被海水没去一半。18世纪时,地壳上升,柱子又露出海面,柱面6米以下,留下海生动物蛀蚀的痕迹。到1955年,柱子的2.5米又没入了水中。此后30多年,还有变化。
由此可见,造陆运动实际上是一个运动的两个方面。升与降,高与低,往往相伴而生,即所谓此起彼伏的道理。同一事物表现为两个相对方向,既矛盾又统一,是自然界和谐的规律。
现在再来回顾一下仙女麻姑与仙人王方平相见时那段对话,再看一看沈括在太行山东麓野外观察的地质现象,并与同僚们进行讨论解释,不禁要夸耀我们先哲的智慧!你知道板块相撞可以造山吗相对于认识造陆运动,认识造山运动却非易事,因为它很难像海陆变化之类容易被识别。因此,在浩瀚的古籍中也不易发现古代学者有关造山运动的见解。
另一方面,逶迤高耸的山岳是从哪里来的却一直被人们关心,萦绕在许多学者的脑际。有些地质学家在现今的巨大山系区域工作时,发现那里的岩层颇为奇特,褶皱卷曲好像面饼一样。这种看似任意的褶皱,不仅见于整座山岳的岩层,而且延伸千百公里以上的山系也都是如此。在那里,还发现火山岩、岩浆岩穿插其中,与褶皱相伴的,叠复逆掩断层也十分丰富。从这些地质构造现象分析,似乎地壳有一种比垂直振荡运动更为剧烈的水平运动存在着,只有这种力量才能驱使水平的岩层卷曲起来。进一步想象到只有卷曲的岩层相互挤压、叠复,才是山脉形成的基础,于是,“造山运动”这一地质术语从此诞生了。
为了验证这一设想,地质学家考察了当今世界各火山系,诸如喜马拉雅山、阿尔卑斯山,安第斯山、洛基山、阿帕拉契亚山等等,这里的地质特点也显示出强烈的褶皱,无一例外。
于是人们确信,水平运动是造成山脉的主要动力。但是,水平运动的原动力又从哪里来的?
关于这个问题的解释,不同学派有不同的说法,而且针锋相对,各不相让。例如早在700多年以前有些学者提出:地壳表面本来就分成稳定区与活动区两部分。稳定区的地壳运动表现为升降作用为主,而活动区的地壳运动则表现为以水平运动为主,而且这种水平运动是由于升降运动而诱发起来的,如现今的山脉,就是位于活动区内发展而来的。
我国着名的地质学家李四光则认为:地球自转速度的变化是导致水平运动的由来。当地球自转时,赤道的离心力很大,南北两半球的力都向赤道运移,一旦自转速度发生变化,运移力量遇到阻碍,就好像桌面上的台布在相对两力挤压时出现褶皱一样,地壳表面也就出现山脉,并以东西方向延伸。但如果各地局部情况变化,山脉也就不一定东西向,会出现其他的方向。
最近的解释又认为:地壳表面由若干大小不同的板块构成,它们浮动在地幔软流圈之上,随着地幔对流,板块漂移,如果两个或两个以上的板块在漂移过程中发生碰撞,就会在相撞的边界上出现山脉,随着板块不断紧靠、甚至复叠其中的一部分时,山脉也就不断升高。当然,山脉的形成并不是一朝一夕的事,有量变和质变的过程。拿当今世界上最高的喜马拉雅山脉来说吧!早在1亿年前,印度(大陆)板块开始脱离位于南半球的贡瓦纳大陆(相当于现在南半球各大陆联合在一起的古大陆),逐渐向北漂移,直到距今5 000万年前的始新世时期,才与亚洲(大陆)板块相撞连接。在这五千万年间的漂移,可说是量变。到始新世两板块相接时,可说是质变。从此以后,印度板块斜插到亚洲板块之下,像木楔一样将亚洲板块垫高,并继续升高,至今尚未停息。
现在让我们来看一看来自喜马拉雅山地区的纪录报告:
白垩纪晚期,印度板块已经脱离贡瓦纳古陆,位于南纬40°~20°之间(据古地磁测定)。
始新世时期,印度板块漂移到南纬30°(以德干高原古地磁测量及古植物化石资料确定)。
始新世末期,印度板块继续向北漂移,越过赤道,约位于北纬10°~20°(古地磁测定)。
始新世末期,由于再见不到海相地层,在此前形成的地层均发生褶皱,可知当时的印度板块已与亚洲板块相撞,喜马拉雅山脉的基础于此时奠定。
渐新世至中新世时期,山脉形成以后处于上升阶段,由造山运动结束以后转变为造陆运动,剥蚀作用已经进行。并出现了在华北地区常见的三址马动物群,山此推测,当时的喜马拉雅地区海拔约为1000~2000米(目前发现三趾马动物群的地点海拔4000米以上),比现在要低3000米左右。
上新世晚期,继续升高,但尚未到达雪线高度。因为发现高山砾植物化石,此类化石生长于海拔2500米左右的山区,而目前化石产地的高度已达5200~5900米。
进入第四纪时期,很多山峰已到达雪线高度,山岳冰川已经形成,一片琼琳,洁白世界。海拔7000米以上的高峰已非常罕见。
现代测量证明,喜马拉雅山每年约以十几毫米的速度仍在继续升高。
以人类在世的短促寿命,无法直接观察到造山运动与造陆运动的全过程,但发生运动的形迹往往留存在岩层里和古代生物形成的化石上,地质古生物学家的智慧就在于凭借这些大自然的信息,分析其来龙去脉,讲述出生动而有趣的山摇地动的故事!