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【地球】三组标本讲述青藏高原的历史故事

时间:2024年09月29日 08:51  作者:  点击:[]

巍巍青藏,世界屋脊,它不仅承载了人类文明,更是地球史书中的精彩篇章。中国地质大学与青藏高原的情缘由来已久,70余年的发展历程中学校一代代学者和莘莘学子踏进雪域高原开展地质调查、科学研究。在中国地质大学逸夫博物馆中就珍藏着很多他们采集自那里的标本,它们不仅是地质人爬冰卧雪的收获,也是高原地质演化史的见证者。笔者从中选择三(组)件极具代表性的,一探究竟。

蛇绿岩套——青藏高原隆起的直接证据

蛇绿岩套(或称蛇绿岩),是一种形成于古老海洋洋底的岩石,因为它的表面布满绿色蛇纹状的纹理,人们给它起了这个形象的名字。

蛇绿岩套主要形成于大洋中脊和俯冲带环境。一个发育完整的蛇绿岩套,通常按照橄榄岩、辉长岩、席状基性岩墙和基性熔岩以及海相沉积物的顺序产出,其中橄榄岩和辉长岩在层序上可以多次重复出现。蛇绿岩套是大洋岩石圈的残留记录,它的存在意味着该地区曾经历过板块碰撞作用,并且从深处的大洋隆升起来了,因此是确定古板块边界和古洋盆遗迹的重要依据。此外,蛇绿岩套中除发育铬铁矿外也普遍伴生的蛇纹石,是重要的稀贵金属(铬-铂族)和非金属矿产。

中国地质大学逸夫博物馆收藏的蛇绿岩套标本,来自西藏的阿里地区。1982年,阿里地区野外科考工作结束,武汉地质学院西藏队队长郭铁鹰教授以及岩石学家赵崇贺教授等带回了大量的蛇绿岩套标本。根据这些标本的岩性岩相分析,他们确认阿里地区发育有两条早白垩世的洋壳蛇绿岩带和两条晚三叠世-早侏罗世洋壳蛇绿岩带,这些蛇绿岩带最晚的构造变位时间大多发生在喜马拉雅阶段。

西藏阿里地区地质条件得天独厚,在南北不到1000千米的距离内,既可穿越喀喇昆仑带、冈底斯带、北喜马拉雅带、高喜马拉雅带等4个地质构造各异的构造单元,以及班公湖、雅鲁藏布江-印度河和普兰等三条时代不同的岩石圈“开”“合”带(地缝合线),还可以观察到中生代以来在大陆构造演化过程中保留下来的蛇绿岩等多方面的物质记录和构造变形形迹,以及不同生物区系的古生物化石。可以说,阿里地区是研究青藏高原地质构造、岩石圈演化的绝佳窗口,也是找寻相关矿产资源的理想地区。这些多条蛇绿岩套也表明青藏地区地质演化远比人们想象得复杂,在印度板块与欧亚大陆碰撞之前,该地区就经历了多次板块的拼合,包括羌塘这样的小陆块就赶在南亚次大陆之前与欧亚大陆发生了撞车事故。

菊石——青藏地区古海洋的居民

菊石是已经灭绝的海洋无脊椎动物,属于软体动物门头足纲,目前已经发现超10000种,大小差别很大,最大的比磨盘还要大,直径接近3米,最小的不足1厘米。它们以浮游生物为食,曾广泛分布于世界各地的海洋中,在中生代最为繁盛,在白垩纪末全部灭绝。因演化快速、特征明显、分布广泛,被古生物学界认为是划分和对比 地层最有效的标准化石之一。三叠纪至白垩纪的大部分海相地层,就是利用菊石来划分的。

在2亿多年前,青藏高原地区曾经是辽阔的特提斯洋。在北喜马拉雅构造带内的三叠纪特提斯喜马拉雅沉积地层中有大量的菊石化石产出。

2019年,中国地质大学(武汉)地球科学学院博士生代旭等人在我国西藏聂拉木县,希夏邦马峰北坡海拔5300米的二叠系-三叠系界线剖面——排孜剖面,发现了大量保存精美的菊石化石。这块菊石化石目前收藏于中国地质大学逸夫博物馆。它不仅证实了2亿年前青藏高原地区曾是一片汪洋大海,还见证了造山运动和地壳上升。

在三叠纪时期,青藏地区属于特提斯洋的一部分,海洋中以菊石为代表的生命繁盛,这些生命死亡后被海底沉积物掩埋,这就为化石的形成提供了先决条件。但是按照板块构造学说,如果大洋地壳一直向下俯冲,那么这些埋藏菊石的沉积物会被洋壳一直带入地幔中而熔化。它们之所以还能保留下来,并在高海拔地区发现,意味着埋藏它们的沉积物会受到地壳作用首先从大洋上了陆地,之后并不断抬升。至于沉积物为何上陆,而不是随着大洋地壳一直向下俯冲,一种原因是发生了俯冲折返,后在逆冲断层推覆作用下抬升;另一种原因是它们沉积在大陆架上,而非大洋地壳上,因此它们不会像坐车一样被带进海沟,之后随着洋壳俯冲完毕,大陆之间发生碰撞挤压,地壳强烈褶皱,这些带有菊石的沉积岩也就被带到了高处。

漂砾——高原冰期存在的证明

中国地质大学逸夫博物馆北侧岩石园内,静静卧着9块大小不一的石头。它们外表平平无奇,表面有明显的摩擦痕迹,殊不知,它们却来自遥远的西藏,地质学名称为“冰川漂砾”。在国内地质类博物馆中,拥有冰川漂砾,尤其是规模如此大的,实属罕见。

冰川的搬运能力相当强,当冰川移动时,会裹挟沿途脱离基岩的岩石一起移动,这些岩石甚至能被搬运到上百千米之外,它们大小不一,粒径可达数米甚至数十米。待到冰川消融退缩之后,这些石头便停留在原地,这就是“冰川漂砾”。经历了漫长的冰川运动,以及寒冻、雪蚀、雪崩、流水等各种应力的磨砺,冰川漂砾上的磨面擦痕,不仅是冰川运动的证据,还可用作测量冰川流向、圈定范围、找寻砂矿、原生矿的标志。根据漂砾的位置,更可以推算冰川退缩的距离。

逸夫博物馆的这9块冰川漂砾,大的长达1.9米、宽约1.8米、厚约0.9米,重达2吨,总重约7吨。2005年,通过联系退休定居在西藏的前博物馆副馆长鲁连仲,时任博物馆馆长的任有福带领闫飞,前往西藏拉萨寻找冰川漂砾。在羊八井镇和地热电厂之间的戈壁滩上,散落着大大小小的石块,这些石块经过勘测确认为形成于180万年前第四纪冰期的冰川漂砾。

西藏距离武汉有3600余千米。一块冰川漂砾,轻则几百斤,重则数吨。怎么运,这是一个难题。鲁仲连早早在当地联系了一辆吊车和一辆货车。经过精挑细选,三人选择了9块大小不一、痕迹明显的冰川漂砾,挖出来做好标记后,由吊车吊到货车上,再用货车将石头运到青海格尔木市火车站,在格尔木转集装箱运到武汉。历经数天奔波,这9块冰川漂砾终于来到逸夫博物馆,并在这里安家。

这三组标本虽然只是众多来自青藏高原标本的代表,但是它们已经能给我们讲述一段青藏高原演化的故事:在两三亿年前,青藏地区还是一片大洋,海洋中生活着菊石等生物。但是这个大洋已经进入了风烛残年期,在其北端出现了海沟和俯冲带。随着俯冲作用进行,洋壳大部分俯冲到大陆地壳之下,少部分洋壳残片和含有菊石的沉积物随着推覆作用被抬到陆地上,而没有继续俯冲下去。最终洋壳俯冲完毕,大洋寿终正寝,南亚次大陆和欧亚大陆碰撞,导致地壳缩短增厚。残留的洋壳残片和含有菊石的沉积物(已经成岩作用成为化石)被造山运动抬升到高处,并因风化作用出露地表,成为了蛇绿岩套和化石。随着青藏高原继续隆升,气候逐渐转冷。在第四纪时期曾经一度被冰川覆盖,由于冰川的搬运和侵蚀,产生大量的冰川漂砾。

关于青藏高原的演化,还有更多的标本能够讲述更多的故事。但是这些故事只不过是青藏高原演化史书的零星篇章,还有更多的故事和秘密等待着人们去发现去探索。

(《地球》2024 年第 5 期 作者:徐燕 图片:李富强 闫飞)

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