|
|
对于超大陆，许多地质学家的定义都不同。其中一个超大陆的定义为：拥有一个以上陆核或克拉通的大陆[1]。按照此定义，现存的超大陆有欧亚非大陆和美洲大陆。另一个超大陆的定义为：由全部或大部分岩石圈组成的单个大陆陆块[2]。而按照此定义，现在并不在超大陆。一个完整的超大陆旋回需要3到5亿年，科学家估计，地球至今至少经历了7个超大陆旋回。公认的最后一个超大陆为盘古大陆（Pangaea），它在大约3亿年前形成，在1.5亿年前开始逐渐解体[3]。现在超大陆旋回的周期大约过了一半，因此在2至3亿年后，所有大洲都可能在聚合起来，形成一个新的超大陆。那么将会形成一个什么样的超大陆呢？目前，在对全球的板块运动进行研究和模拟后，得出了未来超大陆可能会存在的4个模型，它们分别是：终极超大陆模型（Pangea Ultima），新超大陆模型（Novopangea），澳利加超大陆模型（Aurica）和美亚超大陆模型（Amasia）。
<hr/>1. 终极超大陆模型（Pangea Ultima）
图1 终极超大陆模型（Pangea Ultima）及各大洋相对宽度
终极超大陆模型是由Scotese、Yoshida与Santosh等人[4]提出。
如图1所示，在50Ma内，大西洋将以更快的速度进行扩张，非洲继续向北移动，并与欧亚大陆完全碰撞，形成了巨大的欧亚非大陆。而美洲大陆和欧亚大陆的距离则越来越远。此时大西洋中脊（如图1a的白色实线部分）继续产生的海洋岩石圈，可以补偿俯冲带岩石圈的消耗。
在100Ma左右，大西洋中脊产生的海洋岩石圈不足以补偿俯冲带消耗岩石圈，因此大西洋不能够再继续扩张。此时南极洲已经分裂成两个部分，南极洲东部向北漂移，南印度洋被关闭。
在200Ma左右，位于大西洋西侧俯冲带的俯冲速率加快，大西洋逐渐缩小，最后关闭。此时由南极洲分裂而成的各个部分可能会与印尼合并，从而关闭了苏门答腊俯冲带。大西洋和印度洋则变成了内陆海域。
大洋相对宽度被分为0-10，其中0为完全关闭，10为完全开放。由图1可知，大西洋在0-100Ma间在逐渐开放，而在100-250Ma里急剧缩小，最后关闭。太平洋则是先缓慢减小，然后逐渐变大。
具体过程可见终极超大陆动画模型。
终极超大陆模型动画模型
https://www.zhihu.com/video/1198944309414043648
<hr/>2. 新超大陆模型（Novopangea）
图2 新超大陆模型（Novopangea）及各大洋相对宽度
新超大陆模型是由Nield最先提出的[5]，如图2。该模型是目前最被认可、最有可能发生的模型，因为它遵循了大陆板块当前的运动方向来进行推理[6]。
在0-50Ma，太平洋周围存在大量俯冲带的俯冲（如图2a的虚线部分），澳大利亚和南极洲向北漂移，美洲大陆与欧亚大陆相向运动，这些都使太平洋面积减小。同时，大西洋洋中脊高度活跃且几乎没有俯冲，所以它逐渐扩张（如图2a的白色实线部分）。此外，东非海洋也在开放。到了50Ma，大西洋的面积是当今宽度的三倍多，在盆地边缘形成了一些俯冲带，特别是在欧洲西海岸和西北非海岸，红海和地中海消失。
在100-150Ma后，除南美以西的地区外，太平洋大部分地区是关闭的。印度洋和太平洋海盆几乎完全关闭，这意味着大西洋不再能够继续扩大开放。之后，美洲大陆和欧亚板块（东亚部分）发生碰撞。大西洋和新非洲洋已经出现大型俯冲系统，其中一些俯冲带分布在东非海洋的边缘（如图2b、c的虚线部分）。
在200Ma后，新超大陆已经完全形成，太平洋已经完全关闭，大西洋和新非洲洋成为超大陆周围的海洋。
由图2可知，太平洋在0-200Ma一直在变小，最后关闭。大西洋在0-200Ma间一直开放，随后停止扩大；同时新非洲洋在25Ma后开始出现，然后一直在扩大，到200Ma后与大西洋的开放程度一样。
具体过程可见新超大陆动画模型。
新超大陆动画模型
https://www.zhihu.com/video/1198945306605506560
<hr/>3. 澳利加超大陆模型（Aurica）
图3 澳利加超大陆模型（Aurica）及各大洋相对宽度
澳利加超大陆模型由Duarte等人提出[7]，该模型是四个超大陆模型中最新的模型。该模型模拟了太平洋和大西洋都会关闭的情况，因为他们发现年龄超过几亿年的海洋岩石圈几乎不存在，俯冲带正在向大西洋内部传播，这意味着与太平洋相似，大西洋也可能要关闭[8]。为此，必须创建一个新的海洋。如图3。
在50Ma后，在欧亚板块的印度和巴基斯坦边界发展出了一个大型的陆内裂谷，该裂谷沿喜马拉雅山脉裂开，并且经过了贝加尔湖和堪察加的西部，进而形成泛亚洲洋（Pan-Asian Ocean），而澳大利亚与裂开的东亚部分相撞。此时大西洋中已经出现了俯冲带（图3a虚线部分）。
在100 Ma后，大西洋和太平洋都一直俯冲，泛亚海洋成为地球上最大的海洋，而太平洋和大西洋则已大大关闭。此时，南极洲也开始与东亚大陆相撞。在大西洋的两个边缘形成了俯冲带（如图3b虚线所示），这使得大西洋周边出现了环绕的火山带。
在200-250Ma后，先是太平洋关闭，东亚大陆与美洲大陆相撞；然后是大西洋关闭，非洲大陆再与之前美洲大陆的东部相撞，最后导致泛亚洲洋则持续开放（图3c、d的白色实线为泛亚洲洋洋中脊）。
由图3的各大洋相对宽度可知，太平洋和大西洋几乎都在同时减小，与此同时，泛亚洲洋（Pan-Asian Ocean）开始出现。在250Ma后，太平洋和大西洋都消失，只剩下泛亚洲洋的存在。
具体过程可见澳利加超大陆动画模型。
澳利加超大陆动画模型
https://www.zhihu.com/video/1198945707547488256
<hr/>4. 美亚超大陆模型（Amasia）
图4 美亚超大陆模型（Amasia）及各大洋相对宽度
图5 Orthoversion旋回机制
美亚超大陆模型由Mitchell等人提出[9]，届时北冰洋将会关闭。该模型是根据Orthoversion旋回机制（图5所示）提出的[10]，即前一个超大陆所留下的地幔结构存在偏斜，因此超大陆与上一个超大陆（Pangea）形成了90°的角。Pangea的俯冲带留下了一定量的下沉地幔，即“板环”，这可能使一部分板块向该环的漂移过程中产生正向偏差。根据当今各大洲的漂移情况，它们很可能继续向北移动。
在50Ma后，非洲与欧亚大陆，亚洲与美洲的碰撞以及澳洲向北的漂移分别关闭了地中海，北极以及华东与菲律宾的部分海域。此时南北美洲开始分裂。
在约100Ma后，俯冲带沿着大西洋和印度洋的边缘传播，大西洋中部的洋中脊已经失去了其北部范围（图4b白色实线为大西洋中部的洋中脊）。南美洲开始在秘鲁-智利海沟的牵引下顺时针旋转。除南极洲外，所有其他大洲仅经历缓慢的向北漂移。俯冲带继续沿南极，非洲，南美和东亚边缘扩散（图4b虚线为俯冲带），此时南半球的脊系统则占主导地位。
在150-200Ma后，由于北极周围大陆的聚集以及南美的持续旋转，北大西洋和太平洋部分关闭。此时，澳大利亚与亚洲碰撞，关闭了鄂霍次克海。之后随着南美洲完成旋转并与北美碰撞，南极洲以外的所有大陆块都完成了聚集，从而形成了美亚超大陆。
由图4的各大洋相对宽度变化可知，在Orthoversion旋回机制中，北冰洋急剧减小，在约50Ma就已经完全关闭；而太平洋和大西洋在0-200Ma中一直在缓慢地进行扩张。
具体过程可见美亚超大陆动画模型。
美亚超大陆动画模型
https://www.zhihu.com/video/1198946483107672064
<hr/>存在问题
（1）四个模型都太过于理想化，从而导致局限性。首先是因为超大陆周期是假设的，并不是恒定的[11]；威尔逊旋回的概念在某种程度上也是一种理想化[12]，它可以应用于内部海洋盆地（大西洋、太平洋），但却不能应用于印度洋。
（2）大西洋存在的俯冲只是设想[13]，即使存在俯冲，那么其引发的驱动机制仍是未知的。
<hr/>参考文献
[1] 王鸿祯. 地球的节律与大陆动力学的思考[J]. 地学前缘, 1997, 4(3-4):1-12.
[2] Hannah S.Davies. Back to the future: Testing different scenarios for the next supercontinent gathering[J]. Global and Planetary Change, 2018, 169:133-144
[3] 李江海, 姜洪福. 全球古板块再造、岩相古地理及古环境图集[M]. 北京:地质出版社, 2013.
[4] T.H. Torsvik, et al. Earth evolution and dynamics – a tribute to Kevin burke[J]. Can. J. Earth Sci., 53 (11) (2016), pp. 1073-1087.
[5] T. Nield. Supercontinent[M]. Granta Books, London (2007) (287 pp.).
[6] M. Yoshida, M. Santosh. Geoscience Frontiers voyage of the Indian subcontinent since Pangea breakup and driving force of supercontinent cycles: insights on dynamics from numerical modeling[C]. Geosci. Front. (2017), pp. 1-14.
[7] J.C. Duarte, W.P. Schellart, F.M. Rosas. The future of Earth&#39;s oceans: consequences of subduction initiation in the Atlantic and implications for supercontinent formation[J]. Geol. Mag., 155 (1) (2018), pp. 45-58.
[8] D.C. Bradley. Secular trends in the geologic record and the supercontinent cycle[J]. Earth-Sci. Rev., 108 (1–2) (2011), pp. 16-33.
[9] R.N. Mitchell, T.M. Kilian,D.A.D. Evans. Supercontinent cycles and the calculation of absolute palaeolongitude in deep time[J]. Nature, 482 (7384) (2012), pp. 208-211.
[10] R. Damian Nance, J. Brendan Murphy, M. Santosh. The supercontinent cycle: A retrospective essay[J]. Gondwana Research. 2014, 10.1016:4-29.
[11] D.M. Muller, et al. Long-Term Sea-level fluctuations driven by Ocean Basin dynamics[J]. Science, 319 (5868) (2008), pp. 1357-1362
[12] S.A. Whattam, R.J. Stern. The ‘subduction initiation rule’: a key for linking ophiolites, intra-oceanic forearcs, and subduction initiation[J]. Contrib. Mineral. Petrol., 162 (5) (2011), pp. 1031-1045.
[13] F.O. Marques, et al. Subduction initiates at straight passive margins[J]. Geology, 42 (4) (2014), pp. 331-334. |
|
发表于 2022-12-31 15:47:47