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第四章 青藏大地從古海中升起 (2)
送交者: 一葉扁舟 2006年03月04日00:12:42 於 [史地人物] 發送悄悄話

  古生物學家文世宣是1966年參與珠峰考察的老資格成員。從那一年算起的大半個世紀前,英國人曾在那裡考察過,只見到少量化石,就推論那一地區地層最早在兩億多年前的二疊紀;1964年希夏邦瑪峰考察時,劉東生他們發現了更早的石炭紀,而文世宣這一年的考察,則一舉找到了泥盆紀、志留紀直到奧陶紀差不多五億年前的古生物化石地層!這是青藏高原科考史上具有光彩的一筆,古典的文世宣情不自禁地為此賦詩一首:"山高夢長几億年,機遇一朝露真顏,從此名山續新史,天下書生另眼看"。十年後,他又隨藏北小分隊穿越整個藏北高原,找到了侏羅系化石。而它的北界在哪裡呢?待到在崑崙山口發現了二迭紀生物化石,後來又發現了三迭紀的化石,蜓類(紡綞蟲);海相沉積最晚在三迭紀,那之後的均為陸上沉積了--此前因這一帶岩石變質嚴重,不見化石,難以斷代,這一發現一棰定音地明確了崑崙山的地質年代。

  古海洋的信息以古生物化石的標誌廣泛地遺存在高原面上。中科院南京地質古生物所每年選派專家四處尋訪它們的蹤跡。孫東立從1975年至今已十三次參與青藏考察,足跡差不多遍及整個高原面。辛辛苦苦走到藏北的申扎,在一個夕陽斜照的下午,他偶然在路邊撿到了一塊當地人所稱的"鳥化石",當然是一種貝類,大約三厘米大小,從未見過的模樣。不顧天色向晚,孫東立堅持爬上山,去尋找原生地點。在一處灰岩露頭處,終於找到了這一優勢種群所在。後經鑑定為我國首次發現的隼嘴貝,其生態適應為古海中的熱異環境。即是說,隼嘴貝出現的地方,應該是板塊碰撞帶,碰撞帶地殼薄弱處才有熱流湧出。果然,這裡正是班公湖-怒江縫合帶穿過的地方。這一年是1981年。

  第二年,孫東立又走向藏南。在羊卓雍湖畔的浪卡子,縣上人說我們這兒有"鳥化石"。拿來給孫東立,孫東立一看就笑了,又是隼嘴貝!它出露在名叫工布雪的泥質岩上,正是雅魯藏布縫合帶穿過的地方。

  多年的尋訪首先是為填補空白,建立地層系統。西藏地層發育良好,沉積物類型多樣,古生物類群豐富,僅在七十年代,就發現30多個門類,3800多種。依此將西藏地層首次劃分為四個區、11個小區。青藏高原歷經長期的海盆運動,古生物地層較為完整,如有缺失,一定與劇烈的構造運動有關--例如雅魯藏布江大峽谷地段,由於處在深大斷裂帶,最老與最新地層交錯疊壓,在這一地球科學眾多學科無不滿載而歸的地區,唯獨地質古生物一無所獲。那一年南京地質古生物所委派夏鳳全隨隊前往,白白地被旱螞蟥叮咬了一遭。

  三十多年來的考察研究,為尋找那些古遠的信息,文世宣們走過了自己的青春。在中科院南京古生物所濃蔭掩蔽的院落里,每當文世宣摩挲着那些采自青藏地區的古生物化石--節肢動物三葉蟲、軟體動物鸚鵡螺、腕足動物鉸類以及棘皮動物海百合,遙遠的喜馬拉雅和更為遙遠的古海濤聲便澎湃而來。地層古生物學家們已基本建起了較為完整的青藏高原地層序列,在填補空白的同時,對於古生物群落、遷移、演化、生物區系與板塊運動、青藏高原古地理與古環境等方面的研究都做出了重要貢獻。

  當代著名的科學史學家斯蒂芬.傑.古爾德說:"科學並不是無情地探討客觀信息。科學是一種創造性的人類活動,天才的科學家更像藝術家,而不是信息的擁有者"。

  於是,我們就從地球科學-藝術家們那裡得知了我們老家園地球的遠古往昔圖像:海洋和陸地同時生成,起初那一圖像單調,只有一個泛大洋--環赤道大洋,一兩塊泛大陸罷了,全不似今日世界地圖上七大洲四大洋的支離破碎。大陸漂移說認為,泛大陸大約自九、十億年前開始分裂,位於南極的大陸叫岡瓦納大陸,北半球的為勞亞大陸,南北大陸間特提斯大洋發育;三億年前岡瓦納大陸解體,印度板塊脫離南方大陸主體如筏,朝向東北,漂洋過海而來......

  海洋,地球生命之源,讓我們緬懷它創世業績的同時,注目於全球相通且循環往復不已的水之圖景,海洋一族的生命輪迴:地中海(特提斯之遺蹟)暮色蒼茫,太平洋已現老態,大西洋年輕氣盛,紅海學步蹣跚,未來之海在東非大裂谷那兒正躁動於母腹--大約10億年前大陸基底形成時,最早誕生的海洋是特提斯。

  古海"特提斯"是由西方科學家徐斯於一百年前,以希臘神話中一位女性海神的名字命名的,是指"橫貫歐亞大陸南緣曾經存在過一個巨大的大洋,這個大洋經受擠壓,褶皺的沉積物見於高聳入雲的西藏高原、喜馬拉雅及阿爾卑斯山脈,我們稱這個大洋為特提斯"。

  西方科學家側重研究1.8億年前形成的特提斯古海,在中國科學家看來只是那個大洋的最後階段。一部青藏高原形成時空被潘裕生教授生動地勾勒為三個大洋、四次運動、五條縫合線、六塊地體。那是一個引人入勝的古老故事--

  在漫長地質年代的那個"從前",現在的世界屋脊--青藏高原完全不是這幅群山連綿、白雪皚皚的景象。這個地區曾經由北向南先後生成了、而後又相繼消亡過三個古海大洋。

  最初的海洋被"追認"的名字叫"原特提斯",它的遺蹟位於現在西崑崙-祁連山一帶。這個由陸地分裂而成的第一個海洋,它的生命從距今大約9億年一直存在到大約4億年左右。那時正值地球生命的孕育階段,天地間唯有海水的潮漲潮落,激浪拍岸的轟響,陸地則一片沉寂。

  原特提斯隨時間的行進漸漸消失,曾為海洋所分隔的南北兩塊陸地拼接在一起;而在南方,在現今青藏高原的腹地,新的大洋"古特提斯"開始形成。在3.5億年到2億年前的古特提斯時代,地球上開始了生命的喧響:從魚類到兩棲動物,從孢子植物到後來的裸子植物,所有的島、陸生物在這個多島嶼的古海洋南北間相互遷移交流,欣欣向榮。

  隨着古特提斯古海的衰亡,新特提斯在歐亞大陸的南緣開始誕生了。此時已是距今1.8億前的恐龍時代,那時的印度還在遙遠的南半球南部、到7100萬年前,它的最南端還在南緯40度的地方呢!這塊大陸以每年10厘米的速度迅速北移,近萬公里的行程,到4000萬年前與歐亞大陸相撞的結果,是新特提的徹底消失,只留下雅魯藏布江這條縫合線,連接起曾遠隔重洋的兩塊大陸;而青藏地區也就此成形。至於它在後來幾千萬年間的幾次隆升過程,直到達到現今的高度,則是另外一個故事了。

  三個大洋就是原特提斯、古特提斯、新特提斯的三次海洋生命歷史,涵括了特提斯一生時空。這位豐腴而美麗的海之女神,足有八、九億歲了吧。她在一個名叫"震旦紀"的日子裡最初長成,至少在距今五億年前,她的領地已貫通歐亞--從世界地圖上尋找,這一大洋正好穿過歐亞大陸南部連接起當時並不存在的大西洋和太平洋。海水隨歲月流逝,海之女神踏浪南行,身後留下一片又一片陸地。最後,在1.8億年到4000萬年前,是新特提斯大洋時代的最後輝煌。這位老邁女神就這樣把大地時而拉開成洋,時而縫合造陸,最後,她關閉了海洋之門,回歸她的神話源頭,回歸歐洲安享晚年。隨着她蹣跚的身影遠去,曾隔洋相望的兩片古大陸砰然相撞,喜馬拉雅-阿爾卑斯升起。

  繼續述說中的青藏故事在今天有了新的內容,或者說,講述青藏故事的人有了改變。這支地質學家隊伍,半個世紀以來歷經幾代人:五、六十年代的李璞、尹集祥、常承法那一代之後,是潘裕生、鄧萬明、許榮華、鄭錫瀾,借用中科院地質所的形象說法,眼下這一代人現在正值60歲±一二歲年紀;接下來是一個為時20年的斷層,而今在攀登計劃中漸成勁旅的是一群30歲±5歲的年輕人。

  丁林和他的夥伴們在做博士生時就開始了青藏之旅。這是他們自覺的選擇。從他們報考專業、選擇導師那一刻起,就是獻身青藏的開始。他們說,我們就是奔着青藏,奔着艱苦來的。接力棒傳到了他們手中,一是繼承,二是創新。他們在從前工作薄弱的地區大顯身手,例如在1998年,地質組出野外,21人分為五個小分隊,分赴藏北羌塘腹地、羌塘西北、高喜馬拉雅、雅魯藏布江大峽谷和橫斷山地區,21人中僅有4位60歲左右的,其餘均在30歲上下。這一年有許多振奮人心的發現--

  首先是西部瑪旁雍錯地區發現壯觀的火山岩地貌,經測定為距今85萬年時噴發;而此前國際上認定喜馬拉雅地區因地殼巨厚,兩千萬年來不再有火山活動;而且許多外國學者還依據喜馬拉雅南緣的某些沉積現象,認為青藏高原早在800萬年或1400萬年前就已停止隆升,那之後一直處於夷平時期。中國學者不同意這一說法,85萬年時還有火山噴發,當是這一地區晚近時期劇烈抬升的新證據。

  與這一點相關的是,國外學者把南北向裂谷的形成,也認作是隆升停止的證據;丁林他們則認為是在隆升過程中,印度板塊的強力擠壓所致;羌塘腹地也成為考察重點,那裡有許多新生代火山岩,一層層多次噴發遺蹟保存完好,丁林他們正在凝神判讀大自然以此給出的抬升序列。

  九十年代初,由丁林和他的導師鍾大賚先生率先提出了晚新生代幾千萬年來青藏高原三次抬升、兩次夷平的模式。目前丁林一群所做的工作,則是對哪一次隆升最為關鍵進行研究,是對這一模式的精細描繪。地質學家和地理學家、形成與演化,兩群人、兩課題,相互配合,相互印證,合力攻關,最終必將殊途同歸。

  年輕人有敢於向前輩、向經典挑戰的勇氣。1998年在"羌中隆起"--從雙湖到美瑪錯之間大約6萬平方公里的長方形凸起高地--這一是否為古特提斯縫合線的爭議地區,發現了典型的藍片岩,對他們的導師們所提出的大地構造格局的某些方面提出了挑戰,為古特提斯研究開闢了新的契機。

  年輕人也更具有活力。在海拔5000米以上的藏北高原,每天的奔波猶嫌不足,一回到宿營地就趕兔子,打老鼠,和美國同行一起踢足球......這一群年輕人中還有一位女博士生,28歲的孫宏娟,一位漂亮的女孩子,從事的竟是堅硬的火山岩研究。1998年她隨導師鄧萬明教授第一次登臨青藏高原。從小生長在東北大平原,從小就滿懷着對於大山的渴望,就天真地設想未來在同事們的大帳篷里搭個小帳篷的情形,多麼浪漫。這一回終於實現了。在青藏東北部的囊謙縣境內,海拔4500米高處,他們找到了新生代鉀質火山岩。當地藏族群眾第一次見到搞地質的女性,很親切地叫她"卓瑪孫宏娟"。

......

  如果沒有板塊構造理論的新式武器武裝,青藏高原的身世簡直無從說起,至少像上文所說的那樣,古生物學家們面對青藏高原南北迥異的海生、陸生古生物必定困惑難當,正像人們最早面對極地的珊瑚化石、南極的煤層、南部非洲的古冰川時的手足無措,以至於只好假想地球曾經翻轉過那樣。如今看來答案是如此簡單,只不過是大陸從不同的氣候地區漂移到現在的位置而已。

  大陸古老,海洋年輕;地殼深厚,洋殼淺薄;陸地繁複而雜亂,洋底圖案簡單。六、七十年代的深海鑽探已使人類基本掌握了海洋生成消亡的奧秘,但對於古老陸地山脈的消長變遷卻仍是茫然。舉目世界各地,從非洲到北美到西伯利亞,一大片相對穩定的古陸,大多山脈一次生成,南極洲的岩石古老到40億年,它屬於最初形成的岡瓦納古大陸相對穩定的一塊吧;唯有中國,山脈密集,多期造山,大陸多次拼接,仍在運動不止。國際權威地學家可以說得清美洲的非洲的大陸,拿它來套用中國就不靈--中國,青藏,是一個多元方程;解釋了最複雜的,就是最終的破題。

  同時,現有的板塊說、漂移說並非無往而不勝,它是果不是因,所以應運而生的大陸地球動力學成為新的命題。換言之,究竟是一股來自何處的力量,使得大海滄桑,陸地升起,而每一次的造山運動,都導致了冰期來臨,導致生物滅絕和新生--探索這一大自然的深刻奧秘,是地質科學的根本命題,也是地球科學當下熱點問題之一。

  鑑於喜馬拉雅-青藏高原最晚近脫海成陸的代表性,仍在強烈上升的特殊性,以裸露的深部物質足可以現身說法的典型性,無可替代地成為了地球科學的巨大的天然實驗室,所以西方科學家就有了這樣的話:打開地球動力學的金鑰匙在青藏高原。

  由此,中國地質學家們在理論和實踐中歷經了兩個階段:在描述階段,應用國際地學革命的成果解釋由大陸碰撞、地塊拼接形成青藏高原的過程;在深入研究其隆起機制的當下階段,則面臨着與國際共同的難題。或者說,這兩個例題是同步進行的。而探知地球深處三維空間,了解岩石圈碰撞過程及其何以如此的動力機制,在九十年代以來則被強化在青藏項目的第一課題:"青藏高原深部狀態、形成與隆升的動力學機制"。這一工作似乎主要由地球物理學家和地球化學家共同承擔。

  宏觀地質學分為地球物理、地球化學和地質學三部分。地質學以地球淺部、較為直觀的大地岩石為研究對象;地球物理則是向地球內部的探察;地球化學,更多的是有關物質演化和時間年齡的學問。課題是共同的,研究手段有所不同。

  因此,地球物理學家不像地質學家那樣溫和地叩問大地,而是大聲斷喝,以"武力"的方式向地下宣戰--人工地震。

  從1975年起的青藏科考過程中,增加了地球物理專業隊伍。那一年從藏北納木錯向南直到喜馬拉雅南麓的亞東長達400公里地段湖中水下爆炸,是我國有史以來第一條人工地震剖面,運用的是國際五六十年代最新地球物理探測方法和工程技術。此後直到九十年代的當下,差不多在每一年,青藏高原的這兒那兒,都發生着自然地震之外的大地震動。這是朝向地球深部信息的探尋,對於最終解釋板塊運動、碰撞機制、隆升原因乃至地球動力學具有實質性意義。由於條件的限制,從前國外專家在這一地下領域無法進行,所以中國科學家的青藏地球物理成果一度在國際領先。自八十年代開始,外國科學家紛紛參與合作,向青藏深處進軍。

  真正是進軍,是以武力進行的一場場戰役。每有地球物理出動,不僅總是興師動眾,動輒數十上百人,大小車輛滿載儀器設備和炸藥雷管,且因爆破專業所需,他們總要聘請西藏軍區舟橋部隊進行操作,聘請通訊部隊負責電台聯絡;由近及遠依次布點觀測,專家們嚴陣以待......

  七十年代的野外工作,由地球物理學家滕吉文、熊紹柏、尹周勛等提出了雅魯藏布江南北兩側地區地殼的初步模型,指出雅魯藏布江為一深大斷裂帶,並將高原地殼與上地幔劃分為北深南淺兩大部分;測得雅江地區地殼巨厚,以南最厚達75公里,以北至當雄最厚為73公里--是平均為35公里厚度的地球大陸地殼的兩倍還多。在對於高原巨厚地殼形成原因的討論中,本世紀二十年代曾有外國科學家推測提出過"雙層地殼說",即為印度板塊與歐亞板塊相疊加原理,而熊紹柏等人則依據爆炸地震、重力和大地電磁測深所得各項數據,提出此為印度地殼"楔入"藏南下地殼,這一提法已得到公認;滕吉文提出從印度的恆河平原到雅魯藏布江地區之間300公里為碰撞擠壓過渡帶,至當雄,為其北界:印度板塊的物質俯衝到此為止。依據地球物理給出的資料,地質學家們比較一致地認為:青藏高原主體部分地殼厚度與馱負其上的物質已達均衡,這均衡猶如水中橫木,浮出部分高下沉部分就深,亦即山有多高根有多深;但青藏邊緣的喜馬拉雅、橫斷山、崑崙山及周邊帕米爾等南北受擠壓地區就來不及均衡,山勢高而地殼薄。

  八十年代初中法合作在藏南藏北地質關鍵地區進行的一系列爆炸地震試驗,是進一步的量化深入。這一次瞄準的是"莫霍界面"在地殼之下的起伏,求出一個深度剖面。所謂莫霍界面,以發現者南斯拉夫學者莫霍洛維奇的名字命名,特指地殼之下、地幔之上,一個總厚度為數千米的過渡帶。以當前國際最先進的技術裝備,都還無法直觀地看到它。早在五十年代初,曾有一批雄心勃勃的美國科學家提出海底鑽探構想,想要在地殼最薄弱的海底穿透莫霍界面直達地幔,這個計劃可惜中途夭折了。1981-1982年的中法合作所進行的爆炸地震探測,在南北間珠峰-那曲、東西間薩馬達、浪卡子-色林錯、佩枯錯,穿越至少四條深大斷裂帶,清晰地觀測到來自莫霍界面的反射波和來自下地殼的強反射波組,顯現出地下幾十公里處圖像輪廓,證明珠峰下方地殼厚度為53-55公里;在珠峰以北僅45公里遠的地方,地殼厚度突然加大到約70公里;由於地質構造帶作近於東西方向的展布,地殼厚度在橫向上缺乏變化,而在南北方向則變化劇烈;藏北地區下地殼結構複雜,不僅存在幾條深達上地幔的斷裂,並在下地殼中可能有將近20公里厚的殼-幔物質混合帶,而莫霍界面的深度仍在70公里以下。

  1993-1994年,熊紹柏和剛滿三十歲的地球物理學家劉宏兵西進阿里,在僅有幾株喬木的改則縣城,遠隔300公里接收到來自藏北無人區"三個湖"的人工地震信號。這些信號提示了青藏高原西北部的地球深部結構與構造:班公湖-怒江縫合帶為一向北陡傾的岩石圈深斷裂,其南側為一莫霍界面深槽,並有地幔熱物質向殼內運移;岡底斯塊體向北俯衝下插,羌塘塊體向南被動仰沖,整條縫合線的莫霍界面南北錯斷為10公里的台階。多年間來自青藏高原地下的信息,均表明了地殼結構十分複雜,岩石圈具多層圈的結構特徵。

  爆破地震提示地下結構,大地電磁進行深度測量,古地磁對於岩石古代磁性的測度,則可恢復岩石形成時的位置和緯度。地球物理與地質構造的資料相互印證,從不同側面解釋了青藏高原的形成。古地磁測試證實了印度洋板塊自7100萬年來,每年以5-6厘米的速度向北漂移了近5000公里;拉薩地體向北推移了差不多14個緯度。地質學家們根據地質歷史分析,岡瓦納古陸解體後,印度次大陸並不是整體向北漂移的,而是分裂成一些小塊,如羌塘、拉薩、喜馬拉雅等依次先後拼貼到歐亞大陸上的。雅魯藏布江碰撞是這一系列事件的最後,也是最重要的一次。這些現象的解釋,都是古地磁測定所提供的。

  大地構造主要做定性工作,地球化學則給出量化數據。地球化學家許榮華,是繼開創中國同位素地質的李璞之後,屬於第二代的中國同位素地質專家。六十年代的珠峰野外考察他沒能趕上,只趕上了做珠峰岩石標本的室內工作。文世宣、尹集祥所採集的古生物化石,就是被他證實為奧陶紀的--"珠峰年齡接近5億年!"許榮華如是宣布。這項工作既使他興奮,也使他渴望親手去採集。1974年,他終於走進了青藏隊行列。20多年間,他從青藏高原採集背回的石頭,足可以造一座石頭宮殿了。所以他對西藏各地的岩石履歷瞭如指掌,說起來如數家珍。比如說,高原邊緣地區的岩石年齡可達十幾二十億年,但高原內部最老的岩石在藏北的安多和念青唐古拉一帶,只有五億多年歷史,已變質,所以不見寒武紀生物化石;比如說,拉薩周圍的花岡岩,是在大洋消失時,印度板塊向拉薩地殼下俯衝,造成岩石重新熔化時被擠出地面的,只有4000萬到5000萬的年齡;再比如說,拉薩以南的花崗岩是地殼成份,最為年輕,只有一兩千萬年歷史,那是沉積岩重熔導致的,以北岡底斯岩帶則主要為地幔成份,4000萬年--所以說,4000萬年是一個形成的重要時期,而1500-1800萬年則是抬升的重要時期。--地球化學家就從石頭裡讀它的成份和年紀,並娓娓道來。

  多年的地下探測發現鼓舞人心,基本輪廓漸漸呈現,許多現象得到解釋,那麼是否就此給出了確切的結論和合理的解釋?不是的。認識的深化遠不等同於問題的解決,有時恰恰相反:原本的提問沒有答案,新的問題又已產生;原本的許多設想推論還不及被證實就已被推翻,我們的知識面越擴大接觸的未知就越多。複雜化在於青藏高原地下深部結構比以往所能想象的都複雜得多。

  關於高原隆升機制也即地球動力學問題,差不多一個世紀以來,國內外有關專家們提出了不下七八個模式假說,例如雙地殼模式、多地體分階段相繼拼合模式、滑動線場理論、薄粘滯體模式、注入模式、擠壓模式、旋轉模式等等。這些假說各有其理,也各有缺陷,迄無令人滿意的解釋。中外聯合攻關,特別是九十年代以來的"攀登"計劃青藏項目中,加強了對這一課題的研究。與國外同行不同,中國科學家更重視地下熱融的作用問題。目前野外地下探測與室內模擬研究齊頭並進,試圖以多學科共同論證。一旦這一問題得到解決,將使地球科學產生重大突破--往往某一學科的進展,都會帶動相鄰學科相應發展,因為自然界是一個整體。更何況地球動力學是地學中帶有根本性的問題。

  中國古人云:路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索。

  複雜和困難,是挑戰也是誘惑,不管怎樣,向地下探求未知的努力還在進行中,對於地球動力學的研究還在進行中,至於何時、由誰手持那把打開地球奧秘的金鑰匙,將地球內部圖像及青藏高原隆起機制乃至地球內部運動的奧秘最終揭示,尚屬未知。首席科學家孫鴻烈院士說,那人也許並非地質學家,也許是物理學家吧。

  曾與中國科學家並肩工作過的巴基斯坦大地構造學家塔克赫里則意味深長地說:在地質科學上沒有最後的一句話。

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