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雪域神山是何时形成的? | 少年科学粉

文章作者:    时间:2019-10-16 15:37

 

原标题:雪域神山是何时形成的? | 少年科学粉

探秘雪域神山

中国最极致的地方,是西藏

而西藏最极致的美,在阿里

阿里地区,位于西藏自治区最西部(图1),是世界上人口密度最小的地区之一。在这片广袤而纯净的土地上,蕴藏着太多极致的壮丽和秀美。雄伟的喜马拉雅山脉、冈底斯山脉、喀喇昆仑山脉在这里汇聚,数百座山峰在这里巍然屹立。

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图1 冈仁波齐和纳木那尼峰区域位置 (底图据谷歌地球)

而冈底斯山脉的冈仁波齐峰和喜马拉雅山脉的纳木那尼峰(图2),则是群峰中最神圣、最壮丽的两座。

图2 冈仁波齐峰和纳木那尼峰三维地形视图(地形图源自谷歌地球)

冈仁波齐峰是冈底斯山的第二高峰,海拔6656米,呈标准的金字塔状(图3),被西藏佛教、印度教和原始苯教看做世界的中心,是朝圣者的神往之地。

图3 冈仁波齐峰(摄影:江尚松)

纳木那尼峰海拔7782米(图4),在喜马拉雅山脉众多的7000米以上山峰中并不突出,然而却被藏民称之为“圣母之山”或“神女峰”,与冈仁波齐峰遥相呼应。

图4 纳木那尼峰(摄影:江尚松)

关于它们的形成有着一个美丽的爱情传说。

相传,冈底斯和喜马拉雅曾是两个很有名望的家族,冈仁波齐和纳木那尼分别是这两个家族中最出众的儿子和女儿。他们从小青梅竹马,成年后便结为夫妻,一直幸福快乐地生活着。

一天晚上,纳木那尼去寻找一只丢失的羊而来到湖边,不料发现冈仁波齐正和一位女子玛旁雍相拥相抱。她怎么也不相信眼前的事实,心如刀割。伤心之下,她准备离开冈仁波齐,回到喜马拉雅家中。可是到了黎明她却没能走出巴嘎大草原,被黎明神收去了灵魂,还原为一座白雪覆盖的山峰,即“纳木那尼峰”。冈仁波齐心中悔恨万分,跪下来祈求黎明神将自己也变成了山峰。冈仁波齐峰与纳木那尼峰隔着巴嘎尔大草原遥遥相望,玛旁雍也受到了惩罚,化成了今天的圣湖——玛旁雍错。

数亿年来,它们矗立在阿里广袤的土地上。不仅吸引了探险家和游客的到来,它们的成因也一直是地质学家们关心的焦点。

它们是何时形成的,是否真的曾经在一起?

冈仁波齐峰为何呈现金字塔的形状?

而纳木那尼峰为何西侧平缓、东侧陡立?

首先,地质学家们如何判断山峰形成的年龄呢?数十年来的造山带研究表明,造山作用过程会伴随岩石的构造抬升,从而在地貌上形成巨大的条状地形隆起——山脉。生命会伴随生长、成熟与衰老的过程,山脉也同样如此。

测定山脉的年龄有赖于一种特殊的年代学方法——低温热年代学。岩石中的许多矿物自从形成后会发生放射性元素的衰变,不同的衰变体系可以记录这些矿物处于不同温度区间时的时间,低温热年代学就是研究这一时间的方法。

而地球的温度从地表向地壳深处是逐渐增加的,一般在造山带地区,每向下一千米,地球内部的温度就会升高大约30摄氏度。因此就可以通过计算矿物处于某一温度的时间,来推测出此时岩石处于的深度。

图5 地球深部岩石温度示意图(作者自制图)

我们常用的矿物包括云母、锆石、磷灰石等,而使用的低温热年代学测试方法包括裂变径迹法和(U-Th)/He法等。利用锆石和磷灰石进行裂变径迹的研究,我们分别可以知道矿物处于地下大约240℃和120℃位置时的年龄(图5),而锆石和磷灰石(U-Th)/He测试则可以告诉我们岩石处于大约185℃和60℃时的年龄。

在得到岩石的年龄和所对应的温度后,我们可以通过计算机模拟的方法,推测出岩石几千万年来完整的温度-时间曲线,从而得到某一山脉在近地表形成的时间。

图6 冈仁波齐峰脚下距今2300万年的植物叶片化石 (据Ai et al. 2019)

利用这种方法,国内外的地质学家们对冈仁波齐峰和纳木那尼峰开展了相关的研究。研究结果表明,冈仁波齐峰所处的地区在大约2100万年前还处在很低的海拔,有很多杨树等植物的生长(图6),其海拔类似于现在的西宁、兰州一带,大约在2000米左右。

造山作用导致大量的砂砾被剥蚀后在这里沉积下来,我们现在所看到的这一段冈底斯山曾经一度被埋藏在地下4到7千米深的地方。由于印度板块的作用,这些被埋藏的岩石在1700万年之前突然被抬升到地表附近,海拔也迅速增长到4500米以上。伴随着后期漫长的地表侵蚀,逐渐形成了我们现在所看到的冈仁波齐峰。因此,从地质学角度上来看,冈仁波齐峰就诞生于1700万年之前。

对于其南部的纳木那尼峰,如果真如传说中说的它们曾是夫妻的话,那么它们也应该是一对“老夫少妻”,因为纳木那尼峰要比冈仁波齐峰年轻近1000万年。

地质学家研究发现,纳木那尼峰西侧的缓坡,其实是一个正断层。断层是岩层沿着某一个破裂面发生相对的滑动或者错动所形成的构造,大家所熟悉的地震的发生大都和断层活动息息相关。根据破裂面两侧岩石运动方向的不同,断层可以分为正断层、逆断层和平移断层(图7)。

图7 断层的分类(据美国地质调查局)

正断层可以看做是斜坡上的物质受到重力的作用沿着斜坡向下运动。纳木那尼峰的西坡就是一个正断层的断层面,这个面下部的岩石(也就是我们现在所看到的山峰)相对向上运动,断层面西部的岩石(也就是现在海拔相对较低的普兰盆地)向下运动(图8)。

图8 纳木那尼峰的形成(改自Murphy et al., 2002)

中学物理课上我们都学习过摩擦生热的原理,造山带内两块巨大的岩石发生大规模的摩擦运动也会产生巨大的热量,在断层活动时断层面的温度可以达到上百摄氏度,因此就可以用低温热年代学的方法来测量断层活动的时间。

地质学家们利用这种方法,计算出这条断层的活动始于800万年之前,一直持续到距今260万年,每年的滑动速率大约有1-5毫米。因此,在地质学上,纳木那尼峰应该已经诞生了800万年,比冈仁波齐峰年轻了大约900万年。在其形成之后,高耸的海拔引发了强烈的冰川作用,我们现在所看到其东坡的陡崖,就是冰川作用侵蚀的结果。现在天气良好的情况下,站在冈仁波齐峰脚下,用肉眼便可看到纳木那尼峰东坡山谷里巨大的冰川。

此外,从地质学角度来看,喜马拉雅山脉属于印度板块,而冈底斯山属于欧亚板块,他们从未在一起过,但是由于印度板块不断地向北俯冲,现在冈仁波齐峰和纳木那尼峰却是在逐渐靠近。

虽然科学现实与美丽的爱情传说大相径庭,但也许守望与陪伴就是最长情的告白吧。

图文:申添毅,中国地质大学(武汉)地球科学学院,讲师,构造地质学博士

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