小科普：随我看地球 从汤加火山简谈地球的历史 今年1月14日的汤加爆发的火山可谓千年一遇，由其引发的海啸影响了半个地球，火山灰柱的高度更达40公里，排出的各种气体体量庞大，给人类的财产，生命，全球气候带了巨大的灾难和深刻影响(图1)。
汤加火山鸟瞰图 汤加火山如此强烈的原因完全和它的地理位置和复杂的地质构造有关. 由图2所示， 汤加的东部是海沟，为大洋板块俯冲带(Subduction), 而西边为张裂的弧后盆地Back-Arc Basin， 地质构造上相当不稳定，极易引起地震和火山。
汤加地质图 早在上世纪六十年代，美国科学家梅纳德(Menard)在其“太平洋地质”一书就重点介绍过汤加和斐济在地质构造上的重要性。在海洋大学时我在青岛中山路新华书店买过此书原版，一起买的还有一本是谢伯达(Shepard)写的英文原版“海洋地质Marine Geology”； 谢伯达的教课书将近用了20年，直到1982年、 美国加州大学教授James Kennett 才出版了全新的“Marine Geology”， 此书一直沿用至今。 上世纪五十～七十年代，美国大学里的海洋学，海洋地质学教授多为二战后退役的海军军官。汤加和冲绳，日本， 菲律宾，索罗门等类似，地质比较复杂，东部为大洋板块俯冲带(Subduction), 西边有弧后盆地Back-Arc Basin，而且是张裂谷(Rifting Valley)，容易形成地震火山。日本海南部Rifting Valley 正在形成, 或在过渡状态中。太平洋四周边缘都是俯冲带，属活动边缘(Active Continental Margins, 或叫Convergent Boundary), 火山地震多，所以叫火圈(Ring of Fire)。 最近，新西兰，印尼，地中海周围，阿拉斯加，中美洲，比勒比海，智利，阿根廷地震很频繁，中国也有点活跃起来了。温哥华外海前几天发生了二次4级以上地震。 地球上二级以上的地震每分钟1-5次 (除洋中脊外), 大西洋洋中脊是张裂带，这里分分秒秒有火山地震，伴有很多的水下火山烟囱，烟囱四周有很多生物， 包括青口，螃蟹。万物生长靠太阳是错的，只要有合适的能量和营养的地方都会有生物，无需太阳光线。 阳光在海水中的穿透力是200米深度， 200米以上是有光带(Photic Zone), 以下是无光带(Aphotic Zone)。无光带以下浮游生物和底栖生物是相当丰富和多样性的。 还有一种地质构造区, 叫热点(hotspot)，也很容易产生火山地震, 如夏威夷岛链, 冰岛，黄石公园，加拉巴哥，留尼旺等地都是典型的热点。再过五万～十万年，随着地幔柱(Mantel Plume)南移，夏威夷以南还会出现新的岛屿，会一直延伸到南太平洋。热点南移后，夏威夷以后再也不会有火山。夏威夷岛链上最早的热点岛是在阿留申附近，后来慢慢的南移到了现在的夏威夷。当然板块挤压带也是地震常发区。 就区域性而言，地震是可以预测的，但具体的地点，时间和强度却是不太容易预测的，这需要地震工作人员用地震仪器实时监测和综合方法监测。在没有仪器的情况下，我们能做的只是推断地内应力聚集和发散的可能位置。二年前我只是根据历年的地震资料，强度，殴亚，印度和太平洋三大板块的运动规律，加之40%的估测，认为以后的地震会发生在汶川的西北方向的祁连山，昆仑山，并沿昆仑山褶皱带一直到西部新疆；第二条地震带是从汶川东北一直延伸到北京燕山的碰撞挤压带。 汶川东北方向吕梁山于二年前就有过了一次3.4级地震，目前祁连山和新疆也出现了若干5级以上的地震。 目前中国大地发现有旋转的迹象，旋转的结果会造成华北和华南的构造裂隙张伸，从而可能还会在华东，华中，华北地区引起地震。虽然扬子地台，华北现系稳定而古老的克拉通(Cratons)，但通过古地磁和古生物学研究发现，它们几十亿年来一直都在漂移不定，漂移幅度很大，而且受5亿来的五大地质运动影响极大，如加里东运动、华力西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动，尤其是印支，燕山，喜马拉雅运动最为剧烈。由于他们的运动，和太平洋板块的西冲，彻底消灭了夹于华南，华北克拉通和欧亚，印度板块之间的特提斯海(Tethys)，并在二个克拉通四周产生若干大型裂隙，如江西到山东的郯城-庐江大断裂，川鄂交界带，华南华东火山链，从福建武夷山，浙江的括苍山，苏皖大别山，江苏无锡火山，大别山四周都被大断裂所包围。以上主要都是燕山运动和喜马拉雅运动时候的产物。我想说的是这些大断裂当发生旋转拉伸时，更容易发生地内能量释放，产生火山地震。川鄂，云贵，西藏都是强烈的板块碰撞带，现在和将来仍是地震常发区，腾冲还有可能爆发火山。 其实，从地球历史来看，我们的地球目前还是处于比较慈仁的状态。最慈仁的时候是各板块相互抱团取暖的时候，最恶劣的时候是各自分家的时候，因为分家的时候地壳会产生大量的张裂谷和俯冲带，然后释放出巨大的能量（换言之，由于地球内部聚集了大量的能量，地壳才会产生分裂漂移)。 现在地壳算是相对稳定的时候。 可能大多数不从事地质工作的人并不一定知道地球曾有6000万年时间基本被冰雪完全覆盖，于6亿5千万前的新太古代（精确一点6.35-7.2亿前的Neoproterozoic) ，也正是由于Tonian期的Rodinia超大陆（图3. 10-7.2亿年前）开始分家，结束了抱团取暖，引发全球大规模的火山喷发，火山灰遮挡太阳光无法进入地表，导致全球结冰达数千万年之久，地球从此进入“成冰纪Cryogenian” , 包括赤道也被冰雪覆盖， 仅有少量光线进入地面维持少量生物生存和生长。这是46亿年来地球历史上由火山引起的最寒冷的时期(图4)。
9亿年前的Rodinia超大陆
成冰纪时被冰雪覆盖的地球 此后，于6.35-5.41亿年，地球迎来了第一次生命大爆炸，典型的例子是发生在加拿大纽芬兰省的Avalon半岛， 所以也叫Avalon大爆炸。 我的导师加拿大贝德福海洋研究所的Felix Gradstein 2020出了二本书，叫Geological Time Scale 2020， 里面有提到。这次大爆炸产生的主要生物有Dickinsonia costata水母(图5), 棘皮动物Echinoderms 海参，环节类Annelids, 节肢动物Arthropods, 疑源类Acritarch, 腔肠动物Coelenterate，Paleolina 古线虫，Charina 虫，Anemone海葵，Sea algae海藻等等。也叫埃迪卡拉生物群Edicaran Biota，有250种之多。这个时期也叫“Edicara期”。这次生物大爆炸为其后的古生代生物大爆炸奠定了基础。古生代寒武纪（5.3亿左右），在加拿大BC省的伯格斯(Burgess)，云南澄江和湖北清江再次爆发生物大爆炸，连脊索动物(Chordata)都有了(图6, 7)。这给达尔文的演化论带来了巨大的冲击。现在我们知道生物除了演化外，新物种是可以“突然”产生的。
埃迪卡拉Dickinsonia costata水母
云南澄江脊索动物海口鱼Haikouichthys
云南澄江脊索动物昆明鱼Myllokunmingia 在二叠纪/三叠纪界线上的生物大绝灭，或叫第三次大绝灭一般认为就是发生西伯利亚的特大火山导致的。由此可以看出，大型火山对地球的气候和生命是有相当威胁的。 有人预测2亿年后所有地球板块会重新组合形成一个新的泛大陆，取名为新泛大陆(Neopangea), 或叫泛大陆II (Pangea II). 泛大陆I (Pangea I) 就是指石碳纪(约3.3亿年-侏罗纪（2亿年前)。2亿年前，泛大陆 I 再次分裂，形成了太平洋，印度洋，大西洋，南极洋，形成了今天的海陆分布格局。这次分裂，如前所述，地球上也产生了大量的火山和地震，比如中国东部的火山型山脉就是形成于这个时期，江苏的无锡火山也是。如今全球各大主要山脉都始于这个时期。 另外插一句， 宇宙也是抱团取暖的，其实无机界，有机界，社会都是这样，分裂难免会带来灾难。 注： 所有图片来自网络。 作者简介： 章纪君博士，1982年12月赴美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特地质研究所(Lamont-Doherty Geological Observatory)研究海洋浮游有孔虫；1984年赴美国田纳西州Vanderbilt 大学学习海洋钙质超微浮游生物; 自1987年至2013年在美国自然历史博物馆微体古生物出版社和拉蒙特地质研究所从事特殊出版物编辑，海洋古生物及生物地层学和天外物质的研究。1991年进入加拿大哈里法克斯的达尔豪斯(Dalhousie)大学深造，1996年取得博士学位。在学期间获奖情况：1996-1999年：美国弗罗里达大学美国国家科学基金会 (NSF) 的博士后资助。1993-1996年连续四年获达尔豪斯大学研究生 Izaak Walton Killam 纪念奖学金。1994年获美国地质学会 (GSA) 学生研究奖。1993年获美国全球一年一度一人的Cushman 基金会学生奖。1991-1993年连续二次获达尔豪斯大学研究生奖学金。1991-1996仼达尔豪斯大学助教。 1997年在法国Anger大学地质系做访问教授。2000年后在利比亚－美国合营公司－”绿州石油公司”任实验室主任，从事古生物，地层和古盆地重建工作， 同时担任石油公司的地质，古生物学的教育培训工作。 出版物二部书，中文版一部由”海洋出版社”出版, 合著1988, 438pp; 另一部英文版由Springer-Verlag 出版社出版, 合著, 1985, 370pp. 1985-1986期间曾参与中国的“辞海”汇编。 在”海洋出版社”1988年专著一书中，命名了16个第四纪底栖有孔虫新物种. 另外在美国 ”Micropaleontology”1995年一文中，命名了一个渐新世(Oligocene)的浮游有孔虫一个新属(Protentelloides) 和二个新种(Protentelloides primitiva 和Protentelloides dalhousiei). 出版文章20余篇，发表于各种科学杂志上, 如Palaios,Deep Sea Research, Marine Micropaleontology, Micropaleontology, Paleoceanography, Geology, Oceanography Acta Sinica等.为绿洲石油公司撰写内部专业报告20余篇. |
