气势磅礴的金沙江，也曾身处女神特提斯的怀抱

文章来源于公众号“科学大院” 作者： 关冲

在希腊神话中，有一位名为特提斯（Tethys）的女神，她和丈夫奥克阿诺斯（Oceanus）共同作为海洋的神灵，执掌着大洋的事业。当宙斯成为新一代神王，特提斯和奥克阿诺斯选择回到大洋深处，过着隐居生活。岁月不居，特提斯虽然魅力依旧，但到底是个“出世人物”，显得形象朦胧，神秘莫测。

希腊神话女神特提斯（图片来源：annewipg.deriantant.com）

有鉴于此，奥地利地质学家爱德华·休斯（Eduard Suess）在《大洋的深度是永恒的吗？》一文中，将位于劳亚大陆与冈瓦纳大陆之间的古海洋命名为特提斯海（Tethys Sea）。后来提出的板块构造论将其更名为特提斯洋（Tethys Ocean），位于东羌塘地块与北方劳亚大陆之间的大洋也被称为古特提斯金沙江洋。由于其地理分布的特殊性，探寻这一大洋的演化历史对于了解青藏高原的形成、丰富板块构造理论而言，具有重要意义。

拼起来的青藏高原

位于西南边陲的青藏高原是我国最大、世界上海拔最高的高原，有着“世界屋脊”，“地球第三极”之称。当前我们直观看到的青藏高原实际上是由众多小的板块组合而成。这些块体从北到南依次包括了柴达木、松潘-甘孜、羌塘（东羌塘、西羌塘）、拉萨和特提斯喜马拉雅地块等，而分割这些块体的“缝合带”【包括阿尼玛卿-昆仑山-慕士塔格缝合带（AKMS）、金沙缝合带（JSSZ）、龙木错-双湖缝合带（LSSZ）、班公湖-怒江缝合带（BG-NJSZ）和印度-雅鲁藏布缝合带（IYZSZ）】则是不同地质历史时期东特提斯洋的残留。

事实上，青藏高原的形成过程更像现实生活中的拼图一样。要想了解这一过程，则需要了解特提斯洋的所在。2.5亿年前，地球上存在一个超级大陆，名为盘古大陆，这个巨无霸大陆由北方的劳亚大陆和南方的冈瓦纳大陆组成。在两个大陆之间，有一个呈“喇叭口”状的大洋，这就是古特提斯洋。其中如珍珠般洒落着一些小的地块，如东羌塘、伊朗和土耳其等，我们也将位于东羌塘地块与北方劳亚大陆之间的大洋称为古特提斯金沙江洋或金沙江洋。

随着东羌塘地块由南向北移动，金沙江洋逐渐消亡。在这之后，随着南羌塘地块逐渐北向漂移拼贴南北羌塘之间的龙木错-双湖洋也逐渐萎缩消亡，而南羌塘地块与南半球冈瓦纳大陆之间的中特提斯洋逐渐扩张到最大。最终，随着印度地块在早新生代与北部的欧亚大陆发生碰撞，东特提斯洋的演化也最终落下帷幕。沧海桑田，金沙江洋不复存在，青藏高原则耸立在祖国的西南端。

青藏高原地区构造格架（图片修改自Guan et al., 2021）

金沙江洋的位置分布（图片修改自Gehrels et al., 2011）

写史技法——威尔逊旋回

书写史书时有春秋笔法，为大洋写史同样也有技法的讲究。要想恢复大洋的历史，板块构造学说中的“威尔逊旋回”必不可少。

威尔逊旋回示意图（图片来源：网络）

威尔逊旋回主要分为六个阶段，分别是萌芽阶段、初始阶段、成熟阶段、衰退阶段、残余阶段与消亡阶段。在萌芽阶段，陆壳基础上因拉张开裂形成大陆裂谷，但尚未形成海洋环境（如现代的东非裂谷）；初始阶段，陆壳继续开裂，开始出现狭窄的海湾，局部已经出现洋壳。（如现代的红海、亚丁湾）；在威尔逊旋回较为成熟时，大洋中脊向两侧不断增生，海洋边缘又未出现俯冲、消减现象，大洋得以迅速扩张（如大西洋）。

盛极必衰，大洋中脊虽然继续扩张增生，但大洋边缘一侧或两侧出现强烈的俯冲、消减作用海洋总面积渐趋减小（如太平洋）；在这之后，随着洋壳海域的缩小，终于导致两侧陆壳地块相互逼近，其间仅存残留小型洋壳盆地，此为残余阶段（如地中海）；最后，海洋消失，大陆相碰，使大陆边缘原有的沉积物强烈变形隆起成山（如喜马拉雅山的形成）。

古特提斯金沙江洋也遵循上述威尔逊旋回的规律，随着东羌塘地块从南部的冈瓦纳大陆裂离，其逐渐北漂的过程中与北部劳亚大陆之间的金沙江洋逐渐缩小。最后伴随着东羌塘地块与北部地块碰撞拼贴，金沙江洋彻底消亡。因此，只要恢复出东羌塘地块的随时间变化的古位置，就可以定量地获得古特提金沙江洋的演化消亡过程，更为准确地还原这段历史。

写史依据——地球磁场

要想定量得到东羌塘地块的漂移演化过程，还需利用好地球的磁场。众所周知，地球存在着稳定的磁场，不仅屏蔽了来自宇宙的有害射线，保护了陆地上的生物，堪称生命的“保护伞”。同时，磁场也和我们的生活息息相关，例如人们导航用的GPS系统，为我们提供视觉享受的极光等。

在思考这一问题前，不妨将地球想象成一个大的条形磁铁（偶极子磁场），条形磁铁的S极位于地球的北极，而磁铁的N极位于地球的南极。根据磁感线“出北入南”的原则，我们很容易获得地球磁场的方向。同一纬度的地磁场方向是一致的，但不同纬度的则不一样。这样就建立起地球磁场与纬度一一对应的关系。

对于现今的地球磁场，科学家可以通过先进的仪器进行同步监测，而史前的地球磁场则需要借助测量地质历史时期的岩石（包括火山岩和沉积岩）记录的古地磁来获得。之所以可以利用火山岩来进行研究，是因为火山喷发的熔岩流中含有许多磁性矿物颗粒，它们就像无数的指南针，自由地指向当时的地磁场。随着熔岩流冷却降温，这些小磁针得以固定在原地，记录下瞬时磁场。之后虽然地磁场有变动，但是小磁针所记录的地磁场方向并不会发生改变。

利用沉积岩进行研究的原理大体相同。沉积岩能获得磁性，是因为其沉积物中含有携带磁性的碎屑颗粒，这些小颗粒在沉降堆积过程中按照当时地球磁场的方向定向排列，并在成岩过程中固化下来。我们也将火山岩和沉积岩中记录下的，保留至今的地球磁场信息称为古地磁。通过对不同板块不同时代的岩石进行古地磁研究，科学家能获得其当时地球磁场的方向（如磁倾角和磁偏角），通过计算就可以得到这个板块在该时期内的古纬度。最后，将每个时代的纬度连成一条线，就可以得到这个地块南北向运动漂移的轨迹。

地球磁场方向（图片来源：网络）

从大洋到大江

为了解古特提斯金沙江洋的演化历史及闭合时间，中科院青藏高原所新生代环境团队颜茂都研究员等对东羌塘昌都地区杂多县一组火山岩地层（尕笛考组）进行了详细的古地磁学和火山岩锆石U-Pb年代学研究，以探讨该地区的古地理演化历史。

在大多数人眼中，锆石是宝石的一种，为十二月生辰石，象征胜利，好运。然而在地质科学家眼中，它却是地球上极其常见的火山岩、沉积岩和变质岩的副矿物，同时也是进行岩石年龄测定的绝好材料。目前较为常用的是锆石U-Pb同位素年代学测试方法，主要依据“单位时间内衰变的原子数与现存放射性母体的原子数成正比”这一规律进行测量。

U-Pb锆石年代学结果显示，先期依据古生物认为是石炭纪或者二叠纪的火山岩实际年代约为2.54-2.48亿年，在晚二叠-早三叠纪界限附近。可靠的古地磁结果表明，昌都在该时间段位于北纬约10度左右。将东羌塘和塔里木地块少量的二叠-三叠纪高质量古纬度数据放在一起，发现东羌塘地块从约2.97亿年以较低的速度（每年约5.0厘米）开始向北漂移，在约2.59亿年到2.51亿年则是以每年约20.6厘米的速度高速运移，在约2.51-2.40亿年之间降为每年约13.5厘米。

东羌塘地块3.2亿年-2.0亿年漂移历史（图片修改自Guan et al., 2021）

在3亿年前到2亿年前羌塘以北塔里木地块的位置基本稳定在北纬33度左右。由于目前还没有2.40-2.09亿年前这时段内东羌塘地块精确的古纬度数据，因此假设东羌塘地块仍旧以约13.5厘米/每年的速度北向漂移，估计约其在2.32亿年抵达北纬33度并与塔里木地块发生碰撞。通过收集比对其他一些地质证据，此时两个地块之间的古特提斯金沙江洋闭合，这个2.32亿年前就是闭合的最早时间。另外，研究人员还利用最佳拟合的方法获得了金沙江洋闭合的最小年龄为2.2亿年前。

东羌塘地块2.59亿年以来的古地理重建（图片修改自Guan et al., 2021）

通过收集对比其他地质证据，研究认为东羌塘地块与北部的塔里木地块碰撞时间最有可能是2.3亿年，在这一时间，古特提斯金沙江洋在昌都地区开始发生闭合，逐步完成了从 “沧海”到“桑田”的巨变。金沙江洋自此也脱离了女神特提斯的怀抱，在化身奔流不息的大江之后，哺育着两岸的人民。

“金沙水拍云崖暖，大渡桥横铁索寒”，毛泽东在《七律·长征》一诗中将金沙江磅礴的气势书写得淋漓尽致。时节如流，逝者如斯，为大江写史，有助于我们溯其本源，在感受自然与人力量的前提下更好地回答，我们是为了什么而出发。

流经香格里拉虎跳峡的金沙江（图片来源：作者拍摄）

参考文献：

[1] Gehrels G, Kapp P, DeCelles P, et al. Detrital zircon geochronology of pre‐Tertiary strata in the Tibetan‐Himalayan orogen[J]. Tectonics, 2011, 30(5).

[2] Guan C, Yan MD, Zhang WL, et al. Paleomagnetic and chronologic data bearing on the Permian/Triassic boundary position of Qamdo in the Eastern Qiantang Terrane: Implications for the closure of the Paleo‐Tethys[J]. Geophysical Research Letters, 2021, 48: e2020GL092059. https://doi.org/10.1029/2020GL092059.

[3] Wilson, Tuzo J. A possible origin of the Hawailan Islands [J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 2014.

[4] 什么是锆石.中科院地质地球所.https://mp.weixin.qq.com/s/5En51Zo7aTq7VCZt-kf0ZQ

作者：关冲 颜茂都 刘晓倩

作者单位：中国科学院青藏高原研究所

（文中所有图片均由作者提供）

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