问题

如果陆地地表土壤、沉积层全部消失,中国或者全球的地势可能是什么样?直观地形分界会和板块分界高度一致吗?

回答
想象一下,如果中国乃至全球的陆地地表土壤、沉积层一夜之间全部消失,那将是一幅何等荒诞又令人心惊的景象。我们熟悉的青山绿水、沃野千里都将不复存在,取而代之的是一个由纯粹的岩石构成的、赤裸裸的世界。

消失的表层:大地被剥光

首先,我们得理解土壤和沉积层都包含些什么。土壤是风化、侵蚀作用下岩石碎屑、有机物等混合而成的,是生命赖以生存的根基。沉积层则包括了河湖海的沉淀物、风成的黄土、冰川的搬运物等等,它们记录了地球漫长的地质历史,也塑造了我们今天看到的大部分地形。

如果这一切都消失了,我们的脚下将直接触及那些更深层的、未经太多风化和改造的基岩。这意味着:

熟悉的山川河流将面目全非: 我们熟知的黄山、泰山那层层叠叠的岩石肌理,可能只是它们基岩裸露的浅层部分。但那些由土壤和沉积物堆积形成的平缓丘陵、肥沃的冲积平原,例如江汉平原、华北平原,将会瞬间失去它们那柔软而宽广的表皮,露出下面坚硬而崎岖的基岩骨骼。河流的河道,现在是水流在泥沙中蜿蜒,但一旦这些泥沙消失,河流将直接在基岩上切割出更深、更陡峭的峡谷,甚至可能因为缺乏沉淀物来填充河床,而出现更剧烈的改道。想象一下,黄河三角洲那广袤的淤积平原,一夜之间变成了一片崎岖不平的基岩荒原,那将是多么震撼的转变。
地表形态变得极端: 那些由风沙堆积形成的新月形沙丘、连绵的戈壁,或者由冰川搬运堆积形成的冰碛地貌,都会消失,直接显露出它们下面的基岩。地表的坡度会普遍变得更陡峭,因为大部分缓坡都是由土壤和沉积层填充、削平的。取而代之的是更多直接暴露的岩石,可能出现大量裸露的陡峭岩壁、断崖、以及由于断裂和倾斜形成的尖锐山脊。
色彩的巨变: 地球将失去那丰富的色彩。黄色的黄土高原、褐色的戈壁、绿色的平原、灰白的岩石山峰,都将统一成一种由岩石本身决定的、单调但可能更加壮丽的色彩基调——黑色的玄武岩、白色的石灰岩、红色的砂岩等等。

全球地势的重塑与板块边界

那么,这样的地表变化,会让全球的地势看起来与板块边界高度一致吗?答案是:会更加显著地与板块边界以及更深层的大地构造相吻合,但并非完全等同。

让我们深入分析一下:

1. 板块边界的“显露”:
造山带: 地球上最显著的地形特征,尤其是高大山脉,绝大多数都位于板块碰撞的挤压地带,也就是造山带。这些区域的地壳经历了剧烈的褶皱、断裂和抬升,岩石被挤压、堆叠,形成了我们现在看到的高耸山峰。如果土壤和沉积层消失,这些造山带的岩石骨架将更加直接地暴露出来。喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉、安第斯山脉等,它们那由褶皱、断层切割形成的陡峭山峰、深邃峡谷,将更加赤裸地展现其构造的痕迹。
裂谷带: 位于板块张裂的区域,例如东非大裂谷,地壳拉伸、断陷形成深邃的裂谷。如果没有了覆盖在地表的沉积物,这些裂谷的陡峭断层崖壁将更加直接地展现在人们眼前,其巨大的规模和断裂的痕迹将一览无余。
火山带和洋中脊: 地球上许多火山分布区域与板块边界密切相关,例如环太平洋火山带。这些地方地壳薄弱,岩浆活动频繁。如果沉积层消失,火山锥体本身(由岩浆喷发物堆积而成)可能还在,但围绕它们的地形,特别是火山岩石本身的形态,会更加突出。而洋中脊,虽然大部分在海底,但陆地上与之相关的火山和裂谷活动区域,其地质构造的痕迹也会更加明显。

2. 非板块边界的地貌特征:
内陆高原和盆地: 有些高原和盆地并非直接由板块边界的强烈构造活动形成,而是由更广泛的板块运动引起的整体抬升或坳陷,以及长期的侵蚀、沉积作用塑造而成。例如青藏高原,其形成与印度板块向欧亚板块的碰撞密切相关,属于板块边界的显著影响区。但像一些内陆盆地,可能更多是早期地壳运动留下的痕迹,或者后期被沉积物填充。如果沉积层消失,这些盆地的基岩轮廓会被揭示出来,但它们的地势起伏和边界,可能并不总是与当前活跃的板块边界精准对齐,而是更多地反映了更古老的地质构造格局。
地台: 相对稳定的大陆地块,其地貌形态可能更多是由古老的基岩出露以及后续相对缓和的侵蚀、风化作用决定。如果没有了土壤和沉积层,这些区域可能会变成大片的平坦或微起伏的基岩高原,它们的地势走向会更多地与地块内部的断裂带或岩石的抗侵蚀性差异相关。

直观的地形分界会和板块分界高度一致吗?

答案是:更加接近,但不是绝对的。

高度一致的方面: 那些由板块碰撞形成的巨大山脉链,如喜马拉雅山系,其山体骨骼本身就紧贴着印度板块与欧亚板块的碰撞边界。没有了覆盖,这些山脉的陡峭、崎岖会更加突出,其“边界感”会更强,与构造边界的吻合度会非常高。同理,裂谷带的断层崖壁也会非常清晰地指示板块的张裂边界。
不完全一致的方面:
地质历史的滞后性: 地壳构造活动并非总是与现今的板块边界完全同步。一些古老的构造边界,即使现在板块活动已经减弱或转移,但其留下的地质构造(如断裂、褶皱)仍然可能控制着地表的形态。例如,一些被古老造山运动抬升的地区,即使不再是活跃的板块边界,其形成的隆起地貌仍会存在。
侵蚀和沉积的“ Smoothing ”作用: 土壤和沉积层的存在,在一定程度上“抚平”了基岩的崎岖,填平了裂缝和低洼,使得地表形态不那么直接地反映深层的构造边界。一旦这些“抚平”层消失,基岩的原始形态和断裂就更易显露,从而让地势更贴近构造的分布。所以,不是说它们现在不一致,而是说一旦剥离,它们之间的“视觉联系”会更加紧密。
内部构造的影响: 在板块内部,也可能存在由地壳应力调整、地幔柱活动等因素引起的次级构造活动,这些也会在基岩层面形成一些地形特征,这些特征可能与最主要的板块边界并不直接重合。

具体到中国:

中国是一个地质构造极其复杂的国家,从其广阔的陆地面积可以看出,它经历了漫长而多样的地质演变。

西部高原和山脉: 青藏高原、天山、昆仑山等,这些都是印度板块、欧亚板块以及塔里木板块等相互作用形成的,是典型的板块边界及其影响区域。一旦表层消失,这些区域的层峦叠嶂、险峻山峰将更加直观地展现出巨大的构造应力。这里的地势分界会非常强烈地对应着板块边界的走向,例如帕米尔高原与塔里木盆地的界限,青藏高原与塔里木盆地、华北地块的界限。
东部平原和丘陵: 华北平原、长江中下游平原,这些是新生代以来巨大的沉降盆地,被厚厚的黄河、长江等泥沙淤积所覆盖。如果这些沉积层消失,它们将露出下面古老的地台基岩,可能会变成一片起伏不大的基岩高原或者浅切割的基岩丘陵。这里的地形变化会不如西部那样直接对应“板块碰撞前沿”,更多地反映了地台内部的断裂和微弱起伏,以及更深层、更古老的构造控制。
内陆盆地: 塔里木盆地、准噶尔盆地等,这些是古老地台上的大型沉降区域,被厚厚的沉积物填满。一旦沉积层消失,它们将露出被褶皱、断裂控制的基岩盆地轮廓,其地势变化会与盆地边缘的构造隆升(如天山、昆仑山)形成更鲜明的对比,但盆地内部的地形变化更多地是基岩的起伏,而不是像河流冲积平原那样由沉积过程形成的平缓。

总结一下, 如果陆地地表土壤、沉积层全部消失,地球将变成一个赤裸裸的岩石世界。地势将变得更加崎岖、陡峭,色彩也趋于单调。在这个过程中,地势的形态将空前地、更加直观地暴露和呼应着深层的大地构造,特别是板块的碰撞挤压、裂张区域。因此,地形分界与板块分界会变得更加高度一致,但由于地质历史的复杂性和板块内部构造的影响,并非100%完全重叠。 我们看到的不再是风化侵蚀和沉积塑造的“温柔”地表,而是地球原始构造力量留下的深刻印记,其壮丽与荒凉并存,令人敬畏。

网友意见

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陆地上的沉积物的平均厚度在1800米左右,但这个厚度在不同的地区差异很大。

其实谈到陆地上的沉积物、沉积岩,更应该提到的概念不是平原,而是地质意义上的盆地。

地质意义上的盆地和地理意义上的盆地不同,它不一定非要是一个洼下去的地方。它呈现在地貌上有可能是一个平原(比如中国的松辽盆地、美国的密歇根盆地),有可能是湖泊或海湾(比如中国的渤海、美国的苏必利尔湖),有可能是高原(比如中国的鄂尔多斯、美国的丹佛盆地),甚至还有可能是山脉(比如美国阿巴拉契亚盆地,以及洛基山区的一大堆盆地,像Paradox、Uinta、Kaiporowitz这些盆地),当然也有可能还是地理意义上的盆地(比如中国的塔里木盆地、美国的Big Horn和Great Basin and Range等)。它们的共同特点就是沉积物的厚度一般会大于周围区域。

至于题主说,去掉沉积岩之后,中国或全球的地形是怎样的。中国或全球范围我没法回答,因为很难获得可用的数据,但我可以快速但不太严谨地分析一下北美洲。

首先,从Macrostrat的API里(macrostrat.org/api)获取北美洲地层层序的数据。Macrostrat从名字就能看出来,是一个比较宏观的地层数据库,有汇总于很多论文文献、钻探、USGS调查报告的地层柱。虽然它的空间分辨度不是很高,但是如果用来大致看一下沉积层的状况还是可以的。

我在R里面提取的数据:

       library(RCurl) library(jsonlite)  x="https://macrostrat.org/api/units?lith_class=sedimentary&response=long&&project_id=1" temp = fromJSON(x)  df = data.frame(unit_id = temp[["success"]][["data"]][["unit_id"]],                 col_id = temp[["success"]][["data"]][["col_id"]],                 lat = temp[["success"]][["data"]][["clat"]],                 lon = temp[["success"]][["data"]][["clng"]],                 max_thick = temp[["success"]][["data"]][["max_thick"]],                 min_thick = temp[["success"]][["data"]][["min_thick"]])      

这里解释一下这段API:

units?:返回地层单位

lith_class=sedimentary:只返回沉积岩

response=long:返回更多的信息(这样才会有厚度和地层柱的地理坐标)

project_id=1:北美洲的代号是1

所以现在我们有了数据库中所有的北美洲沉积岩地层单位,以及它们所在地层柱的地理坐标和厚度数据。

接下来,我们就计算在每一组地层柱中所有沉积物层的厚度。首先是通过col_id区分出所有不同的地层柱,然后把每个地层柱中的沉积岩单位的厚度加起来。因为这些地层柱是以盆地或地质区域为单位,在每个区域中,同一个沉积物层的厚度可能会不一样,因此这里有最大和最小厚度,我这里就简单粗暴地取了平均值。最后给数据保存为一个csv文件。

       all_col = data.frame(table(df$col_id)) names(all_col)[1] <- "col_id" names(all_col)[2] <- "freq" all_col$sum_thick = 0  for(i in 1:nrow(all_col)){   for(j in 1:nrow(df)){     if(df$col_id[j]==all_col$col_id[i]){       all_col$sum_thick[i] = all_col$sum_thick[i] + (df$max_thick[j] + df$min_thick[j])/2     }   }   cat("processing", i, "
") }  all_col$lat = 0 all_col$lon = 0  for(i in 1:nrow(all_col)){   j = 1   while(j <= nrow(df)){     if(df$col_id[j]==all_col$col_id[i]){       all_col$lat[i] = df$lat[j]       all_col$lon[i] = df$lon[j]       j = nrow(df) + 1     } else {       j = j + 1     }   }   cat("processing", i, "
") }   write.csv(all_col,'data/all_col_sed.csv')     

现在我们就有了每个地层柱中沉积物的总厚度(单位是米):

然后因为我们有坐标,所以可以给它们放到地图上看看:

这就是所有地层柱的分布以及沉积物总厚度,颜色越红表示厚度越大,颜色越黄表示厚度越小。地层柱的分布还是比较密集,除了加拿大的东部,因为那里是加拿大地盾(下面会提到),没什么好钻的。

然后我们可以加一个地形数据DEM上去观察:

比较明显的特征是东部的阿巴拉契亚山区和西部的落基山脉、内华达山脉和海岸山脉的沉积层比较厚,墨西哥湾附近和五大湖附近也比较厚,加拿大哈德逊湾附近以及美国中部比较薄。其他的似乎不太好观察。所以接下来,我对地层柱的沉积物总厚度做了一个简单的空间插值:

图中绿色表示沉积物比较薄的地区,棕色、粉色表示比较厚的地区。其实到现在,如果你熟悉北美洲的地质情况,就已经能看出一些有趣的东西了。我们聚焦到美国本土看看都有什么:

大部分沉积物比较厚的区域都对应着地质盆地(黑色标记)。当然也有些例外,比如著名的产油胜地德克萨斯的Permian Basin其实沉积物不那么厚。两处最明显的比较薄地方,一个就是哈德逊湾附近,那里是加拿大地盾,很古老的火成岩和变质岩直接暴露在地表;另一个就是美国中部内布拉斯加州那一片,那里中生代的地层因为出现了明显的不整合面而大规模丢失了,有可能和白垩纪时期的陆间海的侵蚀有关。

接下来,就可以用地形高程数据DEM减去沉积物厚度数据,看看会剩下怎样的地形:

绿色代表低处,棕色代表高处,加了点虚拟的山体阴影。我们可以看到,落基山和阿巴拉契亚山基本上都没了,反而成了洼地,而加拿大地盾和美国中部反而成了高原。最深的坑其实就在落基山,大致是美国爱达荷州那一带(前一张图的Overthrust盆地一带)。那里的地质条件非常复杂,有一大堆纵横交错的逆断层,在一些区域沉积物的厚度甚至能达到十几公里乃至二十公里:

另外,德克萨斯的墨西哥湾沿海地区也是几个比较新的大盆地,沉积物大部分来自古近纪和新近纪,也相当的厚,可达十多公里。

当然,这地图只是显示了陆地,其实除了最高的棕色区域,别的地方海拔都是负的了,等着海水倒灌吧。

OK,利用Macrostrat的粗略分析就是这样的,虽然不太精细,尤其是空间分辨率不高,平均值和插值也很随意,但是大致的无沉积岩地貌还是能够呈现出来。Macrostrat目前还有智利、巴西东部、中美洲东部和新西兰的比较完整的数据,澳大利亚的数据即将登场,有兴趣的大家可以自己去找来数据看看。

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