问题

麦哲伦海峡是如何形成的?

回答
麦哲伦海峡的形成,是一段漫长而壮丽的地质史诗,它并非一蹴而就,而是数百万年来地球内部力量与地表侵蚀作用共同雕琢的杰作。想要理解它的诞生,我们得把目光投向遥远的过去,追溯那股塑造了南美洲最南端这片独特水域的深层力量。

板块碰撞的序曲:大陆漂移的遗产

一切的起点,都要从地球板块构造的宏大叙事说起。我们居住的地球并非一个整体,而是由一块块巨大的岩石板块组成,它们在滚烫的地幔上缓慢移动,相互碰撞、分离、滑移。在南美洲这个区域,过去数百万年间,主要的玩家是纳斯卡板块(Nazca Plate)和南极板块(Antarctic Plate),它们向东俯冲到更为年轻和轻盈的南美板块(South American Plate)之下。

这种俯冲作用并不是一次性的事件,而是一个持续而复杂的过程。随着纳斯卡板块和南极板块不断向南美板块的下方挤压,它们在地表上留下了深刻的印记。其中最重要的表现,就是一系列的造山运动。在这场宏大的地质“推挤”中,南美大陆的边缘被隆起、折叠,形成了纵贯整个南美洲西部的安第斯山脉。

断裂与下陷:裂谷的孕育

然而,故事并没有止步于此。在安第斯山脉的形成过程中,巨大的应力不仅引起了岩层的挤压和隆起,也导致了地壳的拉张和断裂。你可以想象一下,当一块坚硬的物体被用力向两边拉扯时,它会发生什么?同样地,在南美板块的南缘,强烈的应力也造成了地壳的断裂,形成了一系列的断层。

在这些断层带,地壳会发生垂直方向的移动,一部分地块会相对下沉。对于麦哲伦海峡的形成区域来说,这种断裂和下沉作用尤其显著。这里的地质结构变得不稳定,形成了一个巨大的地堑(Graben),或者说是一个被两侧断层限制的下陷地带。这个下陷的地带,为日后海洋的入侵和海峡的形成奠定了基础。

更具体地说,地质学家认为,麦哲伦海峡区域的形成与一系列平行或近乎平行的东西向断层有关。这些断层将地表切割成块状,并且在某些区域,这些块体发生了显著的下沉,从而创造出了低洼的地形。

冰川的雕刻刀:塑造峡湾与水道

虽然地壳的断裂和下陷为海峡的形成提供了框架,但真正将其雕刻成我们今天所见的海峡模样,却要归功于另一个强大的地质力量:冰川。在过去的地质时期,特别是更新世(Pleistocene)的冰期,南美洲的最南端曾被巨大的冰川覆盖。

这些巨大的冰川,就像一把把锋利的雕刻刀,在地球表面缓慢而持续地移动,它们拥有巨大的力量,能够刨蚀岩石,搬运巨石。当这些冰川沿着之前形成的断裂带移动时,它们会进一步加深和拓宽原有的低洼地区。

刨蚀作用 (Abrasion): 冰川底部和侧面夹带着的沙砾、石块,在移动过程中会不断刮擦和研磨下方的岩石,将它们刨蚀成平滑的槽状地形,这就是我们所说的冰川槽 (Glacial Trough)。麦哲伦海峡的许多河谷状结构,就是冰川刨蚀的产物。
掘蚀作用 (Plucking/Quarrying): 冰川中的水会渗入岩石的裂缝中,在冰冻时膨胀,将岩石块从基底上掰离。这些被冰川抓取下来的岩石块,会随着冰川一起移动,进一步加剧了对地表的侵蚀。

在麦哲伦海峡的区域,冰川沿着东西向的断层和地质弱带向东推进,它们将山体侵蚀,挖出了深深的谷地。这些被冰川挖深的谷地,往往呈U字形,是典型的冰川地貌特征。

海平面的上升:最后的点睛之笔

冰川虽然塑造了海峡的雏形,但它依然是陆地。真正的海峡形成,还需要海洋的参与。随着冰川期结束,全球气温回升,覆盖在南美洲南端的巨大冰盖开始融化。冰川融水汇入海洋,导致全球海平面显著上升。

当海平面上升时,海水开始沿着冰川侵蚀形成的低洼河谷和地堑涌入,逐渐淹没了这些区域。最初,这可能只是一个个孤立的冰川湖泊或河口湾。但随着海平面持续上升,这些水体之间逐渐连通,最终形成了今天绵延数百公里的麦哲伦海峡。

海峡中那些曲折的航道、深邃的港湾,以及海峡两侧陡峭、被冰川切割过的山体,都清晰地诉说着它形成过程中冰川侵蚀和海平面上升的痕迹。

总结一下,麦哲伦海峡的形成是一个多阶段、多力量共同作用的结果:

1. 板块构造: 纳斯卡板块和南极板块向南美板块的俯冲,引发了造山运动和地壳的拉张、断裂。
2. 地壳断裂与下陷: 在关键区域形成了东西向的断层,导致地壳下陷,为后来的海峡提供了一个框架。
3. 冰川侵蚀: 更新世冰期,巨大的冰川沿着断裂带刨蚀和掘蚀地表,深刻地雕刻了峡谷和低洼地带。
4. 海平面上升: 冰川融化导致海平面上升,海水涌入被冰川侵蚀的低洼地区,最终形成了连通的海道。

所以,麦哲伦海峡并非某个瞬间的产物,而是数百万年来地球内部力量与外力作用(冰川、海洋)不断博弈和雕琢的见证。它既是地壳运动留下的伤痕,也是冰川文明的杰作,更是地球演化史中一段波澜壮阔的篇章。下次当你看到这片蜿蜒的水道时,不妨想象一下,那脚下之地曾经经历过怎样惊心动魄的地质变迁。

网友意见

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麦哲伦海峡不是“洪水冲出来的”。目前主流认为,它是非典型的大陆裂谷+冰川的联合出品。如果没人来详细回答的话,等我晚点儿有空了可以讲一下。

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我昨天给自己挖了这么个坑,还是填一下吧。。。

其实麦哲伦海峡的具体成因还是有争议的,因为目前主流说法中的这个裂谷带,其形态和位置都比较奇葩少见,它的具体形成过程和机理还有待进一步研究。因为我有个同学是研究巴塔哥尼亚那边的地质的,我才对麦哲伦海峡的形成过程大概有个了解。

这是麦哲伦海峡以及附近的地形:位于南美大陆南部,总体来说西为安第斯山(科迪勒拉山系的一部分),东为比较平坦的巴塔哥尼亚。除了麦哲伦海峡把南美大陆完全切穿之外,还有几个明显的深入内陆的海湾。它们几乎都是东北-西南走向的。

自从麦哲伦海峡被发现以后,很长时间里人们都认为麦哲伦海峡是冰川在安第斯山以及巴塔哥尼亚的地面上切出来的。其原理和峡湾一样,只不过麦哲伦海峡把狭窄的陆地切穿了。南美西南侧海岸边的那些岛屿,就是第四纪冰川的杰作。第四纪的冰川覆盖这一区域,其重力导致地壳沉陷。冰川退却之后,地表回弹的速率赶不上冰川退去的速率,海水于是淹没了沉陷的区域,把这一海岸线弄得支离破碎。加拿大的北极群岛也是由相似的原理形成的。

以前的理论认为,第四纪冰川同样也导致了麦哲伦海峡的形成,海峡本身就是冰川推进和退却的时候切割出来的大型谷地。有人通过研究麦哲伦海峡的地层,推测出了在第四纪冰川之后,当地存在过大型冰碛湖,其原理和五大湖类似,即冰川退却的时候,冰碛物和冰川本身会围成一片洼地,让冰川融水汇聚起来,形成湖泊。这也为冰川论提供了佐证。

不过在后来,越来越多的人觉得,这样的解释有个缺憾:巴塔哥尼亚地形相对平缓,这种情况下,第四纪冰川的退却方向应该是大致向南的,因此它切割出来的谷地也应该是南北走向的。然而麦哲伦海峡却是偏东西走向的。所以,有人提出,麦哲伦海峡或许并不是冰川单独作用下的产物,而是冰川在已有地形的基础上进行的改造。这就和北美五大湖一样,五大湖的其中三个湖本身就座落在裂谷(安大略和伊利湖)或向斜/沉陷构造(苏必利尔湖)上,虽然它们最终的形成是和第四纪冰川有关,但它们的走向和第四纪冰川的总体走势并不一致,而是更切合裂谷等构造的走向,可以说其下方的地形构造对它们轮廓的影响比冰川更大;而休伦湖和密歇根湖则完全是第四纪冰川的产物,是冰川在平地上推出来的,因此它们大致呈南北走向(我前年3月在《中国国家地理》发过一篇专门讲北美冰川湖的文章,里面有详细内容)。

因此,后来大家认为,早在第四纪冰川来临之前,麦哲伦海峡以及那几个海湾的雏形就已经存在了。它们是几个东北-西南走向的低洼地带,后来只是被第四纪冰川拓宽或加深了而已。换句话说,当地原本的几条东西方向的低洼地带在第四纪的时候,影响了当地冰川的走势,而冰川则反过来将它们进行了再塑造。至于这些作为麦哲伦海峡及几个海湾的雏形的低洼是是怎么来的,目前的观点认为,它们本来是一个不太典型的大陆裂谷带中的地堑或半地堑。

我们再看当地的(极简)地图:

这里有一个弓形的地质盆地叫麦哲伦盆地。根据对这个盆地的地质考察,人们发现这个盆地的地层大致有一个南北向的镜面对称,两侧有一系列相互平行的正断层,而对称轴就贴在麦哲伦海峡以北。如果你把这个盆地的西缘看作一张弓,那么搭箭的位置大致就是对称轴。这些断层及它们的分布,就成了推测麦哲伦海峡雏形的线索。

根据研究,在侏罗纪时期冈瓦纳古大陆裂解时,这里曾是一个地壳拉伸区域,产生过一系列的地堑和半地堑,那些断层最初就是这时期形成的。白垩纪时这一带的地壳拉伸停止,但那些地堑、断层的痕迹被保留了下来。

白垩纪后期,法拉伦板块向美洲下方俯冲,安第斯山开始形成,而麦哲伦盆地便是安第斯山造山带旁边的一个前陆盆地。

到了新近纪,该地的地质活动变得非常复杂。首先,南美和南极两个大陆彻底断开,德雷克海峡出现,同时形成的还有新的独立板块——斯科舍板块;它和南美板块之间形成了一条滑动断层,南美板块相对往西移动的速度更快(每年9cm vs 每年2cm)。其次,纳兹卡板块的南部完全俯冲到了南美板块之下,智利海岭(南极板块和纳兹卡板块之间的生长边界)出现在了今天的位置(麦哲伦盆地的西北方向),并继续以东南方向,往南美板块下方俯冲。

这就出现了两个现象:

第一, 在斯科舍板块的作用下,麦哲伦盆地的东南部被向东带动拉拽。

第二, 智利海岭俯冲到南美板块之下以后,其两侧的板块分道扬镳,形成了比较典型的Slab窗口,把窗口中间部分对应的南美板块直接暴露给了炽热的地幔,于是形成了一个局部的地幔热对流循环,而对流中上升的地幔加热岩石圈,并且在分流后会拉扯岩石圈,导致上方的地壳发生拉伸及破裂。而拉伸的方向,差不多就是和前面提到那条中轴线互相垂直。

这两个结果都会拉伸这一部分的南美板块,其中第二点的原理和东非大裂谷的形成是比较相似的,只不过地幔的来源不同(东非大裂谷是地幔柱上涌,麦哲伦是Slab窗口):

在这种拉伸的环境下,侏罗纪时期残留下来的地堑和半地堑都被激活了,它们进一步生长,于是麦哲伦盆地上就出现了一个很罕见的大陆裂谷带:这个裂谷带位于大型造山带(安第斯山)的弧内侧,而且扩张方向几乎和造山带平行。不过,这个裂谷带实在是比较奇特,它的具体形成机理和过程其实还有待研究。

有了这个裂谷带做基础,第四纪冰川沿着裂谷带中发育的地堑、半地堑谷地延伸,将它们刨得更深更宽,并且切穿了安第斯山,最后在冰川退却之后,形成了麦哲伦海峡以及那几个海湾。

有兴趣的详见:

Diraison, Marc, et al. "Neogene tectonics within the Magellan basin (Patagonia)." (1997).ccations."Terra Nova25.1 (2013): 13-20.

Diraison, M., et al. "Cenozoic crustal thickening, wrenching and rifting in the foothills of the southernmost Andes."Tectonophysics316.1-2 (2000): 91-119.

Diraison, Marc, et al. "Magellan Strait: part of a Neogene rift system."Geology25.8 (1997): 703-706.

Diraison, Marc, et al. "Neogene tectonics within the Magellan basin (Patagonia)." (1997).

(以上是关于裂谷的)

diva-portal.org/smash/g

(这是一篇斯德哥尔摩大学的毕业论文,关于第四纪冰河时代的麦哲伦海峡,后面的内容我觉得其实比较一般,但背景介绍部分很详细)

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