问题

南非开普敦的Table mountain 是怎么形成的?

回答
说起开普敦的标志,桌山(Table Mountain)绝对是当仁不让。它就像一个巨大的、平坦的桌面,静静地横亘在那里,俯瞰着整个城市和蔚蓝的大西洋。但你有没有想过,这样一座巍峨又别致的山峰,到底是怎么形成的呢?这可不是一夜之间冒出来的,而是一个漫长、复杂的地质演变过程,充满了耐心和时间的魔法。

要理解桌山的形成,咱们得把时间轴拉回到几亿年前。那个时候,地球的面貌跟现在可大不一样,我们现在所说的南非,那时候也是一片汪洋大海,或者说,是巨大的沉积盆地。

一切的开端:沉积的年代

桌山的地质构成,主要是两种非常古老的岩石:桌山砂岩(Table Mountain Sandstone)和黑云母片岩(Malmesbury Group)。

黑云母片岩是更古老的部分,它们形成于大约5亿多年前。那时候,地球上还是一片混乱,地壳活动非常活跃。想象一下,海底发生着剧烈的变动,泥沙、火山灰等物质不断堆积,在巨大的压力和温度下,这些松散的物质慢慢变成了坚硬的岩石。这些黑云母片岩,就像桌山的地基,坚实而古老。

桌山砂岩则是后来者,它们形成于大约4.5亿到4.6亿年前。这时候,之前的黑云母片岩已经被抬升出海面,变成了一片陆地。然后,这片陆地又开始经历漫长的侵蚀和风化,大量的砂粒、砾石被河流搬运,最终在低洼的盆地里沉积下来。这些砂岩的颗粒比较均匀,成分主要是石英,所以非常坚硬。桌山就是由这些厚厚的砂岩层构成的,它们就像一张巨大的、平坦的桌子面。

地壳的挤压:塑造桌山的骨架

光有沉积的岩石还不够,要形成桌山这样巍峨的山体,还需要地壳运动来“推一把”。在桌山砂岩沉积之后,大约在4亿多年前,南非地区经历了剧烈的造山运动。

想象一下,地球的板块就像巨大的拼图,它们一直在缓慢地移动。有时候,这些板块会相互碰撞。在南非,当时的板块运动导致了强烈的挤压,地下的岩石层被推挤、折叠,甚至发生断裂。

在这次造山运动中,桌山砂岩和下面的黑云母片岩受到了巨大的压力。它们被推向一起,岩层发生弯曲和褶皱。但是,与一些形成高耸山脉的地区不同,桌山地区的岩层在这次挤压中,主要是在倾斜,而不是剧烈地卷曲成尖锐的山峰。

抬升与侵蚀:时间的雕刻刀

造山运动之后,桌山地区的岩层被整体抬升,逐渐离开了海平面。但这并不是桌山的最终形态。真正让桌山变成我们今天看到的这个样子,是漫长而持续的侵蚀作用。

风化与剥蚀: 亿万年来,风、雨、冰雪、以及植物的根系,都在不停地“啃食”着山体。尤其是坚硬的桌山砂岩,它非常耐侵蚀,不像一些更软的岩石那样容易被风化成尖锐的峰顶。砂岩层相对完整地保留下来,形成了桌子般平坦的顶部。
断裂与下沉: 在漫长的侵蚀过程中,地壳也并非完全稳定。桌山地区也发生过一些断裂。有些地方的岩石被断裂并相对下沉,形成了我们今天看到的峡谷和陡峭的崖壁。桌山的山坡,尤其是面向大海的一侧,非常陡峭,很多地方都是垂直的悬崖,这正是亿万年侵蚀和断裂作用的杰作。
“桌子”的形成: 最神奇的是,桌山顶部的平坦。这主要是因为桌山砂岩层厚度非常均匀,而且它们上面覆盖了一层相对耐侵蚀的辉绿岩(dolerite)。这种辉绿岩在地质学上叫做“席状岩脉”(sill),它是在砂岩层形成后,岩浆侵入到地层中冷却形成的。虽然辉绿岩的厚度不如砂岩层,但它非常坚硬,有效地保护了下方砂岩层的侵蚀。因此,即使经过漫长的岁月,桌山顶部依然保持着相对平坦的表面,就像一张巨大的天然桌面。

总结一下,桌山的形成过程可以概括为:

1. 古老的沉积: 海底的泥沙和火山灰堆积,形成了黑云母片岩(地基)。
2. 海陆变迁与砂岩沉积: 陆地上的河流将砂石搬运到低洼地区,形成了厚厚的桌山砂岩层(桌面)。
3. 造山运动: 地壳板块挤压,将岩层抬升并发生倾斜、断裂,为山脉的形成奠定基础。
4. 漫长的侵蚀与风化: 风、雨、冰雪等自然力量,以及辉绿岩的保护作用,雕刻出桌山独特的地貌——平坦的顶部和陡峭的崖壁。

所以,当你站在开普敦,仰望桌山时,你看到的不仅仅是一座山,更是一部活生生的地球史书,记录着数亿年的地质变迁、板块运动以及无休止的自然雕琢。它如此独特,如此壮丽,正是因为大自然用最漫长、最耐心的笔触,在这片土地上绘就的杰作。

网友意见

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简单地说:

Table Mountain是开普褶皱带(Cape Fold Belt)的一部分。下面这张地形图上,能看到开普敦附近的一系列近乎平行的山脉,这就是开普褶皱带。

底图来自维基百科

大约7亿年前,罗迪尼亚超级大陆分裂,在今非洲南部及南美之间形成了一个很大的裂谷(类似于今天的东非大裂谷)。海水倒灌进来,形成了厄加勒斯海(Agulhas Sea)。在之后的很长时间里,沉积物在此逐步堆积,最后形成了几千米厚的沉积岩层。

浅海里有一片被隔开的陆地叫做福克兰高地(Falklands Plateau),大致包括今天南美洲的南部以及南极半岛的一部分:

维基图片

到了泥盆纪-石炭纪时期,各块古大陆又开始聚合,包括今天非洲和南美洲在内的陆地组成了南方的冈瓦纳大陆,并逐渐形成盘古大陆(泛大陆)。厄加勒斯海闭合,福克兰高地和非洲南端相撞,互相挤压,造成了剧烈的隆起,原理和现在的青藏高原类似,就像这样:

底图:https://www.tablemountain.net/blog/entry/what-is-table-mountain-made-of

在二叠纪(大约2.9亿年前),这里形成了一个巨大的褶皱平行山系:福克兰山,也就是开普褶皱带的前身。它的规模很大,至少和现在的落基山脉有一拼。

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Formation_of_Cape_Fold_Mountains.jpg

当盘古大陆形成完毕之后,造山运动也停止了,福克兰山开始了漫长的风化侵蚀(其实并不这么简单,侵蚀过程中因为重力均衡,地壳发生回弹,此后还有二次隆起,但这些没有影响开普褶皱带的基本形态,这里就不详细说了。@云舞空城指出原来的表述有问题,修改了一下。)

褶皱山各部分的风化侵蚀速率不同,主要有两个因素来控制:位置和岩石种类。

  1. 位置因素:即常见的『向斜山、背斜谷』原理:
图片来自地理教师网

背斜原本是向上弯曲的褶皱,但由于其顶层的岩石受到较大的张力,暴露面积也较大,侵蚀速率一般较快,因此反而容易形成谷地。向斜原本是向下弯曲的褶皱,其内侧的岩石受到挤压较多,比较坚固,侵蚀速率一般相对较慢,因此反而容易形成山岭。

2. 岩石种类:各种岩石的物理和化学性质的不同,导致其被风化侵蚀速率的不同。在开普褶皱带,有三种主要的岩石类型:页岩(较松软,侵蚀速度快)、砂岩(富含石英,有变质现象,较坚固,侵蚀速度慢)、花岗岩(一种火成岩,最坚固)。其中,页岩和砂岩(都是沉积岩,厄加勒斯海时期形成的)分层分布,页岩在下,砂岩在上。花岗岩是基底,并且会不规则地入侵到沉积岩中。

现在回到Table Mountain。它的位置正好是开普褶皱带的一个向斜的槽底部分,岩层水平排布,而两侧是两个巨大的背斜。在漫长的侵蚀过程中,两侧背斜上层的砂岩,率先侵蚀掉了,把松软的页岩暴露在外,导致了页岩也被大量侵蚀掉,形成了一片很大的谷地平原(开普敦市区以东,开普半岛和非洲大陆本土的连接区域,以及False海湾)。

位于向斜底部的Table Mountain,因为本来就比较坚硬,得以保留下来,形成了凸起的地形。而该片砂岩底下,正好有入侵的花岗岩,更加固了Table Mountain两侧十分陡峭的这种特殊地貌。

底图:Compton, John S. The Rocks and Mountains of Cape Town, 2004, Figure 16

由于Table Mountain最初位于向斜的槽底,因此岩层是水平的。其上部的砂岩不如下侧的砂岩坚固(成分有差异,受到的挤压较小,再加上历史上曾短暂受到过冰川的影响,混入了冰碛物),也被侵蚀掉,形成了平坦的顶部,所以山体的形状像桌子。


差不多就是这样。所有原图都是网上找的。

Further Readings:

Truswell, John Francis.An introduction to the historical geology of South Africa. Purnell, 1970.

Compton, John S. The Rocks and Mountains of Cape Town, 2004

Rust, Izak Cornelis.On the sedimentation of the Table Mountain Group in the western Cape Province. Diss. Stellenbosch: Stellenbosch University, 1967.

Haughton, Sidney Henry.Geological history of southern Africa. Geological Soc. of South Africa, 1969.

知乎专栏:地球的那些事儿

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