梁光河
本文為中國大百科全書出版社特邀撰寫， 發表在《百科知識》2017年第3期
在印度洋寬廣的藍色海域中， 呈南北向展布著一個島鏈， 有一串如同被白沙環繞的綠色島嶼， 它就是馬爾地夫群島。 白沙多位於熱帶、亞熱帶海域， 是珊瑚貝類等破碎化的產物， 主要成分是碳酸鈣等， 因此呈現出白色（圖1）。
除了清澈的海水、白沙灘、熱帶天氣， 馬爾地夫豐富的植被為遊客提供了返璞歸真的自然體驗。 很多遊客在領略過馬爾地夫的藍、白、綠三色後， 都認為它是地球上最後的樂園。 有人形容馬爾地夫是上帝抖落的一串珍珠，
這個美麗的群島是怎樣形成的呢？
圖1 馬爾地夫美麗的海景（據百度圖片）
在解釋這個問題之前， 我們先來瞭解一下馬爾地夫群島的基本情況。
馬爾地夫位於印度南方650千米的海域， 由北向南經過赤道形成了一條長長的礁島群帶。 它由26組環礁組成， 這些環礁包括1192個珊瑚礁島， 其中199個島嶼有人居住， 991個為荒島。 這些島嶼都是因為古代海底火山爆發而成， 有的中央突起成為沙丘， 有的中央下陷成環狀珊瑚礁圈。
印度洋中北部有兩個明顯的海嶺， 東側的叫九十度東海嶺（Ninety East Ridge）， 中間的叫查戈斯拉克代夫海嶺（Chagos Laccadive Ridge）， 馬爾地夫群島只是該海嶺北部的一小段。
馬爾地夫群島總面積約9萬平方千米（含領海面積）， 陸地面積約298平方千米。 群島南北長約820千米， 東西寬約130千米， 島嶼平均面積為一兩平方千米，
大洋中的島嶼按成因可分為沖積島、大陸島、火山島和珊瑚島。 馬爾地夫群島是在火山島基礎上發展起來的珊瑚島。 這些火山島為什麼會有規律地呈線性排列， 又為何會從地下深處噴發出來， 一直是一個謎。
圖2 馬爾地夫島鏈和印度洋（據美國NOAA地形地貌圖修編）
前人這樣說
關於馬爾地夫的成因機制， 在地球科學領域一直存在很大爭議， 前人對馬爾地夫群島的成因有兩種觀點， 一種觀點認為是地幔柱成因， 另一種觀點認為是一條古洋中脊。
地幔柱假說認為， 地下深處存在一個類似燃燒著的火爐， 它在地球深部烘烤著大洋板塊， 使其發生熔融， 為火山噴發提供岩漿來源。 這個熱點是不會移動的， 隨著印度洋板塊的不斷漂移運動， 在印度洋底產生一系列線性分佈的火山島。 這些火山島的形成年齡具有嚴格的時間-空間線性變化。 但這個觀點對於馬爾地夫的形成原因上卻說不通，
古洋中脊的觀點（古洋中脊是指已經死掉或者不活動的洋中脊）也難以成立， 一是洋中脊上應該存在所謂的轉換斷層（轉換斷層通常應該垂直於洋中脊分佈）， 但在馬爾地夫島鏈上根本不存在這樣的轉換斷層；二是印度洋的地質演化歷史並不支援該區域存在這個古洋中脊。
既然這個兩種成因假說都不成立， 那麼馬爾地夫群島到底是怎樣形成的？
成因機制新認識
要弄清楚馬爾地夫的成因，需要先瞭解大陸漂移和海底擴張兩個地球科學中的基本假說。
大陸板塊存在大規模水準漂移是地球上的普遍現象，而且當前還在運動，現代精確GPS測量和古生物古地磁都有確鑿證據說明大陸板塊會漂移，但其漂移的源動力是什麼？德國科學家魏格納在100年前提出大陸漂移學說，他認為大陸板塊自己會漂移，動力主要包括兩個，一是因地球自轉存在一個指向赤道的離極力；二是因地球自轉產生向西的力。
其後，地球物理學家經過計算發現這兩個力非常小，不足以推動巨大的板塊克服阻力發生漂移，更不符合邏輯的是這兩個力都是系統作用力，也就是說他們針對地球上的所有大陸板塊都是一樣的，那麼現實中應該發生大陸板塊統一向赤道漂移或向西漂移的情況，事實上並沒有發生這種現象。魏格納提出的漂移動力因而被業界否定。
魏格納後來也承認，大陸運動的起因這一難題的真正答案仍有待尋找，大陸漂移理論中的牛頓還沒有出現。
為了解釋大陸漂移的動力來源，美國科學家赫斯于1961年提出了海底擴張學說。海底擴張假說認為，由於洋中脊不斷噴發的玄武岩造成了海底擴張，像傳送帶一樣拖動大陸板塊發生漂移。基於泛大陸的裂解（泛大陸或者叫超級大陸，是指侏羅紀末期的那個全球唯一的超級大陸，當時全球的主要大陸板塊都拼合在一起，這些大陸包括歐亞大陸，北美大陸，南美大陸，非洲大陸，澳大利亞大陸和南極大陸，後來發生了裂解漂移形成了當前的地形地貌），其結論是現代海洋中的洋殼板塊都是160Ma以後的，洋中脊附近因為都是新生成的岩石，其年齡應該是0。事實果真如此嗎？
著名地學院士任紀舜等人於2015年在《地質評論》上發表了一篇論文——“尋找消失的大陸”，通過全球深海鑽探、海洋地質和地球物理調查表明全球大洋中存在大量的古大陸殘片。按照海底擴張假說，洋中脊上岩石年齡應該接近於0，事實上卻並不是這樣的，在赤道大西洋洋中脊附近發現大量古老的大陸岩石分佈，這些岩石年齡少則300Ma-330Ma，多則1600Ma-1850Ma。這與傳統的海底擴張假說完全不符。大洋中的古大陸殘片的發現否定了海底擴張假說。
赫斯等人是基於太平洋東北角和大西洋北部局部的磁異常帶與洋中脊平行提出海底擴張假說的，那麼全球所有的磁異常條帶都與洋中脊平行嗎？
2007年，法國地質局編繪了目前全球唯一的世界磁異常圖，遺憾的是該圖否定了條帶狀磁異常與洋中脊平行的這種所謂普遍規律。眾所周知，紅海是一個新生代才裂開的新海洋。按照海底擴張假說，磁異常條帶必定和洋中脊呈現條帶狀平行分佈，但實際上並不是這樣，在紅海西部，磁異常條帶幾乎與洋中脊垂直，而在紅海東部磁異常也並不呈條帶狀，而是呈現團塊狀沿著洋中脊分佈，沒有平行分佈的特徵。也許有人說，紅海是一個還沒有被完全擴張開的海洋，所以磁異常條帶與洋中脊不平行。不過，鄰近紅海的印度洋是一個成熟的大洋，那裡的洋中脊按照假說應該與磁異常帶平行。可二者之間並沒有平行關係。事實上在太平洋和大西洋等全球區域，大多數地區的磁異常條帶並不平行於洋中脊。
既然海底擴張不存在，那麼到底是什麼原因使大陸板塊發生了大規模的水準漂移？
從地熱學我們知道大陸上平均地溫梯度是每百米增溫3℃，超深鑽探也驗證了這個地溫梯度的正確性。這就意味著地表之下40千米處的溫度可達1200℃，大洋地溫梯度遠高於大陸，在1200℃的高溫下絕大部分岩石會變成熔融狀態的岩漿。
新的大陸漂移說認為，大陸板塊是飄浮在大洋板塊上的，其主體部分沉入大洋板塊中，隨著深度的增加溫度逐漸增高，岩石逐漸由彈性變為軟塑性（圖3），導致大陸板塊底部飄浮在大洋深處的岩漿上。
我們可以形象地把大陸漂移比喻成“平底熱鍋裡會自己跑的黃油”。這個運動過程是基於大陸板塊首先發生裂解，產生了一個裂縫，使得大洋深處的岩漿上湧。在初始階段，大陸漂移與海底擴張一致，但洋中脊噴出的岩漿很快被溫度較低的海水熄滅，因此海底擴張不能持續，但大陸板塊漂移後在其後面持續不斷地湧出岩漿並不斷被海水熄滅，這個熱力推動過程才能持續推動大陸板塊向前漂移。其基本邏輯很簡單：大陸板塊運動中其前方處於擠壓環境，地下深處的岩漿無法外泄，其後面處於開放環境，地下深處的岩漿持續上湧，推動大陸板塊向前運動。
圖3 新大陸漂移模型，A是漂移前的狀態，B是漂移後的狀態（梁光河，2013）
根據這個模型，大陸板塊漂移後會留下尾跡，也可能會留下火山島鏈、大陸碎片遺撒物。據此我們可以很容易通地過大陸板塊漂移過後的尾跡來追蹤其來源及漂移方向。這與刑偵活動中對足跡的分析類似，通過簡單分析就可以大致判斷嫌疑人的去向。
位於印度洋的馬爾地夫群島就是這樣一個典型。眾所周知，印度大陸板塊（主要包括當前的印度陸地）是從南往北正快速移動的一個較大板塊，印度大陸板塊從印度洋中部漂移到當前位置，並與歐亞板塊碰撞拼合，前端形成了著名的青藏高原和喜馬拉雅山脈。它漂移後在印度洋上留下了深切割的海溝，使得這些區域的洋殼變薄，引起印度洋深處的岩漿沿著這條薄弱的深切割海溝噴（湧）出，產生了這些島鏈。從圖4中我們可以很清楚地看出，印度板塊向北漂移中在尾部遺留下來一個明顯的刮痕，形成了馬爾地夫火山島鏈。
圖4 新大陸漂移模型與印度板塊漂移狀態吻合
新大陸漂移模型能合理解釋大洋中存在的諸多地形地貌特徵，也能合理解釋太平洋中那些線狀火山島的成因機制，推測出它們曾經是大陸板塊漂移後留下的軌跡和薄弱地帶。
大陸板塊漂移後會在大洋中留下類似車轍的深溝，這些深溝是大洋板塊的薄弱地帶。在大陸板塊漂移過後，大洋板塊深部的岩漿可能會湧（噴）出。按照這個推論，大陸板塊漂移後應該在洋殼上留下切割深度差不多的海溝，噴發出連續的火山島。為什麼馬爾地夫島鏈上不是連續噴發的火山島，而是隔一段一個火山島而且不均勻分佈呢？
道理其實很簡單，由於地球演化的歷史上溫度不斷變化，造成了全球海平面的持續性非穩定週期變化，有時候氣溫升高，海平面上升，在這個期間大陸板塊浮力就大，其漂移過程中切割洋殼深度就淺一些；當全球海平面下降時，這個期間大陸板塊的浮力相應減小，其漂移過程中切割洋殼的深度就大一些。因此，最終在洋殼深部受壓的情況下，岩漿會在切割深的區域噴出。
為什麼在馬爾地夫島鏈的最北部會出現一個掃尾特徵，這個島鏈並沒有指向印度板塊的最尾端，而是出現一個大轉彎呢？這是由於印度板塊在向北漂移的過程中伴隨著逆時針旋轉，古地磁和現代GPS測量表明，印度大陸板塊在北漂過程中的確伴隨著逆時針旋轉。在這種強勁的旋轉漂移過程中，由於受力不均衡使得斯里蘭卡板塊裂解脫離了印度大陸板塊，同時也使印度板塊尾部出現了一個明顯的掃尾特徵。
現代地質已經證實，印度板塊在北漂過程中，其前方（北面）存在一系列大小不一的板塊，他們被印度板塊推著在新生代向北漂移（圖5）。印支板塊（主要包括泰國、老撾和柬埔寨）是一個克拉通板塊（克拉通是大陸地殼上的古老而穩定的部分），推測其處於印度板塊的東側，在印度板塊前面獨自漂移，由於克拉通板塊切割較深，在印度洋海底留下明顯的尾跡，據此可以推測出處於馬爾地夫東部的九十度海嶺是印支板塊在北漂中留下的尾跡。印支板塊在印度板塊和歐亞板塊碰撞後，又被擠出形成了現今的地形地貌特徵。
圖5印度板塊北漂及小陸塊彙聚過程示意圖（據Scotese 2004和劉成林,2015修編）。
被證實的假設
既然新大陸板塊漂移模式對上述問題給出了合理的解釋，那麼它是否能得到地質學家的認可呢？
圖6給出了美國一個石油勘探公司在印度洋孟加拉灣所做的一條人工反射地震勘探剖面。從該剖面我們可以看出，其勘探深度可達40千米，如果考慮到地下深處的溫度變化規律，就會發現，該剖面正好位於新大陸漂移模型的尾部，完全吻合新的大陸漂移模型。地質學家已經證明，印度板塊是白堊紀開始從遙遠的南極洲分離出來並漂移到當前位置的。
該模型不但合理地解釋了馬爾地夫島鏈的成因機制，也能合理地解釋其附近發現的大陸板塊殘片，它們應該是印度板塊漂移過程中遺撒的大陸殘片。同時該模型也能合理解釋紐西蘭、冰島、日本、臺灣陸塊的成因及西北太平洋島弧成因。
圖6 印度洋孟加拉灣高解析度人工地震勘探揭示的深部結構與新大陸漂移模型吻合
本文給出的證據說明其成因機制是大陸漂移，它源於印度大陸板塊從印度洋中部漂移到當前位置，並與歐亞板塊碰撞拼合，前端形成了著名的青藏高原和喜馬拉雅山脈。馬爾地夫漂移後在印度洋上留下了深切割的海溝，使得這些區域洋殼變薄，引起印度洋深處的岩漿沿著這條薄弱的深切割海溝噴（湧）出，產生了這些火山島鏈。
要弄清楚馬爾地夫的成因，需要先瞭解大陸漂移和海底擴張兩個地球科學中的基本假說。
大陸板塊存在大規模水準漂移是地球上的普遍現象，而且當前還在運動，現代精確GPS測量和古生物古地磁都有確鑿證據說明大陸板塊會漂移，但其漂移的源動力是什麼？德國科學家魏格納在100年前提出大陸漂移學說，他認為大陸板塊自己會漂移，動力主要包括兩個，一是因地球自轉存在一個指向赤道的離極力；二是因地球自轉產生向西的力。
其後，地球物理學家經過計算發現這兩個力非常小，不足以推動巨大的板塊克服阻力發生漂移，更不符合邏輯的是這兩個力都是系統作用力，也就是說他們針對地球上的所有大陸板塊都是一樣的，那麼現實中應該發生大陸板塊統一向赤道漂移或向西漂移的情況，事實上並沒有發生這種現象。魏格納提出的漂移動力因而被業界否定。
魏格納後來也承認，大陸運動的起因這一難題的真正答案仍有待尋找，大陸漂移理論中的牛頓還沒有出現。
為了解釋大陸漂移的動力來源，美國科學家赫斯于1961年提出了海底擴張學說。海底擴張假說認為，由於洋中脊不斷噴發的玄武岩造成了海底擴張，像傳送帶一樣拖動大陸板塊發生漂移。基於泛大陸的裂解（泛大陸或者叫超級大陸，是指侏羅紀末期的那個全球唯一的超級大陸，當時全球的主要大陸板塊都拼合在一起，這些大陸包括歐亞大陸，北美大陸，南美大陸，非洲大陸，澳大利亞大陸和南極大陸，後來發生了裂解漂移形成了當前的地形地貌），其結論是現代海洋中的洋殼板塊都是160Ma以後的，洋中脊附近因為都是新生成的岩石，其年齡應該是0。事實果真如此嗎？
著名地學院士任紀舜等人於2015年在《地質評論》上發表了一篇論文——“尋找消失的大陸”，通過全球深海鑽探、海洋地質和地球物理調查表明全球大洋中存在大量的古大陸殘片。按照海底擴張假說，洋中脊上岩石年齡應該接近於0，事實上卻並不是這樣的，在赤道大西洋洋中脊附近發現大量古老的大陸岩石分佈，這些岩石年齡少則300Ma-330Ma，多則1600Ma-1850Ma。這與傳統的海底擴張假說完全不符。大洋中的古大陸殘片的發現否定了海底擴張假說。
赫斯等人是基於太平洋東北角和大西洋北部局部的磁異常帶與洋中脊平行提出海底擴張假說的，那麼全球所有的磁異常條帶都與洋中脊平行嗎？
2007年，法國地質局編繪了目前全球唯一的世界磁異常圖，遺憾的是該圖否定了條帶狀磁異常與洋中脊平行的這種所謂普遍規律。眾所周知，紅海是一個新生代才裂開的新海洋。按照海底擴張假說，磁異常條帶必定和洋中脊呈現條帶狀平行分佈，但實際上並不是這樣，在紅海西部，磁異常條帶幾乎與洋中脊垂直，而在紅海東部磁異常也並不呈條帶狀，而是呈現團塊狀沿著洋中脊分佈，沒有平行分佈的特徵。也許有人說，紅海是一個還沒有被完全擴張開的海洋，所以磁異常條帶與洋中脊不平行。不過，鄰近紅海的印度洋是一個成熟的大洋，那裡的洋中脊按照假說應該與磁異常帶平行。可二者之間並沒有平行關係。事實上在太平洋和大西洋等全球區域，大多數地區的磁異常條帶並不平行於洋中脊。
既然海底擴張不存在，那麼到底是什麼原因使大陸板塊發生了大規模的水準漂移？
從地熱學我們知道大陸上平均地溫梯度是每百米增溫3℃，超深鑽探也驗證了這個地溫梯度的正確性。這就意味著地表之下40千米處的溫度可達1200℃，大洋地溫梯度遠高於大陸，在1200℃的高溫下絕大部分岩石會變成熔融狀態的岩漿。
新的大陸漂移說認為，大陸板塊是飄浮在大洋板塊上的，其主體部分沉入大洋板塊中，隨著深度的增加溫度逐漸增高，岩石逐漸由彈性變為軟塑性（圖3），導致大陸板塊底部飄浮在大洋深處的岩漿上。
我們可以形象地把大陸漂移比喻成“平底熱鍋裡會自己跑的黃油”。這個運動過程是基於大陸板塊首先發生裂解，產生了一個裂縫，使得大洋深處的岩漿上湧。在初始階段，大陸漂移與海底擴張一致，但洋中脊噴出的岩漿很快被溫度較低的海水熄滅，因此海底擴張不能持續，但大陸板塊漂移後在其後面持續不斷地湧出岩漿並不斷被海水熄滅，這個熱力推動過程才能持續推動大陸板塊向前漂移。其基本邏輯很簡單：大陸板塊運動中其前方處於擠壓環境，地下深處的岩漿無法外泄，其後面處於開放環境，地下深處的岩漿持續上湧，推動大陸板塊向前運動。
圖3 新大陸漂移模型，A是漂移前的狀態，B是漂移後的狀態（梁光河，2013）
根據這個模型，大陸板塊漂移後會留下尾跡，也可能會留下火山島鏈、大陸碎片遺撒物。據此我們可以很容易通地過大陸板塊漂移過後的尾跡來追蹤其來源及漂移方向。這與刑偵活動中對足跡的分析類似，通過簡單分析就可以大致判斷嫌疑人的去向。
位於印度洋的馬爾地夫群島就是這樣一個典型。眾所周知，印度大陸板塊（主要包括當前的印度陸地）是從南往北正快速移動的一個較大板塊，印度大陸板塊從印度洋中部漂移到當前位置，並與歐亞板塊碰撞拼合，前端形成了著名的青藏高原和喜馬拉雅山脈。它漂移後在印度洋上留下了深切割的海溝，使得這些區域的洋殼變薄，引起印度洋深處的岩漿沿著這條薄弱的深切割海溝噴（湧）出，產生了這些島鏈。從圖4中我們可以很清楚地看出，印度板塊向北漂移中在尾部遺留下來一個明顯的刮痕，形成了馬爾地夫火山島鏈。
圖4 新大陸漂移模型與印度板塊漂移狀態吻合
新大陸漂移模型能合理解釋大洋中存在的諸多地形地貌特徵，也能合理解釋太平洋中那些線狀火山島的成因機制，推測出它們曾經是大陸板塊漂移後留下的軌跡和薄弱地帶。
大陸板塊漂移後會在大洋中留下類似車轍的深溝，這些深溝是大洋板塊的薄弱地帶。在大陸板塊漂移過後，大洋板塊深部的岩漿可能會湧（噴）出。按照這個推論，大陸板塊漂移後應該在洋殼上留下切割深度差不多的海溝，噴發出連續的火山島。為什麼馬爾地夫島鏈上不是連續噴發的火山島，而是隔一段一個火山島而且不均勻分佈呢？
道理其實很簡單，由於地球演化的歷史上溫度不斷變化，造成了全球海平面的持續性非穩定週期變化，有時候氣溫升高，海平面上升，在這個期間大陸板塊浮力就大，其漂移過程中切割洋殼深度就淺一些；當全球海平面下降時，這個期間大陸板塊的浮力相應減小，其漂移過程中切割洋殼的深度就大一些。因此，最終在洋殼深部受壓的情況下，岩漿會在切割深的區域噴出。
為什麼在馬爾地夫島鏈的最北部會出現一個掃尾特徵，這個島鏈並沒有指向印度板塊的最尾端，而是出現一個大轉彎呢？這是由於印度板塊在向北漂移的過程中伴隨著逆時針旋轉，古地磁和現代GPS測量表明，印度大陸板塊在北漂過程中的確伴隨著逆時針旋轉。在這種強勁的旋轉漂移過程中，由於受力不均衡使得斯里蘭卡板塊裂解脫離了印度大陸板塊，同時也使印度板塊尾部出現了一個明顯的掃尾特徵。
現代地質已經證實，印度板塊在北漂過程中，其前方（北面）存在一系列大小不一的板塊，他們被印度板塊推著在新生代向北漂移（圖5）。印支板塊（主要包括泰國、老撾和柬埔寨）是一個克拉通板塊（克拉通是大陸地殼上的古老而穩定的部分），推測其處於印度板塊的東側，在印度板塊前面獨自漂移，由於克拉通板塊切割較深，在印度洋海底留下明顯的尾跡，據此可以推測出處於馬爾地夫東部的九十度海嶺是印支板塊在北漂中留下的尾跡。印支板塊在印度板塊和歐亞板塊碰撞後，又被擠出形成了現今的地形地貌特徵。
圖5印度板塊北漂及小陸塊彙聚過程示意圖（據Scotese 2004和劉成林,2015修編）。
被證實的假設
既然新大陸板塊漂移模式對上述問題給出了合理的解釋，那麼它是否能得到地質學家的認可呢？
圖6給出了美國一個石油勘探公司在印度洋孟加拉灣所做的一條人工反射地震勘探剖面。從該剖面我們可以看出，其勘探深度可達40千米，如果考慮到地下深處的溫度變化規律，就會發現，該剖面正好位於新大陸漂移模型的尾部，完全吻合新的大陸漂移模型。地質學家已經證明，印度板塊是白堊紀開始從遙遠的南極洲分離出來並漂移到當前位置的。
該模型不但合理地解釋了馬爾地夫島鏈的成因機制，也能合理地解釋其附近發現的大陸板塊殘片，它們應該是印度板塊漂移過程中遺撒的大陸殘片。同時該模型也能合理解釋紐西蘭、冰島、日本、臺灣陸塊的成因及西北太平洋島弧成因。
圖6 印度洋孟加拉灣高解析度人工地震勘探揭示的深部結構與新大陸漂移模型吻合
本文給出的證據說明其成因機制是大陸漂移，它源於印度大陸板塊從印度洋中部漂移到當前位置，並與歐亞板塊碰撞拼合，前端形成了著名的青藏高原和喜馬拉雅山脈。馬爾地夫漂移後在印度洋上留下了深切割的海溝，使得這些區域洋殼變薄，引起印度洋深處的岩漿沿著這條薄弱的深切割海溝噴（湧）出，產生了這些火山島鏈。