《古蘭經》中關於山的地質學概念

Z.R.文爾納加爾

引言

《古蘭經》關於山的論述

《古蘭經》涉及山的地質學基本概念各章節

山的萬有引力不足額，表明山有根基

地球表面實際處於地殼均衡狀態的證據

現代地學論山

山的類別

山的成因

山嶽為什麼能穩固地殼

總結和結論

引言

照字義講,「山」〈拉丁文是:Montanus〉這個詞解釋作:「顯著突出于其周圍之上的地塊,且較山丘為高」。(韋氏第七版新大學詞典〈1971〉,美國B.&C.Merriam 出版公司. 《地質學術語詞典》(地質學術語詞典〈1974〉,修訂版,美國地質學會主編, Anchor Books Edition ,美國。)〈1976,289頁〉將山〈mount或mountain〉定義為高的山丘〈但在專有名詞前總是用mount, 而不用mountain〉。〈在上述引文中〉還將山定義為:較鄰近地區高出很多的地帶,通常是與長的山鏈或山脈相聯結的,但有時也會是單獨的、孤立的。同一詞典〈見前引詞典〉還從自然地理學的觀點補充道:地殼比較周圍表面高出很多的任何部分都可以叫做山。該術語通常適用於610米以上的高度,低於這個高度都看做是山丘,而高度很低時則看做是小丘。不過,在這同一本詞典中(207頁),山丘被定義為:「垂直的高度大體限制在305米以下,超過這個高度即為山」。實際上,在很多美國參考書中,把高度超過300米的都當做山。
山脈的定義是(見前引詞典):單獨的、巨大的實體,由一個接一個的山或間隔很近的山岭組成。它們有的有山峰,有的沒有山峰,在位置、走向、構造和年齡方面有很近的親緣關係。山脈是山系或山鏈的組成部分。前者被定義為:「群集在一起的、大體平行的若干山脈」;而後者被解釋為:「大體平行的若干山脈和山系集聚一起的複合連續系列。不考慮它們的形狀、構造和成因是否相似,但有一個總的縱向排列或明確的走向……」。換句話說,山脈是一系列大體平行的山嶺,它們都由沈積在同一沈積盆地中的岩石構成;而山系則由若干平行的或連續的山脈組成,這些山脈由沈積盆地雖然不同但褶皺年代卻大體相同的沈積岩構成。山鏈由走向和高度大體一致的兩個或兩個以上的山系組成,而迪勒拉山系(雁列山系)則由一個洲同一地域的若干山鏈組成(參看米利根Milligan,1977,445頁)。《自然環境詞典》〈Monkhouse & Small,1978〉將「山」定義如下:「顯著升高的地形,界以陡峭的邊坡,並隆起凸出的脊或單獨的頂峰。沒有特點的高度,但在英國通常定為600米〈2000英尺〉以上。除非是陡然高出周圍低地的高地,如象康韋山,在這種情況下有時使用術語Mount…·」。
《新不列顛百科全書》給山下的定義是:「較周圍地面相對來說高出許多的地面部分」, 又說:「因此,與巨大山脈如喜馬拉雅山連在一起的所謂山丘,若是處於其他的地方就是大山」。
與此相類似,《美國百科全書》中山的定義是:「地表高出周圍地區的部分」,又說:「通常,山脈逐段降低高度,通過山丘過渡到較低的叫做平原的地區。不過,有時過渡得非常快。山遍及全球,大陸和海洋地區都有」。
綜上所述顯而易見,山的所有通行的定義,包括字義上的和科學上的定義,都只局限於:這種地貌顯著隆起於其四周之上,它們的高峰和陡坡,以及它們存在於走向大體相互平行的山脈、山系、山鏈的綜合體中或者是單獨的高地。換句話說,山的所有通行定義都只局限在這種地貌的外部形態,卻絲毫沒有注意到它們的地下延伸部分,而這一部分近來已被證實是外部高度的好幾倍。
然而,1400年前降示的《古蘭經》卻始終一貫地把山說成是穩定大地表面的實體, 它使地表保持穩固,以免連我們一起搖動。還把山說成是大地的尖樁(或樁柱),作為固定的手段,從下面支持住大地表面〈即地殼〉。所以,簡而言之,《古蘭經》既描繪了山在大地表面上的外部凸起部分,又強調了山在地殼內向下延伸很多以及它們作為尖樁和固定地殼的手段的確切作用。降示這方面的知識,是在人們開始懷疑山在露出地表部分之下是否還會有根基之前的十二個多世紀,也是在人們能夠認識到山存在於地球表面上有什麼價值之前,而這種價值只在當前才被少數地質專家所理解。

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《古蘭經》關於山的論述

《古蘭經》中明確講到山這個詞〈包括單數和複數形式〉一共有39次〈單數6次, 複數33次〉,還有其他10節清楚表明山是穩定地殼的實體。《古蘭經》中講到山的這 49處,可以分成如下不同的九類:

I--講到高高升起的地貌的章節〈例如:2:260及11:43>

II--隱喻地強調山的巨大質量、高度或其巨大整體特性的章節〈例如: 13:31, 14:46; 17:37; 19:90; 33:72 及 59:21>

III--在一段比喻文字中只提到山〈單數或複數〉這個詞的章節〈例如:11:42及24:43〉。

IV--講到歷史上有重要意義的山如賽莫德人的那些章節〈例如:7:74,15:82及26:149〉。

V--講到曾出現奇蹟的地點的山〔象先知易卡拉欣*或先知穆薩,,在西奈的山〕< (例如:2:260及7:143,171>。

VI--提到山對人、畜的某些用途的章節,如作為庇護所的章節〈例如:16:68,81〉和作為泉水水源的章節〈例如,13:3;16:15;27:61及77:27〉。

VII--明確地把山說成是作為固定手段從下面支持住大地表面的尖樁(或樁柱)的《古蘭經》章節(例如:78:7)以及強調山作為穩起地殼實體的作用的其他章節〈例如:13:3;15:19; 14:15; 21:31; 27:61; 31:10; 41:10; 50:7; 77:27及79:32〉,或指出將山堅起的奇蹟的章節(例如: 88:l7)。這一組的第三類章節描述了山的某些物理方面,如山是由顏色和成因各不相同的岩石組成的(例如:35:27),或者強調山不是固定不動的,因為儘管質量巨大,山還是隨大地運動的〈例如: 27:88〉。這些章節清楚地概述了山的地質學基本概念,所以,是本文主要涉及的章節。

VIII--提到山的超自然的、神聖的、難以捉摸的狀態及真正崇拜真主的那些章節。〈例如:21:79;22:18;34:10及38:18〉。

IX--描述山在審判日的結局及其它完全毀滅情況的《古蘭經》專門章節〈例如:18:47;20:105; 52:10; 56:5; 69:14; 70:9; 73:14; 77:10; 78:20; 81:3及101:5>。

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 《古蘭經》涉及山的地質學基本概念各章節

《古蘭經》〈主要是一部引導的經典〉在不同的十二節裏概述山的地質學基本概念如下﹕

1--山不僅是在大地表面上看到的巍峨的隆起,還特別強調了山在地殼中〈以樁柱或尖樁的形式〉的向下延伸部分。因為尖樁〈或樁拄〉大部分埋藏在土壤或岩石中,以便把帳蓬的一端固定在地表上,所以山的大部分必定埋藏在地殼中。術語「尖樁」或「樁柱」,無論在詞義上還是在科學上,都比通常用於山的術語「根基」要更正確。在第78章〈《奈白易章》即消息章〉,《古蘭經》講到: 「難道我沒有使大地如搖籃,使山巒如樁柱嗎?」(78:7,8)

2--在另外十節裏,《古蘭經》強調山作為大地外層表面〈或地殼〉穩定實體的作用。這幾節說:
(a) 他展開大地,並在大地上安置許多山嶽和河流,他把每種果實造成兩性的,他以黑夜覆蓋白晝。對於能思維的民眾,此中確有許多蹟象。(13:3)
(b) 我展開了大地,並把許多山嶽安置在大地上,而且使各種均衡的東西生出來。(15: 19)
(c) 他在大地上安置許多山嶽,以免大地動蕩,而你們不得安居。他開闢許多河流和道路,以便你們遵循正路。(16:5)
(d) 我在大地上創造了群山,以免大地動蕩而他們不安,我在群山間創造許多寬闊的道路,以便他們能達到目的。(21:31)
(e) 還是以大地為安居之所,使諸河流貫其間,使諸山鎮壓其上,並在兩海之間設一個屏障者呢?除真主外,難道還有應受崇拜的嗎?不然,他們大半不知道。(27:61)
(f) 他創造諸天,而不用你們所能見的支柱;他在大地上安置許多山嶽,以免大地動搖,使你們不安；他在大地上散佈各種動物。他從雲中降下雨水,而在大地上滋生。(31:10)
(g) 他在大地上創造許多山嶽,他降福於大地,並預定大地上產生的食物。那些事,在整整的四天就完成了。那是用來答復詢問者的。(41:10)
(h) 我曾展開大地,並將許多山嶽投在上面;還使各種美麗的植物生長出來。 (50:7)
(i) 難道我沒有使大地成為包羅活物和死物的嗎? 我曾在大地上,安置許多崇高的山巒。我曾賞賜你們甘美的飲料。〈77:25--27〉
(j) 此後,他將地面展開,他便地面湧出泉水來,生出植物來。他使山巒穩定, 以便你們和你們的牲畜獲得享受。〈79:30--33〉為進一步證實山作為穩定大地的實體的作用,據說先知穆聖,曾說過:「當安拉創造大地時,地表開始移動和振動,然後他用山把大地穩住」(薩希‧艾哈邁德Sahith Ahmad 3/124)。

3--在這一組的第十二段經文裏,《古蘭經》要求人們細心觀察真主創世中的一些現象,包括山是怎樣安置的。這樣去思考，導致了地殼均衡理論的產生。這種理論可以解釋山是怎麼會豎立在地球表面上的。《古蘭經》云﹕
17· 難道他們不觀察嗎? 駱駝是怎樣造成的,
18· 天是怎樣升高的,
19· 山巒是怎樣豎起的,
20· 大地是怎樣展開的。(88:17--20)

4--在另一節裏〈見35:27〉《古蘭經》把山描繪成是由色調不同的白條帶、紅條帶以及其他黑的和色彩強烈的東西組成的。這或許既說的是大陸成山,又說的是海洋成山。
前者主要由花崗岩構成,顏色基本上是不同色調的白、紅兩色,後者主要由黑色火山岩構成。這兩種類型的山每一種都有其特有的〈化學的礦物學的〉岩石構成和特有的成因。難道你還不知道嗎?真主從雲中降下水,然後借雨水而生產各種果實。山上有白的、紅的、各色的條紋,和漆黑的岩石。人類、野獸和牲畜中,也同樣地有不同的種類。真主的僕人中,只有學者敬畏他。真主確是萬能的,確是至赦的。〈85:27、28〉

5--在這一類的最後一節裏,《古蘭經》強調,事實上山不是固定不動的物體,而是隨大地在運動的。《古蘭經》講:「你見群山而以為都是固定的,其實群山都象行雲樣逝去」。(27:88)

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山的萬有引力不足額,表明山有根基

萬有引力是作用於所有物體之間的普遍的吸引力,由牛頓定律表示如下: 式中F是作用於兩個距隔為d的質量m1m2之間的萬有引力;G為萬有引力常數.這意味著,兩個物體中無論那一個質量越大,則萬有引力也越大；而兩個物體相距越遠,則引力越小。因此,高聳於四周之上的陸塊會施加側向萬有引力,這是可以計算和測量的。測量這種引力的一個簡單方法是利用吊在鉛垂線上的鉛錘。象大地上的其他一切物體一樣, 自由懸吊的鉛錘被重力投向下〈如同大地上的一切物體,都與其質量成正比的重量,或一向下的重力,這是由地球質量施加在該物體上的〉。在密度均勻的理想球體表面上, 自由懸吊的鉛錘會被筆直地拉向下,而鉛垂線則直指球體的中心。但是,大地既非理想球體；構成地殼的岩石密度也不均勻。而且,凡是大地表面上有高高升起的陸塊的地方, 自由懸吊的鉛垂線就是向這種高的陸塊傾斜,因為鉛錘被陸塊的集中質量所吸引。不過, 人們一向觀察到,側向萬有引力的實際數值大大小於其計算值。

1749年,皮埃爾·布格(Pierre Bouguer)注意到了安第斯山鏈的山嶺使錯錘發生了偏斜,但其數值遠較對如此巨大的質量所作的計算值小得多。一個世紀以後,彼蒂特(F.Petit, 1849) 提到,鉛錘好象偏離了比利牛斯山脈。十九世紀中葉,英國測量人員在喬治‧埃非爾士指導下,在印度也觀察到了山的側向萬有引力計算值與測量值之間的類似差別。

喜馬拉雅山並沒有施加按其巨大質量所應有的引力。已知山脈體積及其岩石的平均密度,能很容易地估算出山的質量。應用牛頓萬有引力定律,很容易算出山脈作用於鉛錘的引力期望值。就喜馬拉雅山而言,假定山的密度平均和四周岩體一樣,並且假定山體是加在地殼上的靜載荷,則實際引力僅為計算值的三分之一。喜馬拉雅山實測引力僅為按該山脈地表以上質量所得期望值的三分之一這一事實, 被稱為「印度之謎」。J‧H.普拉特(Pratt,1855)向倫敦皇家學會提交了一篇論文,概述了這一問題,卻未做任何嘗試來解釋這個謎。僅僅兩個月之後,G‧B‧艾裏〈Airy, 1855〉向同一學會提出了這個謎的解。他(見上述引文)認為地殼的密度到處都是一樣的,並且認為高度不同是由於外層的厚度不同造成的。此外,他認為重量極大的山並不是由下面一層堅固的剛性殼支承的,而是「漂浮」在密度更大的岩石「海洋」裏。換句話說。山在海洋平面以上的過剩質量,由山在海平面以下的質量不足額〈與周圍岩石比較而言〉所補償。這一質量不足是構成山的較輕岩石向下延伸成為山根引起的。「山根」好象所有浮體一樣提供浮力支援。用艾里自己的話說〈見土述引文〉:「……可以把地殼位於熔岩之上的狀況十分恰當地比作木筏漂浮在水上的情況。如果我們注意(觀察)到,木筏中的一根原本其上表面比其他原木的上表面浮得高,我們可以肯定其下表面比其他原木的下表面在水中的部分要多」。

從上述引文顯而易見,艾里(1855)將地殼比擬作漂浮在更緻密的液態基底上的較輕岩石外殼。斷定密度小的物質以不同的補償深度漂浮在更密實的基底裏就可達到流體靜力學平衡。這樣,正地形(如象山嶽、高原和大陸)和負地形(如象海溝、海槽和海盆) 之間保持平衡狀態就容易理解了。確信大地表面上的正地物都有根基(好象冰山一樣), 並且漂浮在更密實的物質裏。這個結論後來得到了地震數據、重力數據以及地質測繪的支援, 被稱作為「山根假說」。現在,這個假說在科學界中享有更高的地位,而不僅僅是個純粹的假說。普拉特花了四年時間提出了一個替代假說,認為地殼的所有各個部分在某個統一的水平面之上均具有相同的總質量。他把這個平面叫做「補償水平面」〈參看普拉特,1959〉。當然,可以預料,比四周更高的地形〈如象山嶽〉具有相應、較低的密度。三十年以後,C‧E‧杜頓(Dutt011,1889)提出了術語「地殼均衡」，認為地殼不同部分靠體積和比重的不同而衡消。用杜頓自己的話說:「如果地球是由均質的物質構成,則其無變形的正常平衡形狀將會是一個旋轉正球體。但是,如果由不均質物質所構成, 如果某些部分比其他部分或密或輕，則其正常形狀就不會再是球狀的了。」較輕物質聚集的地方有隆起的趨勢,而較密物質存在的地方則有表面變平或沈陷的趨勢,對於引力使行星體趨向縮小而達到形狀平衡的條件,無論行星體均質與否,我建議取名為地殼均衡〈isostasy,源于希臘文isostasios，意思是「與…相平衡」。請比較一下isos與egual和statikos與stable〉,我倒更喜歡isobary這個詞,但它先被佔用了。我們還可以使用相應的形容詞:地殼均衡的〈isostatic〉。「一個由均質物質構成又不轉動的地殼均衡的地球,將會是一個正球形的……」。解決了山的萬有引力不足額問題,不僅導出了地殼均衡和山根這兩個概念,而且引進了重力測量這樣一種探測方法,根據相應的重力異常來探測地殼表面的質量變化。重力測量後來表明,在地殼變厚以便為山嶽提供浮力支持的地方,重力呈顯著的負異常。在這些地勢高的地方引起負異常的原因,是由於不太密實的地殼根基取代了較密實的地幔物質以致質量不足額。與此相類似,大洋盆地上較高的正重力值表明存在著過剩的質量,因為密實的地幌岩石離這裏的表面更近一些。這種地貌稱作「反根基」, 它反映大洋盆地「負」的地形〈水又代替了岩石〉。阿巴拉契亞山脈的負異常不大,表明該山脈的根基較淺。這合乎一個年代久遠的古老山系,其山根〈及重力異常〉正在消失,正象它的地形被侵蝕掉一樣〈Press & siever,1982,437頁〉。這些作者還補充道(見上述引文438頁): 「實際上,地殼均衡補償概念,包括'漂浮的大陸'和漂浮的高山等觀點,都是從這類重力觀察中發現的。但是,通過解決諸如質量不足額現象存在什麼地方,以及補償是否包括地殼根基還是由低密度地幔於補償,非常有助於我們理解的是造成它們的地殼均衡機制。低密度地幔好象伴隨著一個大地構造環境,包括近代火山活動、高熱流和低地震速度,這或許包括緊挨在莫霍洛維奇契禾連續面下面的部分熔融地暖。確實,地震提供的資料表明了地球岩石圈漂浮在一個更緻密的粘性基底〈低速區〉上,而大地表面處於地完均衡的狀態,恰似原木深在水上或柱子漂在液態基肩上。換句話說,地殼的表面形狀是由內部的不均勻密度加以平衡的。這就說明了為什麼高山下面的基礎是很深的低密度山根,也說明了為什麼大洋盆地下面的岩石比大陸下面的更緻密。這還說明了為什麼山根通常是山的海拔高度的好幾倍。

不過,不正常的隆起的凹陷在當代地球表面上範圍很有限,大部分地殼現在被大陸和大洋海床佔據著。況且,在地球表面上最高山峰〈埃菲爾土峰，海拔8848米〉和最低海溝〈馬裏亞納海溝,在海平面下10867米〉之間相差不到20公里〈19.7公里〉,和地球赤道半徑〈6378公里〉比較一下,這個高度差僅為0.3%。這就清楚表明,地球表面的地形起伏和地球的大小相比是微乎其微的,而且有助於大地表面的穩定,也使大地適宜居住。

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 地球表面實際處於地殼均衡狀態的證據

上個世紀積累的大量證據,證實地球表面實際上處於地殼均衡狀態。每當這種均衡被打亂,就立即開始均衡再調整,直到均衡得到恢復,儘管這種調整的速率據信是很慢的〈每年不過幾釐米〉。例如,總是可以觀察到:每當給地殼加載,就會有沈降反應;每當卸載,就會有上翹或隆起反應〈地殼均衡復原〉。可以驗證前一種情況的是:在水壩前,水和沈積物在周圍地區積聚所產生的影響;或某些現代火山周圍厚厚的火山物質積聚的影響。可以作為第二種情況的例證是:最後大冰期積累的厚冰層複蓋過的地區,厚冰蓋從全新世初期開始融化所帶來的影響。三十年代在科羅拉多河上修起了胡佛大壩以後,米德湖(Lake Mead)蓄的水(較次要的還有沈積在湖中的數以百萬噸計的淤積物)引起了地區局部沈降和地震活動顯著增多。相類似地,當更新世時期大陸冰川佔據了北美和歐洲的大片地區時,2--3公里厚冰複蓋的附加重量引起了地殼向下彎曲。可是,隨著全新世的到來〈大約一萬年前〉,氣候轉暖,冰複蓋開始融化,重量逐漸減少,地殼開始上升以恢複均衡平衡。在地殼均衡的這個回復過程中,在最近的8000--10000年間,哈得遜灣地區出現的隆起達330米之多,〈參看King in wright and Frey編,1965〉。同一期間,芬諾斯堪的納維亞古陸〈Fennoscandia,芬蘭/斯堪的納維亞〉地區上升了大約100米,而且據計算,在達到均衡平衡以前,還要再繼續升高200米〈Sauramo,1965〉。哈得遜灣和波羅的海周圍的連續海灘,為這種隆起留下了很好的證據。這僅僅是因為確信密度較小的岩石圈(約厚100公里)實際上漂浮在密度更大、更易變形的塑性軟流圈上面。還有,大陸地殼比大洋地殼厚得多,前者為30--40公里厚,後者僅5公里,而且密度2.7gm/〉較後者〈2.9gm/〉小。這個事實可以用來解釋為什麼大陸高出在大洋盆之上。所以,萬有引力和浮力定律肯定都對決定地球表面上的陸地高度起著重要作用。這就能很容易地解釋為什麼山嶽高聳而且具有很深的山根延伸到密度大的、粘滯的軟流圈〈在岩石圈下面〉裏。這是一個己為地震資料和重力資料證實了的結論。其次山嶽高聳是因為它們有深的山根漂浮在更密實、更粘滯的物質中;以及大陸比更密實、更薄的大洋地殼漂浮得更高,而岩石圈同樣浮在軟流圈〈或低速帶〉上。這些事實是不斷需要均衡再調整的有力證據。第三，重力異常被用來證實均衡再調整的作用，因為重力異常表明岩石圈中質量不足或質量過剩，從而表明地表預期會上升或下陷以達到均衡平衡。地殼某些區域出現重力異常,其值偏離「g」的預期值,表明該區域未達均衡平衡狀態。因為施加於地殼上的荷載變化,地殼在無任何外加力情況下出現的垂直運動,被稱作處於均衡平衡的狀態中。這類垂直運動有可能受到上地幔中物質橫向運動的調節,或者受到地幔這部分上層的相轉變的調節。第四,大陸中心暴露出的古山山根,被用來證實均衡再調整過程。由於不斷受到侵蝕,山脈被不斷抬高以保持其均衡平衡。這類垂直運動通常稱做造陸運動〈和造山運動大不一樣。造山運動主要包括水平力,而且在地區上有更為局限的趨向〉。造陸運動可能和侵蝕同步進行,直到山根暴露在大地表面上。這就可以解釋為什麼象阿巴拉契亞山與烏拉爾山這些比較古老的山脈不象比較年輕的安弟斯山、阿爾卑斯山或喜馬拉雅山那樣巍峨高聳,這些較年輕的山脈仍然在升高著，部分靠原始造山力,再就是靠均衡再調整〈參看卡佐Cazeau等,1976,411頁〉。在這樣一種內部構造作用和外部破壞作用之間的較量過程中,當剩下的山根深度不足以靠地殼均衡將山脈為高時,侵蝕作用最終會將山脈侵蝕掉。一旦山根厚度剩下的和鄰近的內陸殘餘一樣時〈大體平衡的厚度〉,造陸運動即停止活動,古老山系擴大著大陸面積,成為穩定克拉通的一部分。一個山系或山鏈最終已被消蝕為低丘陵地帶或平原以後,在其岩層中依然保留著它們以前存在過的證據。褶皺了的或斷裂的原生沈積岩會被完全侵蝕掉,只剩下裸露的被岩漿體侵入的變質岩,但其劇烈褶皺和擠壓能清楚地顯示出它們曾一度形成為山脈的山根〈參看貝瑟Beisser與克勞斯考夫Krauskopf,1975,188頁〉。

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現代地學論山

在現代地學範圍內,把山看成是地殼大大變厚的部分,是由不同構造〈和/或變形〉作用形成的,這種顯著地形不僅高聳於大地表面,而且也深深地延伸到下面的支援物質裏。山之所以保持高出於其四周之上,是由於它們浮在密度更大、更粘滯的基底裏,其侵蝕很深的山根可以達到其地面以上高度的十五倍多〈如東加利福尼亞的內華達山〉。這樣的浮力使山與其周圍地帶保持均衡平衡狀態,並且說明大量觀測到的現象。實際上,地震研究和重力研究都表明,在最高的山下面大陸地殼最厚,而大洋地殼總是薄得多,密度也稍大。單獨的高山地可以延伸成帶或脈達幾千公里長,而連綿的山脈能形成一個數百公里寬的山系。這些都顯示了有巨大力量存在的證據,這種巨大力量通過褶皺、斷裂、上沖斷層、岩漿作用,火山活動及變質作用等使地殼大斷面遭受變形。共同形成山嶽的這一類作用被命名為造山運動〈Oroge--nesis,源于希臘文, "Oros"=山,"genesis"=發生〉。提出過種種不同的理論來解釋山是怎樣生成的,但是沒有一種理論足可以全面解釋有關地質過程。然而,十多年前弄清楚了地球上較年輕的山帶看來與全球構造〈即地球岩石圈大板塊在下伏低速區或軟流圈上的運動〉有關。在如此大規模的大地構造範圍內,造山運動主要出現在各碰撞板塊的邊界外。在這些邊界處邊緣沈積物被褶皺,岩漿作用和活火山活動都很活躍。不過, 在試圖解釋山是怎樣形成的以前，應當先就山的已知類別做一簡述。

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山的類別

如上所述,山鏈中各山可能與個別地質構造如褶皺、斷層、火山活動有關,也可能與這些地質事件都有關。然而,整個山鏈的發展〈造山運動〉卻要依據更大得多的構造幕〈宏觀構造或全球構造〉予以闡明。

再者,不論形成方式如何,各個山的現有形狀還和大量其他因素有關,如象其年齡及在造山旋回中所達到的階段,所處的氣候條件及其裸露岩石類型的抗侵蝕能力,等等。實際上,山經過產生,發育,達到青年、壯年、老年,然後消蝕，最後消亡。今天大地表面上已知的最古老岩石據信是某些古山的山根,這些古老岩石當今形成了相對穩定的克拉通或者大陸的地盾區域。

按照山的幾何形狀、構造、岩石構成及/或年齡,山的主要類別公認有如下四種:火山、褶皺山〈或褶皺帶〉、斷塊山{或塊斷層出}及侵蝕山〈或上翹山〉。事實上,這些都是山嶽發展的連續階段,而不是各不相同的類型。火山代表這類巨大地形發展的最初階段,而褶皺山代表青年期和壯年期的發展頂峰,侵蝕〈或上翹〉山則代表老年期。在這些階段的任何一個階段上都可能生成斷塊山,不過傳統上把斷塊山當作山的單獨一類。可以把這四個主要類別簡述如下:

     1〉火山〈例如:東非的乞力馬紮羅山,墨西哥的帕里庫廷山,夏威夷的冒納羅亞
       山,意大利的維蘇威山,日本的富士山,等〉:

      火山是知名山嶽中最簡單的一類,其形式通常為孤立的山峰,由堆積的熔岩流、
火山碎屑及其他噴出火成岩構成,可能堆積得很快〈只幾年時間〉,也可能慢慢生長
(數千年或數百萬年以上)。

   這些噴發物可能堆積在火山口四周,形成火山渣錐〈如那不勒斯附近的維蘇威〉,
或者堆積在別的地方,形成火山。也可能流出到地表面,團結成寬廣的、坡度平緩的,
平頂的火山穹丘,其範圍通常有幾十或幾百平方公里,主要由重疊的和相互穿插的玄武
熔岩流構成〈「盾形火山」〉。這種熔岩流可能逐漸生長為一座火山,如象夏威夷的
冒納羅亞山(該山從海平面下427米處升高到海平面以上3960多米四高)和基拉韋厄
(KiLauea)山,以及冰島的大玄武岩堆積。

   火山的成因看來與深斷層有聯繫。深斷層在地殼下面延伸到地幔,地幔為火山提供
構築物質。換句話說,火山和地殼中的深斷裂直接有關,因此被認為是代表著山鏈發展
的最早階段。

   依據全球構造學,相信大多數火山一類的山與岩石圈各板塊邊界附近的運動相伴生。
這些火山的發生,或是板塊下層下向擾動的結果(例如:阿留申群島火山和卡斯卡德火山,
或是岩石圈板塊在大洋中央裂谷處拉裂的直接後果(例如:大西洋中央海嶺--冰島各火
山,聖赫勒拿山,以及與東非裂谷都有直接關係的乞力馬紮羅山和肯尼亞山)。

   確實,活火山多集中在一些狹窄地帶,特別是環太平洋周邊的島弧地帶〈據信在這
一地帶地殼由於下沈到地幔中而正在消減著〉,以及沿大洋中央海嶺一帶〈這裏至少
從一億五千萬到兩億年前就穩定地形成了新大洋地殼〉。

   阿留申群島是許多火山山峰,沿圓心在北緯、西經的圓周上展開達3200
公里。各島弧花環狀地鑲嵌在太平詳西部邊沿,其中許多島嶼的外緣線上有很深的大
洋深淵〈海溝〉。

   與此類似:許多地質學家認為大洋中央海嶺是真正的火山山脈。這些山脈高出大洋
底達1800米之多,而且多處地方被水淹沒達2700米。不過，在板塊構造學領域,認為這
類海嶺具有「對根」,而沒有山根,所以把它們包括在山脈中可能會引起激烈爭論。對
根是洋底地殼中高密度物質的堆積,以補償大洋海水的低密度,它們是被對流或熱柱從
下伏的上地幔向上噴射的。

   迄今為止,在大洋中央裂谷周圍己測繪了六萬四千多公里的大洋中央海嶺。從這些
海嶺初現的早期,就一直向地殼中這類斷裂的兩側源源傾注著新的玄武岩物質,構成新
的大洋地殼。最年輕的大洋地殼總是在深裂谷周圍,並且不斷地把比較古老的地殼推
開。現有的最古老大洋地殼其年代還不超過中生代,並且在板塊的會聚邊緣處目前正
在消減著,其消減速率大體相當於新大洋地殼形成的速率。

   有些火山在大陸上,如象阿拉拉特山〈Ararat,5100米〉、埃特納山〈3300米〉、

維蘇威山〈1300米〉、乞力馬紮羅山(5900米〉及肯尼亞山〈5100米〉等孤立山峰。

這些火山也是和克拉通內與地腹上層相通的深斷裂系統相伴生的。

    2〉褶皺山〈或褶皺帶〉:

         這類山代表山帶發展中青年期和壯年期的頂點,所以世界上的大山系〈如安
第斯山、喀爾巴阡山、烏拉爾山、阿爾卑斯山、侏羅山、喜馬拉雅山等〉均為其代表。
這類山系通常由範圍很廣的各類不同岩石所組成,包括榴皺、斷層、掩沖斷層及火成
活動等不同構造型式。沿著這些高度褶皺帶邊緣,斷層特別多,其中有些是正斷層,但
大部分是低角度的逆斷層、延伸達數百公里,把體積龐大的岩層推得一個壓一個達許
多公里〈掩沖斷層〉。

   野外觀測清楚表明,褶皺山發育之前通常先形成地槽。地槽是地殼中的一個巨大盆
地,其範圍常常寬數公里,長數百公里。上覆海相沈積物,這些沈積物一般來自300米以
內的深度沉積物以及成層火山堆積厚15000米以上。因此，據信地槽是斷裂很深、緩
慢而持續凹陷的盆地,如此厚斷面的沈積物和成層火山堆積作用保持同步。那麼,地槽
的形成必然包含著地殼的緩慢而連續的下拗作用,同時沈積物不斷沈積,並向熔融玄武
岩靠近。這裏,板塊構造理論能為地糟的形成提供線索。許多地震的探測證據證實了
大洋板塊的運動情況,是離開大洋中央裂谷而朝著其他板塊並伸向這些板塊的下面,在
這裏形成了大洋內的島弧--海溝系統,而消減(或下滑)板塊的岩石圈漸漸消失到地幔中,
其消減率與海床擴展速率相等。板塊消減可以說明大洋海溝形成的原因,而下傾板塊部
分熔融既可解釋熔融岩漿的來源,又可解釋火山島弧的形成。這些大洋海溝是沈積物堆
積的理想場所,所以大家認為,地槽發展於這樣一種構造活動帶內:這裏不僅在堆積的沈
積物重量下產生沈陷,而且靠一塊岩石圈板塊逐漸滑到另一塊下面來維持住這種沈陷。

   堆積在地槽中的沈積物最終會沈到某一水平面,在這個水平面上他們受到更緻密,更
粘滯岩石的包圍,而沈積物自身的浮力限制了在其自重下能夠沈下去的深度。在這一點
上,整個系統成為地殼均衡系統,靠載入不能增加沈積物的厚度。

   沉積物堆積時不斷發生褶皺和斷層。表面上的岩石脆弱易碎,所以這些岩石在流動
以前就會破碎，但在埋藏很深的情況下它們變成塑性的,並因褶皺和/或緩流動而改變
其形狀和體積。當沈積物埋藏得足夠深時就會熔融。這些熔融岩石膨脹而引起整個上
覆岩層隆起,冷卻後則形成為基岩,常常參與褶皺過程〈參看Bi1lings,1960〉。靠近
地槽邊緣處,岩層沿著大逆斷層被擠上來和擠出去,而在中央地帶岩石被推向上形成山
間高原。沈積期間有造山力活動這一論點,得到了固結前褶皺證據的支援。確實,當沈
積作用正在進行時,差異性下拗作用能引起褶皺,但在這個階段居於支配地位的作用力
可能主要是垂直力。沿地槽邊緣的逆斷層可能是由差異性沈陷的邊緣區域開始的。但
是由於水平壓應力和切線壓應力通常活躍在地槽史的晚期〈作為板塊碰撞的結果〉,
這類壓應力可能是掩沖作用的主要原因,它們最終會把已經變形的地層高到巨大的高度。
在亞洲的太平洋沿岸和大陸海岸外的火山島弧之間,料想目前存在著地槽區緩慢發育成
山脈的現代實例。

   綜上所述顯而易見,主要山系的發展是岩石圈板塊運動的結果。在兩塊板塊交界處,
一塊板塊可能做相對於另一板塊的向下運動,一個地槽開始發展,因消減作用而噴出的
火山物質疊覆成為島弧。隨後,地槽上的沈積岩和火山岩填充物向上升高形成山鏈。升
高時,或由於擠壓〈水平構造說〉,或由於填充物因重力而滑離升高中的隆起帶〈垂直
構造說〉,或者這兩者同時具備,而褶皺和斷層都得到發展。山脈還可能是由兩個大陸
浮在各自象傳送帶一樣的岩石圖上而互相碰撞造成的〈如象阿爾卑斯山和喜馬拉雅山〉。
在這兩種情況下,褶皺山脈都不是由於一個地槽變形而形成的,相反,是由許多地槽變形
所形成的。

   當今的各山脈過去肯定都比現在更高。這些山脈經過漫長歲月已被消蝕,留下的是
劇烈褶皺過和斷層了的原始隆起的侵蝕殘餘。整個山脈的地殼均衡回彈作用也會介入,
以便對侵蝕進行補償,並保持均衡調節,這個過程會繼續進行下去，直到山根露出地表，
其厚度變得與周圍岩石圈一樣，而山脈差不多完全成為平地。

    3〉斷塊山(塊斷層山)﹕

    這類山是因地殼沿著陡傾斜斷層或准垂直斷層隆起而形成的。沿斷裂一類的分離
帶,地殼斷塊傾斜錯落不一致能形成斷塊〈或塊斷層〉山。世界上許多地方有這種山,
常常是在鄰近初生海洋(如紅海)的地方或者在褶皺帶周圍。在褶皺帶,褶皺作用和低
角逆斷層作用之後,陡斷塊斷層作用期產生斷塊山於褶皺山脈的四周。

    斷塊山是地殼的巨大隆起部分,以斷層為界,形成地壘與地塹相交替〈例如:大盆地
和高原區或俄勒岡,加利福尼亞的內華達山,紅海斷裂和東非大裂谷周邊的山脈,等等〉。
其岩石可能全部結為結晶質的火成及變質雜岩,也可能帶有一層或薄或厚的沈積覆蓋層。
在整個地區破碎成地塊並且沿著斷層的不同平面經過千百萬年連續運動而被隆起到巨
大高度以前,最初沈積在地槽中的沈積覆蓋層有時會在變形旋回的早期被褶皺。在北美
洲科迪勒拉山系〈沿北美洲西部邊緣〉中,斷塊山大約是和其相鄰褶皺山與高原同時開
始上升的,這表明有過局部變形力活動〈參看Leet和Judson,l971,470頁〉。

   許多地質學家確信,塊斷層是地槽/造山旋回晚期階段的拉伸或張弛造成的。不過,
按照板塊構造學理論,大規模斷裂系可能歸因於板塊內的斷裂,隨後斷裂的岩石圈板塊
拉裂而互相分離,成為兩塊新的單獨板塊〈如象阿拉伯/努比亞板塊的分離〉。當斷層
作用能為削低的褶皺山脈提供所需的升高時，在這些削低的褶皺山的發育晚期階段也
可能生成斷塊山。

   4〉上翹(或侵蝕)山:

     這是些以前存在的山脈的侵蝕殘餘,全靠地殼廣泛上翹進行均衡調節才具有現在
的高度和外貌〈例如:奧札克山、阿迪龍達克山、阿巴拉契亞山、落基山、黑山、拉
布拉多高地等〉。老年山鏈經侵蝕而退化為削低地形時,均衡再調整使它們具有今天
的高度。在山鏈差不多完全夷平而成為原先已有的克拉通的一部分之前,這種削低的
高度代表著山鏈發育史的最後階段。

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  山的成因

   提出過兩種主要假說解釋山的生成:垂直構造說--斷言地殼中垂直運動佔優勢,

水平構造說--聲稱多數引起造山作用的陸地運動主要是水平性質的,並且和板塊構

造及大陸漂移有直接關係。

   不過,兩種假說都承認造山運動和地槽有緊密聯繫。前已指出,地槽是很大、很

長的凹槽,幾千公里長,幾百公里寬,填充了很厚的沈積物和層狀火山岩堆積〈15000

多米厚〉。這些填充物後來受到擠壓並隆起形成山嶽,有的有火成岩和變質岩結晶

質地核,有的沒有這種地核。

   垂直構造說設定,熱膨脹可能引起重力斷層作用〈或是下彎〉而形成地槽。而板

塊構造學則假定,這類凹槽是由於一塊岩石圈板塊消減到另一塊下面而形成的,是下

伏地幔中象對流和熱柱這類驅動力引起的結果。

   板塊構造學的中心思想是﹕地球最外層的固體殼〈岩石圈〉漂浮在一個薄弱的、

部分熔融的低速帶〈軟流圈〉上。大陸被看作是木筏樣的包體嵌入岩石圈中,而在

大洋盆地只有一層薄殼〈5公里厚〉蓋住岩石圈。最厚的大陸地殼約70公里厚,據說

位於阿爾卑斯山下〈參看Press and Sieve,1980〉

   岩石圈〈約100公里厚〉被斷裂系〈如大洋中央裂谷〉破裂成大約十二塊巨大

的剛性板塊,每塊板塊一直在單獨運動,互相離散或互相會聚,或一塊滑過另一塊。

   板塊沿離散接合處散開,伴隨著強裂的火山活動和地震活動。散開的板塊之間

出現前空間,被從岩石圈下面升上來的熔融流動玄武岩物質所填充。玄武質岩漿在

斷裂形成的裂隙中團結,生成新的海床物質,添加在分離著的板塊邊緣上,也因此添

加在擴展著的海床上。這種機制發生在一次又一次不斷重復的全過程中。

   據信玄武質岩漿大多來源於部分熔融的上地幔主要成分--橄欖岩。因為地幔岩

處在高溫和高壓之下,所以熔融多半是由圍壓的減小引起的,儘管不能排除溫度增高

的影響。溫度增高可能是由放射性元素衰變期間釋放的熱量引起的,而放射性元素

據認為既聚集在上地幔中,也聚集在地殼中。

   沿會聚接合處板塊互相碰撞,形成火山島弧、深海溝，引起淺源地震和深源地震,

也引起火山噴發。照板塊構造學的說法,造山運動主要發生在碰撞板塊的邊界處,這裏

邊緣沈積層被揉皺,岩漿作用和火山活動都很活躍。不過,因擴展速率不同以及碰撞板

塊〈大陸的或大洋的〉前緣的性質不同,在這類結合處形成的山帶各異。

   當緊靠一起的是大洋底和大陸邊緣時,沈重的大洋岩石圈下傾到較輕的大陸岩石

圈下面,消滅在下伏地幔中,一條近海海溝標誌出大洋底的下彎,而仰沖板塊邊緣被

揉皺並隆起成為平行於海溝的山鏈。大地震發生在兩塊板塊之間的傾斜接觸面附近。

海洋沈積物可能從下傾板塊土被刮掉,而成為鄰近山脈的一部分。這種岩石圈被消減

的會聚區稱為消減帶,在這個帶裏岩石圈物質的消減與沿著離散帶生成的新岩石圈等

量。捲入消減帶的岩石被變質。但當大洋板塊下傾到熾熱的地幔中時,其一部分可能

開始熔融,生成的岩漿會浮上來,形成火成侵入體和/或火山噴發。消減帶中岩漿的生

成可能是大陸主要組成成分花崗岩形成的關鍵要素。

   花崗岩岩漿據認為是由於富水岩石受到增高的壓力和溫度而部分熔融所生成的。

所以,據信在壓力不斷增長的受壓環境中,封存有水分的富含石英物質埋藏深度較淺

時即足以導致熔融,並生成花崗岩岩漿。不過,花崗岩岩漿大多在到達地表以前就失

去了流動性,因而形成岩基樣的巨大侵入體。

   安山岩岩漿在成分和性質上都介於玄武岩岩漿和花崗岩岩漿之間,因此安山岩侵

入作用和噴山都是十分常見的。但是安山岩噴出體通常更粘滯一些,因而不如流動性

較大的玄武岩岩漿形成的噴出體那樣廣泛。所以,單個火山可能噴出各種熔岩,它們

具有範圍廣泛的化學成分和不同的物理性質。

   再有,當前緣帶有大陸的一塊大洋板塊和另一塊大陸板塊相碰撞時,會聚作用

〈伴隨著大岩石圈因消減作用而引起的逐漸消亡〉將大洋盆地逐漸封閉在褶皺山

和仰沖大陸邊界上的混雜岩沈積之間,同時生成岩漿帶。這可能一直持續到兩大陸

相撞,板塊運動暫時停止的時候,因為大陸殼太輕了,它的組成部分不可能更多地被帶

到地幔中去。這時,下傾大洋板塊可能斷裂,大陸/大陸接合縫處的消減作用完全停止,

但可能會在碰撞板塊的另外地方再次突然開始。巍峨巨大的山鏈標誌著這類大陸/大

陸接合縫,這些山鏈由高度褶皺的和沖斷的岩層構成,與岩漿重合或相鄰。巨大的逆

沖和下地殼層的推覆都要導致地殼縮短很多,同時大陸地殼大大變厚。大約4500萬年

前開始形成的喜馬拉雅山。

  鏈,是大陸/大陸碰撞的一個極好例子。包含有地球表面最高峰的這條宏大山鏈,

是晚始新世時期承載著印度的岩石圈板塊沖進歐亞大陸板塊時產生的。這可以解釋

喜馬拉雅山下面非常厚的山根是怎樣形成的。

   一塊大洋板塊不斷俯衝到一塊大陸板塊的下面,直到發生大陸/大陸碰撞,並形成

陸內山帶〈碰撞山帶〉,從而大洋盆地閉合。這樣一種板塊構造旋回,按威爾遜

〈J‧T‧wilson〉的姓被命名為「威爾遜旋回」。威爾遜第一個提出了這樣的見解:

一個古老的大洋閉合後形成了阿巴拉契亞山帶,而後又重新張開形成為當代的大西洋。

   杜威和伯德〈Dewey and Bird,1970〉部分地指出過,任何試圖對山帶發育做出的

解釋,都必須說明大多數發育充分的年輕山鏈所共有的大量共通特徵,例如:

         1〉全長,走向呈直線形還是微呈弓形；

         2〉位於當代大陸邊緣附近,還是位於古大陸從前的邊緣附近而在當代的陸間；

         3〉沈積物主體的海洋性質,以及這些沈積物的強烈變形；

         4〉與火山活動的頻繁伴生；

         5〉某些厚的沈積序列是在完全沒有火山活動的極長時期內沈積的；

         6〉與山帶大多數沈積層序進行沈積的漫長時期相比,壽命短暫的強烈變形

和變質作用；

         7〉與山帶大體平行的、沈積、變形和熱模式各不相同的特徵帶構成情況；

         8)具有大量逆沖和物質轉移的複雜內部幾何形狀,極不相同的岩層序列並置

一起,以致原來的相互關係被掩蓋或遭到破壞；

         9〉地層縮短很多,以及常常有的地殼大大縮短的特徵；

         10〉變形和變質不對稱的情況；

         11〉垂直於山帶走向的明顯的沈積構成情況和厚度變化情況；

         12〉山帶下面基底岩層占主導地位的大陸性質。這些山帶某些區域具有基

性或超基性〈蛇綠岩套〉岩石的基底或上沖薄片的情況可略而不計；

         13〉沿山鏈緊靠大陸一側有一條沖斷層帶,通常帶有沖掩岩片和外來岩塊

〈或異地岩體〉；

         14〉有混雜岩帶〈由可測繪的地層單位構成。地層單位系破碎的、混雜堆

積的、扭曲的或別的方式變了形的多相岩石混合體,帶有發育的滑移構造和蛇綠岩雜

岩體〉;

         15〉有一個經受過多種變形的變質岩地核,帶有強烈變質的、混合岩化的深

成侵入岩體〉;

         16〉有深成、淺成和火山等各種火成活動的岩漿帶;

         17> 具有幾個時代的，走向一致或走向輻散的重褶褶皺;

         18〉有塊斷作用,特別是在山鏈的四周邊緣上;

         19)有很深的山根。山根深度和山脈質量及山脈高度兩者都成正比,並且其

深可達山高的15倍。

   這些特徵使人們清楚地聯想到是地槽沈積作用的特徵,或者是通常稱做正地槽的

活動帶沈積作用的特徵,這種活動帶是一塊大洋板塊消減到一塊大陸板塊之下的典型

產物。正地槽通常分為優地槽〈其特點為火山活動劇烈〉和冒地槽(以非火山地槽出名)。

   優地槽帶〈連同其基性熔岩、放射蟲隧石和雜砂岩、中性熔岩和碎屑火山岩以及

變質程度不等的其他沈積岩、火山岩和深成岩〉通常表徵出山系的中央山核。不過,

優地槽帶可能特別窄,甚至在某些較大的山脈中並不存在,這可能起因於造山作用重

復階段中的劇烈構造運動。成為優地糟帶邊緣的噴出熔岩和集塊岩與當代島孤中目前

正在沈積的完全一樣。厚厚的不含火山物質〈冒地槽的特徵〉的淺海沈積岩序列有

的會出現在與優地槽帶平行且鄰近的地帶。這些沈積岩序列通常出現在山鏈靠近叫做

大陸克拉通的古陸核的一側。據信大陸克拉通本身系古山根。

   青年山脈的這些特徵有力地支援了以下論點:當今配對的島弧/海溝系,連同其強烈

的地震現象和火山活動,完全有可能是處在形成過程中的山帶。

   宮城〈Miyashiro 1965〉認為,日本多山的島嶼屬於一個古島弧/海溝系,在中生

代晚期受到壓擠、經受過變質作用並被隆起。這些山脈都出露一對在長度方向上互

相平行且鄰近的不同變質帶。在太平洋一側主要露頭片岩,片岩所含礦物表明系在

溫度較低而壓力較高條件下生成〈例如:藍閃石、霰石、硬柱石〉,並且沒有任何花

崗岩基岩的蹟象。而在各島嶼西側的另一變質帶則含有花崗岩,其變質沈積岩的礦物

表明系在溫度較高而壓力較低條件下生成〈例如:矽線石〉。

   在太平洋四周別的地方〈例如:新商蘭和加利福尼亞〉也發現了這種配對的變質

帶,而且也是在晚中生代造山運動期間形成的。這些變質帶的大洋一側總是有「藍閃

石片岩」〈或「藍片岩」〉帶,而在大陸一側有高溫變質帶〈矽線石量片岩〉。

   「藍片岩」被認為是在大洋海溝條件下生成的,那裏恰好具備所需低溫與高壓。

相類似地,設想高溫變質帶代表著隆起的島孤,在這裏必定會得到高溫熱流。在

以藍片岩蛇綠岩淚雜岩為標誌的碰撞構造縫地帶尤其如此〈參看迪金森Dickinson,

1970,1971,杜威 Dewey 與伯德 Bird,1970;杜威1971及哈勒姆Hallam,1973〉。

   據此,杜威和伯德〈1970〉提出,山帶是板塊演化的結果,並且因大西洋型大

陸邊緣沈積岩和火山岩集合體的變形與變質,這些山帶得以發展。他們建議把

造山運動分成兩種主要類型。第一種「島弧/科迪勒拉型」,基本上是由熱力引起

的,在下傾板塊的上面〈即在消減區上面〉發育於板塊前緣,其標誌為成對的變

質帶、成對的冒地糟〈大陸架〉優地槽〈大陸架邊緣與海溝之間的區域〉的變

化規律,以及輻散沖斷層作用。第三種「碰撞型」,是由大陸/島弧或大陸/大陸碰

撞造成的.這一類型基本上是由機械力引起的,缺少成對的變質帶,其變質作用主

要是低溫型的(藍片岩相),而其沖斷層作用主要是朝著消減板塊並沖到它的上面。

這常常包括碰撞區附近基岩的全面重新活動,以及重力滑動進一步滑到古大陸架

所在地的上面。

   兩類山帶的另一個基本區別是:科迪勒拉型有一個緻密的基性山根(參看湯普

森Thompson與塔爾瓦尼Talwani,1964),它很可能與高溫、火山的變質軸下面的

基性侵入體侵位相連;而碰撞山帶的山根為矽鋁質,這或許是由於大陸俯衝和變厚

造成的〈參看杜威和伯德,1970〉。

   蛇綠岩帶通常標誌著在兩塊碰撞板塊之間存在著以前的消減區,而且這是許

多山帶的重要特徵。這種岩帶一般有放射蟲燧石伴生,據信放射蟲燧石系深海成

岩。蛇綠岩據認為在科迪勒拉型山帶中發育完好,並且在「藍片岩」海溝岩層的後

面形成廣延的上沖斷層區,其形式為橄欖岩、輝長岩和玄武枕狀熔岩的巨大沖掩

岩片或沖掩薄片。岩石的組成和構造使人立即聯想到被消減板塊向上擠進上伏岩

層的大洋地殼和地幔。這也會呈現為:海溝混雜岩中的較小孤立捕虜體,可能已

滑到海溝內壁下的有代表性的岩塊,大洋地殼岩片,上地幔岩片,或者大洋地殼

和上地幔岩片都有,以及從下傾板塊斷開的海底山的岩片。厚厚的劇烈變形了的

大洋沈積物,也可能被從下傾板塊上刮掉,貼敷在海溝內壁上,或者成為鄰近山脈

的一部分。隨後被隆起而出露為高度複合性質的所謂的混雜岩體,在混雜岩體中

剪切面代替層理而成為突出的構造特徵。

   碰撞山帶中的蛇綠岩塊是碰撞時從海溝擠出的,堆積在成為碰撞「接合線」標

志的濁積岩--混雜地縫合帶。如果較小洋盆是因島孤從大陸分離而形成的話,則

蛇綠岩枕狀玄武岩的成分可以作為判別標準,用來區分主大洋殼(拉斑玄武岩及

細碧岩)和較小洋盆的鹼性地殼〈參看杜威和伯德,1970〉。這兩位作者〈見前

引著作〉斷定:「雖然科迪勒拉島弧和碰撞機制可能是發生造山運動的基本途徑,

但山帶一般是這些機制錯綜複雜地結合在一起所產生的結果。」

兩位作者引證了阿巴拉契亞造山運動的演變情況(伯德和杜威,1970)。阿巴

拉契亞造山運動包括了奧陶紀的科迪勒拉--島弧機制和以後的泥盆紀大陸碰撞。

   杜威和伯德〈見前引著作〉還提到,由於微型陸塊和島弧橫掃特提斯海〈古

地中海--譯注〉--印度洋而引起的多次碰撞,阿爾卑斯--喜馬拉雅山系從早中生

代就一直在發育著。類似的內陸山帶,如象烏拉爾山,也被看做是複式組合體,有

地質年代差別很大的科迪勒拉山帶、微型陸塊和火山島弧,因主洋盆的閉合而並

置到一起了。

   這兩位作者提到了消減板塊邊緣膨脹與收縮轉換補償的可能性,使得各具特

色的火山活動帶、變形帶和變質作用帶有可能沿山帶走向突然終止〈見前引著作〉。

   侵入岩漿和噴出岩漿以及和它們摻雜在一起的沈積物,在仰沖板塊裏共同形

成一條岩漿帶。而在大洋海溝裏逐漸形成混雜岩複合體。經過長時間的岩漿活

動,由於補充了新噴發物和新的深成岩侵位,發育中的島弧其大小和高度都逐漸

增加。由於侵入火成岩體的浮力性質,島弧靠地殼均衡作用也不斷升高。如此巨

大的岩漿體在高溫下侵位,也導致周圍沈積物的變形和變質。

   在發育了的大洋海溝裏,不斷堆積起厚厚的、高度變形的岩石沈積楔,堆積方

向平行於岩漿帶,從岩漿帶向外朝向海洋。這種複式混雜岩是由碎屑沈積物和深

海沈積物兩者共同構成的(深海沈積物是從下傾大洋板塊上刮下來堆積到海溝朝

大陸一側的),通常摻雜有基性和超基性火成岩(蛇綠岩套)。當這類海溝有些可

能深達10公里以上時,混雜岩通常變質為高壓低溫變質級的「藍片岩」相。火山弧

混雜岩複合體不斷堆積,結果堆積物可能有足夠的厚度露出海平面以上而形成島

嶼,或者形成海嶺,在火山弧與碰撞板塊邊緣之間分隔出「弧前盆地」〈如印度尼

西亞群島〉。以後這些岩層變形,可能形成山鏈,類似日本列島的山脈〈參看宮城,

MiyaShiro,1961,1967〉。

   島弧通常伴有深源地震和重力負異常。這類島孤的形成至少有兩種方式。第

一種方式:消減區最初正好是在海上形成的,可能是在兩塊大洋極塊之間〈如阿

留申群島〉,在島孤和兩大陸間留下一塊「弧後盆地」。第二種方式:消減區最初

是在大陸--大洋邊界處形成的,那裏形成了火山孤,而後可能發展成斷裂,導致

與大陸分離〈如日本海中的本州島〉。

   普遍認為現代島弧代表大陸山帶形成的初始階段。如果海底擴紙在這個階段

停止下來〈不管由於什麼原因〉,造山旋回就可能停止在壯年島孤山階段,但如

果海底擴張繼續下去,則可能逐漸達到下一階段。

  2〉科迪勒拉山階段﹕

     如上所述,火山島弧通常是在大洋--大洋會聚邊界或大洋--大陸消減帶形

成的。在後一種情況下,板塊會聚形成消減帶,而消減板塊部分熔融則產生火山

弧。由於大陸和大洋岩石圈之間的裂縫一般是朝著海洋形成的,遠離它們的實際

接合處,所以火山弧常常在幾百公里之外的海裏形成,有一個弧後盆地將火山弧

與大陸地塊隔開。板塊進一步會聚致使弧後盆地閉合,並引起盆地沈積物、火山

弧本身和堆積在大洋海溝中的混雜岩複合體發生變形和變質。因變形弧後沈積

物、岩漿帶和混雜岩貼附到大陸一側,以及由於大陸這一側被揉皺,這個複合體

持續增長,可能形成象安第斯山那樣的科迪勒拉型山鏈。以後經隆起和侵蝕,可

能在大陸一側的弧後變質沈積物與大洋一側的混雜岩帶之間露出結晶岩的核部。

   至於說到大洋--大洋會聚邊界,則同一過程可能一直持續到科迪勒拉山鏈貼

附到漂浮在仰沖板塊上的最近的大陸為止。假如沒有靠近的大陸,則造山旋回

可能停止在火山島弧階段。與此相反,如果兩塊會聚著的大洋板塊都在它們的

未端承載著大陸,則大洋地殼的持續消減最終可能導致大洋盆地閉合,兩塊大陸

地塊碰撞,沈積岩和火山岩都更進一步變形和變質。這就導致造山旋回的最後

階段。這個階段的代表是陸間碰撞山。

   3〉碰撞山階段﹕

     這是造山旋回的最後階段。在這個階段,當兩個大陸地塊中間的大洋閉合,

所有存在於其間的一切微型陸塊、島弧或科迪勒拉山均被掃掉並被壓碎以後,兩

塊大陸地塊之間發生碰撞。杜威和伯德〈1970,2641--2643頁〉寫到:

   「有海溝的邊緣可能伴隨著一個存在著的或正在發育中的科迪勒拉型造山帶,

或者伴隨著一個由弧--大陸碰撞所形成的邊緣……當大西洋型邊緣被推進到海

溝上面時,發育的構造很可能最初類似於已經描述過的島弧--大陸碰撞中的那種

構造,這包括大陸基岩的斷裂和逆衝而形成覆蓋層的核部。大洋地殼、燧石與泥

屑岩以及濁積岩,受到擠壓並逆沖到較低推覆體的上面。不過,俯衝的大陸岩層

其浮力最終會阻止進一步的消減作用,下傾板塊可能破裂並沈到軟流圈裏面

〈麥肯齊Mckenzie,1969〉。這時,板塊消減的單純海溝帶將被大面積的岩石圈

開裂和斷裂所取代……最後,很可能在被碰撞大陸的大西洋型後緣附近形成一條

新的海溝」。

   「板塊邊界的這種變化結束了山帶的生長。但是,碰撞縫依然留有痕蹟:一是

有一條極高的山脈,由強烈褶皺和沖斷的岩層構成,和岩漿帶重合或相鄰,再是大

陸地殼變得很厚」。

   上升得如此高的山一經形成,侵蝕作用即行開始把它們磨低。侵蝕的岩屑碎

石被搬到大洋和大海以及山間谷地,結果岩石迴圈可能一再重復。當侵蝕作用將

大量岩石體搬動時,均衡調整作出反應而逐漸將山抬高。當山鏈最深的山根抬高

到地殼深度較淺的位置時,長時期的侵蝕結合均衡調整最終將把山鏈降低到大陸

的平均厚度。這樣看來,山嶽在大陸地殼的演化中起了重要作用,正如大家確信

的那樣,由於線型山體附加到大陸兩側〈如美國東部的阿巴拉契亞山和南美洲

西部的安第斯山〉,大陸漸漸增長擴大了。這個假說暗示,幾乎所有大陸地區都

曾經象山一樣高,其後因侵蝕作用而被剝低到現在的高度;大陸心臟地帶比較穩

定而古老的克拉通地盾,不過是這些古老山脈的山根。

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 山嶽為什麼能穩固地殼

   如上扼要講到的,岩石圈〈大洋下約70公里厚,大陸下100--150公里厚〉被裂

谷系〈如大洋中央裂谷〉分裂成大約十二塊巨大的剛性板塊,漂浮在塑性軟流圈

上,自由移動著相互遠離或相對或相互錯開。在每塊板塊的一條邊界上有熔融岩

石升起,形成新的洋底。而在相對的另一條邊界處該板塊滑到相鄰板塊的下面,

在下伏地腹中消減,其消減速率恰好與海底擴張速率完全一樣。一塊理想矩形的

板塊因而會有一條邊生長于大洋中央裂谷,相對著的一條邊消減到仰沖板塊的軟

流圈裏,而另外兩條邊則沿著轉換斷層滑過毗鄰板塊的邊緣。由此可見,岩石圈

板塊儘管具有剛性,卻不停地繞著地球移動。由於板塊馱著大陸,所以這些大陸

也相向或相背地漂移著。當一塊板塊在另一塊下面受壓並熔融時,比較粘稠的岩

漿被侵入,而較輕的、更具流動性的岩漿則噴出後形成島弧,最終成長為大陸,貼

附在相鄰大陸的邊緣,或者著兩塊碰撞大陸之間受到擠壓。沿著許多當代大陸的

邊緣和在大陸內陸都發現了可能是以前島弧的痕蹟。

   岩石圈板塊的離散和會聚並不局限于大洋盆地,沿大陸邊緣以及在大陸內地

和大陸之間也能找到。紅海和加利福尼亞灣〈系大洋裂谷的延伸〉現在都在變

寬,前者速率為3釐米/年,後者為6釐米/年。相反,印度板塊和歐亞大陸板塊相碰

撞,形成了喜列拉雅山鏈,那裏有地球表面的最高峰。

   無論是在海底還是在陸上,在離散邊界處火山也很多。這類火山大多活動了

2000--3000萬年,但也有些持續活動了一億年或甚至更長〈如加那利群島〉。

在這樣漫長的活動期裏,火山已從不斷更新的板塊邊緣被移動了幾百公里,大抵

已在給它們供應岩漿的岩漿體範圍之外了,因之漸漸沈積而死亡。太平洋海底有

大量淹沒的古老火山(海底平頂山),這些火山曾露出大洋表面,但以後因下伏地

殼從擴張區移動開並下沈了,它們也就沈沒到大洋面以下了。

   大陸造山帶是板塊邊界處相互作用的結果。當兩塊大陸開始碰撞時,這種相

互作用達到頂點,導致兩個大陸邊緣相當厲害的揉皺作用,而按合處所有形式的

活動也即行終止。兩塊岩石圈板塊熔合到一起,同時地完以巨形沖斷層和下構造

層推覆體的形式顯著縮短,地殼還以向下延伸數倍於山鏈高度的深山根形式而顯

著變厚。結果,由於板塊運動在這些地方差不多完全停止了。這些巨大的山鏈連

同其很深的山根穩定著地殼,再者,塑性軟流圈的概念使我們有可能地解為什大

陸高出大洋盆地之上,以及為什麼大陸下面的地殼比大洋下面的地殼厚得多。這

表示,由於山有很深的山根,所有高地如象高原和大陸必定都有相應的根基,向下

延伸到軟流圈裏一個異乎尋常的距離。換句話說,整個岩石圈漂浮在塑性或半塑

性的軟流圈上,而岩石圈的隆起構造只是靠這些構造紮向下的根基才保持穩定的。

   岩石圈板塊朝著熱量傳到岩石圈底面的方向四下移動,而且或許還因為在地

質史上地球自轉速度更快的緣故。據信這兩種作用在過去的地質年代都活躍得多,

因此有人預言,板塊運動在過去比較快,而由於山鏈構造穩遠和大陸的擴大正在

緩慢下來。地球自轉穩步趨緩可能有助於此。地球自轉趨緩據認為是太陽和月

亮這兩者的萬有引力作用的結果也是從地球內部傳到地球表面的熱量更少的結

果,而後者是由於放射性物質不斷衰變造成的。

   板塊所有邊界處都有地震。沿離散邊界的是淺源地震,但沿消減帶的地震震

源很深(可達700公里深)。板塊沿轉換斷層互相滑過的地方也會發生地震現象。

沿斷層面的運動並不是連續不斷的,而是突然猛地一動,將聚集的應力釋放出來。

   各岩石圈板塊並不都按同一速度運動。板塊離散快的地方,噴出熔岩在廣闊

的地帶上擴散開來,形成寬闊的大洋中脊,兩側緩坡〈如東太平洋海隆〉。

   與此相反,板塊緩慢離散使噴發熔岩得以積聚,結果形成陡峭的山脊(如大西

洋中央海嶺〉。利用磁異常帶測定離開擴張中心的運動速率是比較簡單的。現

在可以認別這些異常帶並斷定其年代,一處異常距其擴紙中心的距離可以很容易

地測出來,因而可以計算出平均擴張速率。

   大洋中脊處的擴張速率通常給出的是半速,即一塊岩石圈板塊離開洋脊的運

動速率。全擴張速率是源自洋脊處的兩塊板塊之間的差動速度。海溝處的板塊

速度是全速率。在板塊之間的差動速度。海溝處的板塊速度是全速率。在板塊

和板塊邊界的運動模式中沒有什麼是固定的,所速度都是相對的。擴張速率不等,

從北冰洋的大約1釐米/年,到赤道太平洋的大約8釐米/年。

   在海溝和造山帶,板塊之間的會聚速率可由已知的板塊轉動量加法計算出來。

勒皮雄LePichon〈1968〉收集了一整套的這類計算,列出了海溝處高到9釐米/年

和沿山帶低於6釐米/年的所有會聚速率。只要已知板塊轉動速率，沿轉換斷層

的滑動速率也能很容易地計算出來。

   磁異常帶圖形和沈積物厚度表明擴張模式和擴張速度在地質史上是各式各樣

的,也表明沿大洋中脊的活動在時間和地點上都變化多端,因而洋脊或出現、或

消失、或遷移。

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 總結和結論

   山一直被看作是有以下特點的突出地貌:高高隆起于周圍地面之上,高聳的山

峰和陡峭的山坡,存在於走向大體平行的山脈複合體中,或為單獨孤立的山峰。

然而,1400多年前降示的《古蘭經》,卻始終如一地把山說成是穩定大地的實體,

山使大地表面穩固,以免連我們一起搖動。還把山說成是尖樁〈或樁柱〉,作為

固定的工具向下拉住大地面。所以,《古蘭經》以簡明的文字既描述了山從大地

表面向外隆起的情況,同時又強調了山在地殼裏向下延伸,以及它們作為地殼的

穩定體和固定之物的確切作用。這些事實只是到了十九世紀中葉才開始為世人

所知〈比《古蘭經》的降示差不多晚了十三個世紀〉,那時喬治‧艾里

〈1865，曾試圖解釋鉛錘靠近山體時其偏斜量為何較之按萬有引力所得計算值

要小〉始於認識到,山在海平面以上的過盈質量,是由下伏山根為提供浮力支援

而表現出的質量不足額所補償。艾里〈見前引著作〉提出,重量巨大的山並不是

由堅固的剛性地殼在下面支撐住的，而是「漂浮」在致密的岩石「海洋」裏。在這

種塑性的非剛性的緻密岩石「海洋」裏,高山被浮起到一定深度,和冰山被靜水力

浮起的情況差不多,冰山水下部分的巨大冰體所排出的水提供了浮力。山脈與其

周圍的一部分地殼處於地殼均衡的關係。就是說,山只不過是巨大岩體的頂端,

象冰山漂浮在水裏一樣地漂浮在密度更大的基底裏。比重平均為2.7〈即花崗岩

的比重〉的山可以沉到塑性矽美質岩石(比重為3.0)中，漂浮山脈的「根基」大約

為其整體積的十分之九,而山僅為十分之一。在某些情況下,山的「根基」與其海

拔高度之比有可能高達15:1。

   這類觀察導出了地殼均衡的概念〈達頓,美國地質學家,提出了地殼均衡原理。

1889〉,並且引進了重力測量的原理。 再者,地震證據和重力證據都表明,在山

下面地殼最厚,而在大洋盆地下面地殼最薄。這些事實直到六十年代初板塊的

造學理論開始迅速發展之時才為人們所理解。按照全球構造學的這個理論,岩石

圈被主要斷裂帶割裂成若干板層或板塊〈約100公里厚〉,漂浮也密度更大、塑

性更大的基底(軟流圈)上,因而在軟流圈上滑移,在整個地球表面上移動。地震

和強烈的火山活動帶都勾畫出這種岩石圈板塊的邊界。這些板塊在其離散邊界

<大洋中脊〉被上升的熔岩擴大著，而上升熔岩則形成新的洋底;在會聚邊界卻

因其返回地球內部被熔融而消減。在其餘邊界處板塊只是沿著轉換斷層相互滑

過去。如此看來,儘管板塊具有剛性,還是在地球上四處移動;而且板塊還馱著大

陸,導致了大陸漂移現象。

   當岩石板塊在地球表面四處水平運動時，它們時時碰撞，形成高高的山脈。

形成的產物取決於碰撞點的板塊構成，不過無論如何都要形成海洋山脈和大陸

山脈(島弧,火山,科迪勒拉山鏈及碰撞山)。

   當一塊板塊在另一塊板塊下面受壓並熔融時,較輕的岩漿上升形成島弧,最終

將成長為大陸。所有大陸據信都起源於這樣的過程。大陸--島弧或大陸--大陸

進一步碰撞會導致大陸的進一步增長,並導致地殼穩定。地震資料表明,大陸地

殼比大洋地殼厚6--8倍〈30--40公里對5公里〉,而密度稍小一些(2.7對2.9)。

   各岩石圈板塊並不都按同一速度運動,而且據信這種運動速度正在逐漸緩慢

下來。運動是如何發生的,其細節仍然懸而未決,但提出了兩種假說:對流擴張假

說和重力擴張假說,前者似乎得到了更多的支援。板塊可能朝著熱量傳到岩石圈

底面的方向四處移動,而這種運動在地質史上顯然更快,因為過去地球自轉速率更快。

   山作為地殼穩定體的作用,通過非常深的山根可以看得很清楚,而且下面這一

事實被證明是有道理的:只有當一個大陸與另一個大陸碰撞,形成被認為是造山

運動最後階段的碰撞型山時,岩石圈板塊的運動才停止下來。如果沒有山,岩石

圈板塊的運動就會更快,而且會碰撞得更厲害。

   還有,通過造山旋回，地殼周期地更新,大陸逐漸擴大。當沒有足夠的山根可

以靠地殼均衡作用把山脈抬起時,侵蝕作用最終蝕平山脈。在侵蝕掉的古老山脈

下面,地殼厚度與大陸內陸殘留體的大體均衡厚度一樣。這時,古老山系成為穩

定克拉通的一部分,大陸面積最終擴大了,大陸開始漂移,而在大陸一條或幾條會

聚邊界處開始形成一條或幾條新的山鏈。

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