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74、冷柔
在讨论用地内强热动力观点研究地球水环境、生态环境前,首先回顾一下地球上水资源的分布状况(表4-2)。
表4-2 地球上的水量分布
水既是地球环境、生态环境的主要组分和运动载体,同时也是人类生活和生产用地的资源,从现代地球科学观点出发要统一进行研究,才能构成比较全面深刻的完整科学概念,统一对待水资源开发利用和水环境物质运动的各项对策。从地球深源强热动力学理论认为地球内外水组分的分布和运动形式更为广泛,要考虑水组分的分布范围比常规概念更广泛,即要扩展到下地壳、上下地幔乃至地核部分。近年的深部地质研究、超深钻探、超深地球物理探测表明,地球内部的各岩浆中照样存在一定数量水分,在强热和超高压的状况下,它们以各种形式赋存在岩浆和地幔、地核中,并不断通过岩浆强力上涌的剧烈运动从深部物质中分离出来喷注到岩石圈的表浅部位,以火山、隐火山、气火山、海底火山、地内强热爆炸、喷气喷水等方式喷排到地球表面地带,这部分的岩浆水数量很大,估计为地球现有水资源总量的10倍以上,这些深层水将在今后陆续转化成常规水或岩浆水补给地球水圈,在一定技术条件下,可以被人类所提前利用。这一猜想将彻底改变人类淡水资源匮缺的恐惧感。关于更深层地下水资源的开发和利用问题,可列为超前科学研究方向。
超深地内水的运动涉及更广泛的地球科学问题,如成矿、火山、地震、地质构造运动,物质垂深运移的载体,对地质环境、地质构造运动和生态环境、地球灾害研究思路开拓了新的内涵。
新的地球物质运动理念必然扩大了水在地球表浅部的循环运行模式,总的趋势是循环深度扩展到上地幔、下地壳甚至更深的部位,比原来的地下水循环、深度增加了10~30倍,因而就会引起一系列水量、水质和携带组分的变化。在运动形式上变化更大,不再只是涓涓细流、片流、渗流,更增加了高流量的急剧喷涌、超高速管涌状态。这就给地下水、地表水的运动增添了更为多样的形式。水环境的污染、净化和再利用中也要考虑这股重要原始自然源附加组分的作用。丰富的超深地内水还将成为地内热地质能、热能和化学元素输送的载体,这些深源的水会给现有的水化学、环境水化学带来多少新概念扩充呢?有待水文地质、水化学和水环境学家来探讨。
新的水环境概念对海洋水环境的研究,也会带来一系列补充和修正。
这部分深层水资源如以地球总体积1.083×1021m3的0.1%计算总量应为1.083×1018m3,折合1.083×109km3。
新的水运动模式也同样支配着气候、陆地和海洋水文学的运动概念更新和扩展。相应波及地下水管涌、喷溢、过量开采、矿业水循环,所以导致地表面沉降、海水入侵和地下水咸化问题。目前地下水、地表水、海洋水的运动模式和生态环境行为是建立在传统的地球水体运动的基础上的,新的地球水体概念则要将低能水与高能水解析开来,析理出地内高能水体对水环境的超强作用和水环境效应。
冰川和大陆冰盖集聚着大量的淡水资源。因此,冰川和冰盖的现状和动态具有重要的资源、环境意义。近年来由于全球气温的持续升高,山岳冰川普遍退缩消减,雪线普遍上升,冰川大量消失,这在世界各山系的航天遥感图像中都有明显的反映。南极地区的冰盖也在相应地消融、崩解着。
南极洲冰盖消融问题,是当前地球环境变化的焦点和敏感点,为探讨本课题的地球深部热动力背景,我曾分析对比过不同时期,不同物候条件下的很多航天遥感图像,虽然由于冰盖广覆,基岩出露面积太少,难于进行详细的地质构造分析,但仍可以看出南极大陆的基本构造轮廓。南极大陆的结构、热动力仍然是若干深埋的圆涌结构,分为大中小三级。一级就是南极大陆整体。二级为玛丽·伯德地体、恩德比地体、威德尔地体和分布在罗斯陆缘附近的地体。它们构成南极大陆的四个构造块体中心和热动力核心。三级的岩涌中心有12~15个,它们平均面积虽小,但根深热动力蓄势很大,是南极大陆地质构造运动的驱动点,它们目前多表现为热力高、冰盖稀薄,处于消融状态,唯独南极点的圆涌表现为负热状态。近代在这些热圆涌构造的冲涌下,南极大陆曾经历过小角度的顺时针旋扭,形成一系列旋扭断裂,大陆外缘向外扩展,就在这些中小型圆涌结构的顶端和旋扭断裂附近,冰盖从底部消融,形成大陆内部和边缘的冰盖消融点、带。这一推论与目前普遍认为的冰盖消融冰山向外崩漂是由于大气变暖的看法截然相反,事关重大理论争执和地球环境对策,也牵涉到全球生态环境变迁的地内热动力说的理论指导作用,愿与地球科学、环境科学界认真探索,以求正本溯源,引导地球生态环境研究正确发展(图4-3,4-4,4-5,4-6;图版6-3)。
图4-3 南极冰盖航天遥感全貌
图4-4 南极冰盖的基岩盘热涌消融
图4-5 南极巨型冰架崩塌
图4-6 2009年4月南极冰缘巨型崩塌的地内强热涌冲击全貌示意图
2009年4月初威尔金斯冰架的北部发生了由地内热上涌造成的大范围冰盖崩塌,冰崩面积约700km2,崩解呈明显的圆涌爆裂形态,说明这正是很多个地源热上涌结构的一处触发突变事件。这样的地质事件在世界各地的陆地很广泛并经常发生。因此撰写了下面的论述。
为加强地源热动力背景探索,精细解析南极冰盖消长动态,首先得从深源热动力冲击引起冰缘巨型崩塌事件谈起。
南极冰盖的消长运动牵涉全球环境变迁动态,近年来引起世界冰川学界、地质学界、气象环境学界的普遍重视,流传着种种假设,但是由于冰盖范围大,难于地面现场全面观测,特别是地质学界的介入较少,所以很难取得冰盖运动、消长的全面地球科学背景研究数据。自从有了航天遥感资料以来,我经常关注这块冰大陆的冰川地学问题。2009年5月12日《中国国土资源报》第2版报道了英国邮报的一则消息,同时也列述了有关学者的一些见解。纵观南极冰盖的研究,存在一种偏向,即对地质学背景的全面研究很少,全面积的冰原结构、运动研究得也很粗略,多由局部现象出发,缺乏全面精细解析,过分强调气温增升因素,因而很难取得令人信服的全面、深刻的科研成果和结论。
根据对全境遥感图像的观察,冰盖内部和边缘的结构形态和运动形式与陆盘的地质地形和地源热动力背景存在极强的相关性。大致可概括为四种运动型式:①强烈的深源强热动力冲涌。表现为圆形爆裂、冲涌(隐火山、地震高能迸发),这次冰缘的巨型崩塌,就是典型事件,参见遥感图像和地质动力背景解译图(图版6;图4-3,4-4)。这种结构连同陆盘基底一起受到强力冲涌,热力强大,持续久,尽管平面仅占10%的范围,但影响当量占总动力的50%左右,而且是一种主驱动热力源,应该作为监测的重点。这些热动力中心还不时喷射地源气体和粒子射束,我推测南极臭氧空洞很可能与这种地内能喷射有关。②陆盘区域性热底烘。这与陆盘的块断运动相关,为侵入岩、隐火山群等背景,范围很广,达到80%的地域。对冰盖的消融当量约30%。③冰体自身的冷柔流。这种运动同样会产生热效应,特别在陆盘地形陡峻地段和冰缘地带。热当量为13%左右。④冰表面大气升温影响,热当量仅占7%左右,所以单纯地强调大气升温的影响而评论南极冰盖的消长是不全面的,南极冰盖真是在消融吗?作者认为得从地质近代动力背景认真论证。所以应该提消长,而不单提消融,因为单从地面冰缘局部观测,肯定看到冰盖在消融,而就冰盖总体而论,消长动态仍有待深究。
总之,近年来南极冰盖的研究有了很大的进展,但总体研究思路和方向要进行大的调整,加强冰盖总体的遥感精细观测等,加强地源热动力背景的研究,全面解析冰盖总体的消长动态尤显急迫。因为这牵涉保护地球环境的总战略,稍有偏颇,都会导致学术肤浅和经济社会巨大的损失。
地球北极地区以海洋为主,但从周边陆地的展布仍可以概括出与南极大陆以极点为中心的拓展构造的类似特征。其中最明显的是鄂毕河口—新地岛北端—乌沙科夫岛经北极点—格陵兰北缘—伊武吉维克—亚得弥湾南侧的穿极断裂带。此外在格陵兰东侧、加拿大北端伊丽莎白女王半岛东缘和内部也存在不同方向的穿极辐射状断裂。北极圈外围的欧亚大陆、北美大陆北缘还存在环绕北极点的同心圆状断裂,总体构成以北极点为中心的辐射状深源热动力扩散构造场。为了深入揭示这一特征,有待结合近年来北极海域海洋地质、海底物探方面的资料加以分析综合,得出更详细的地质构造论述。
目前发现的南、北极深源热动力辐射、冲击构造场,对研究全球构造具有重要意义。李鸿业提出的两极压力论全球构造理论,正好说明两极的深源热动力推冲作用。这些宏观的遥感地质构造推论,将使南极、北极的地质构造研究和极地全球生态环境效应分析,大大深化一步,在不久的将来一定会有更详尽的理论研究。
地球北极地区在地质构造和冬季周边冰雪环境与南极有很多相似之处。