大岛在一边,小岛在另一边,它们也会物以类聚?
2015-12-27 15:30:27 | 来源:玩转帮会 | 投稿:佚名 | 编辑:小柯

原标题:大岛在一边,小岛在另一边,它们也会物以类聚?

既然提问者问的是地理,那就先说地理学的解释吧。

正如题主所说,这些海岛有大有小,大的在西边一堆,小的在东南面。其实还有巴哈马的那一串狭长型的岛,也是集团式分布。

地理学上,这种分布可以说是印证了 Waldo Tobler 的地理学第一定律,即:

Everything is related to everything else, but near things are more related to each other than distant things are.

翻译一下,意思就是“所有的事物之间都是有关联的,但是空间上距离近的事物之间的关系,要比距离远的事物之间的关系更强”。

好了,这个问题不扯地理了。其实这个问题是更属于地质学范畴的(虽然这里没有地质的 tag)。

加勒比各海岛的形成原因是不同的。那个区域是世界上地质条件最复杂的区域之一。大岛在西,小岛在东,是因为加勒比海的西北和东南地质条件很不相同,而且这些岛屿所经历的地质史也互不相同。

加勒比海岛屿的分类

平常,我们看到的加勒比海的地图是这样的:

曾经它们都被统称为西印度群岛(West Indies),因为这些岛屿是哥伦布最初登陆美洲的地方,而哥伦布以为他到达的是印度。后来它们有了新名字。西边面积较大的几个岛(古巴岛、牙买加岛、波多黎各岛、伊斯帕尼奥拉岛)外加开曼群岛等,被称为大安的列斯群岛(Greater Antilles Islands)。东南部的小岛被称为小安的列斯群岛(Lesser Antilles Islands, 又可细分为维京群岛、背风群岛、向风群岛和荷属安的列斯群岛等)。北边的安德罗斯岛(Andros)以及一系列形状狭长的岛屿是巴哈马群岛(Bahamas)。

这些岛屿从地质学的角度说,可以分为三大类:

  • 大安的列斯群岛以及南部的巴巴多斯等岛屿属于大陆岛(Continental Islands)。
  • 小安的列斯群岛的大部分岛屿属于火山弧岛屿(Volcanic Arc 或者 High Islands)。
  • 巴哈马群岛以及特克斯和凯科斯群岛,属于碳酸盐台地上的岛屿(Carbonate Platform)。

需要说明的是,上面这幅地图其实不完全准确。它把巴巴多斯岛算作了火山岛弧的一部分。实际上巴巴多斯岛虽然离小安的列斯群岛距离近,但它是个大陆岛,和它南侧的特立尼达岛以及多巴哥岛一样。因为它们坐落在南美洲的大陆架上,形成原因和火山无关。

从这张地图就能看出,巴巴多斯岛(Barbados)、多巴哥岛(Tobago)以及特立尼达岛(Trinidad)的位置在小安的列斯群岛的岛弧以东,和它们并未排成一线。

这些加勒比海岛屿的形成原理和历史是各不相同的。如果我们看看加勒比海整个的海底地貌,我们就会发现这些岛屿所处的“周边环境”完全不同:

由这张海底地形图可见,加勒比海处在好几个板块的交界区(北美板块、南美板块、加勒比板块、太平洋板块、纳兹卡板块、可可斯板块、巴拿马板块),三种板块交界类型齐全,地质历史十分复杂。在介绍西印度群岛是怎么形成现在的模样之前,要先说一下加勒比海附近这些岛屿(火山岛弧、大陆岛和碳酸盐台地岛屿)的形成原理。

小安的列斯群岛

首先说小安的列斯群岛的火山岛弧(Volcanic Arc)。这种岛屿的形成原理我在另一个答案里有所涉及,详见:地球上原本就有岩石吗?各种岩石都是怎么来的? – Shan Ye 的回答里关于火山弧的段落。

这里简单说一下小安的列斯。如图所示:

小安的列斯群岛大致分为背风群岛(Leeward Islands)、向风群岛(Windward Islands)和南部的荷属安的列斯群岛(Dutch Leeward Antilles)。在背风群岛和向风群岛的外侧,北美板块向加勒比板块下方俯冲。这里俯冲的北美板块的地壳类型是海洋地壳,里面含水量较多。当海洋地壳带着水俯冲到深处的时候,高温高压会把这些水都挤出来,并让其进入加勒比板块的下层(底层地壳或上地幔)。进入加勒比板块后,这些水分会帮助加勒比板块下方的岩石熔融为岩浆。岩浆上升并且喷发,离开海底的地表进入海水之后会冷却凝固为岩石。当这些火成岩岩石堆积升高,冒出海面,就形成了火山岛。板块俯冲不是只在一点进行,而是有一个一定长度的俯冲带,因此形成的火山岛也不是一个,而是大致和俯冲带平行的一串。

荷属安的列斯群岛等南部岛屿的成因比较复杂,主要是因为加勒比板块和南美板块之间的摩擦和挤压形成的,但也有很多俯冲带火山岛的作用。

这一带的岛屿面积都不大。它们的岩石的来源就是活火山,而沉积物较少。目前,小安的列斯群岛还拥有 17 座活火山。一旦火山熄火(成为死火山),这些火山岛就不再生长,而且还会下沉、变小。加勒比板块和美洲板块的边界位置是不断在变化的(逐渐移往东方),因此,这些火山迟早都会熄灭。比如在那张海底地形图上的阿维斯高地(或称阿维斯海岭 Aves Ridge),就是古新世时期的岛弧所在地。当地的活火山熄灭后,岛弧逐渐下沉,现在已经基本上完全没入海面以下,只剩下一个退潮时海拔只有 4 米的阿维斯岛(Isla Aves 属委内瑞拉)。目前小安的列斯群岛的火山还在活跃期,比如蒙特塞拉特岛的火山在上世纪末就造成了很大的破坏。其它的一些岛(例如维京群岛)的火山虽然熄灭了,但是还尚未到沉入水底的日子(那是几百万年以后的事情了),目前海拔还是很可观的,所以暂时不用因为这件事替那些小国家担心。

小安的列斯群岛(photo credit to 我自己),由于是火山岛,海拔比起巴哈马要高得多。

P.S. 为什么这种火山群岛叫做“岛弧”或者“火山弧”?因为它们一般都是呈弧形排列(比如小安的列斯群岛、马里亚纳群岛和阿留申群岛)。为什么是弧形?这是个球面几何问题。地球表面是近似于球面,板块间的俯冲带本来就是弧形。和俯冲带大致平行的火山岛弧也就成了弧形的。

巴哈马台地

接下来介绍一下巴哈马群岛以及特克斯和凯科斯群岛的形成环境:碳酸盐浅滩台地(Carbonate Platforms)。

碳酸盐台地的示意图,注意这里不是画的巴哈马。

巴哈马群岛坐落在一片大规模的碳酸盐台地上,这片台地被统称为巴哈马台地(Bahama Banks,有大巴哈马台地和小巴哈马台地两个大台地,以及其它数个小型台地)。

大巴哈马台地面积最大,是一片厚达四千多米的碳酸盐沉积台地,于白垩纪起就开始逐步形成了。这种碳酸盐台地,顾名思义就是碳酸盐(主要是碳酸钙和碳酸镁)的沉积物堆起来的台地。这么多碳酸盐沉积物是怎么来的呢?高中化学课讲过,大部分的碳酸盐都不易溶于水。特别是在高温低压的条件下,碳酸盐更是容易形成沉淀。巴哈马处在热带,台地顶端的海水也很浅,正好适合碳酸盐去形成沉淀。

那么,水中的碳酸盐哪来的?来源是海洋生物,特别是珊瑚(珊瑚的主要组成物就是碳酸钙)和一些自养微生物。它们死后的遗留物就是碳酸盐。在热带,这种台地的边缘一般是比较陡的斜坡,斜坡上方是珊瑚礁等礁石组成的台缘。台缘内侧就是台地顶端。台地顶端一般是风平浪静的浅海和泻湖,这种没有大浪的区域正好适合沉积物(特别是小颗粒的沉积物)堆积。而在外侧斜坡,沉积物则由海浪携带而来,颗粒较大。

这张照片(photo credit to 我自己)就是巴哈马台地顶端的浅海,可见它风平浪静波澜不惊,水底下还有自养的藻类生物。

波浪和潮汐对碳酸盐浅滩台地以及上面的岛屿有很大的影响。有时候它们会把沉积物带到台地堆积,助长岛屿的面积,这就是这种碳酸盐浅滩岛屿的生长阶段;有时候它们会把浅滩上的沉积物冲刷走,这就是岛屿的消退阶段。当这两种影响的效果差不多的时候,就是这些岛屿的稳定阶段。

从这张地图就可以看出,巴哈马群岛的大多数岛屿都位于台地东侧且形状南北狭长。在第三纪末期和第四纪,巴哈马群岛处于生长阶段。当地处于北半球热带的东北信风带,常年从东向西的信风趋势海浪,给台地的东侧带来了充足的沉积物。台缘的珊瑚礁也因营养充足而生长迅速,最后在台地东侧形成了高出海面的礁石。海浪和洋流继续给台地补充沉积物,逐渐就在这些台地的东侧形成了南北狭长的一系列岛屿。目前的巴哈马群岛处于稳定阶段。

大安的列斯群岛

大安的列斯群岛的几个岛是大陆岛,也就是像题主所猜的那样,属于“大陆碎片”。但是,这并不是说它们是从美洲大陆上直接脱离或者撕裂下来的,而是说它们的地质构造和邻近大陆有很多相似之处。这几个大陆岛的形成历史相互不一样,比如牙买加岛、古巴岛和开曼群岛的地质史就不完全相同,但是大体上,它们的形成历史和美洲大陆上的中美洲巴拿马地峡相似:最初的雏形也是火山岛,在板块移动的机缘巧合下,所在地地壳隆起,才改变成为了面积较大的陆地。因此它们被归为大陆岛。

加勒比海岛屿及中美洲陆地的形成历史(白垩纪至今)

下面就整体简单介绍下加勒比海岛屿的形成过程(这已经是超简版本了)。

下列这些地图里,橙色线代表板块消亡边界(俯冲带,橙色箭头为俯冲方向),棕色线代表板块生长边界(类似大洋中脊),绿色线是剪切型板块边界(和圣安德勒斯断层的效果差不多),深紫色线代表其它断层,粉色箭头代表板块的大致移动方向。

在白垩纪,那时候加勒比板块还未形成,太平洋板块的东侧突出部在北方向北美洲板块下方俯冲,在古巴所在的位置形成了一个东西走向的岛弧以及古巴海沟(Cuban Trench)。岛弧形成的火山岛就是古巴等岛屿的雏形。而在古巴海沟的东侧,海洋地壳密度更大的北美板块和南美板块朝着太平洋板块的突出部下方俯冲,分别形成了波多黎各海沟(Puerto Rico Trench)及岛弧和阿维斯岛弧(Aves Arc)。在这个时期,巴哈马台地刚形成浅海,碳酸钙和碳酸镁等沉积物开始逐渐堆积。

到了古新世,因为某种原因(具体原因现在学术界还在争论中,和地幔活动有关),在太平洋板块突出部的角落里出现了一小段新的类似大洋中脊的生长边界,并由此产生了一个开曼海槽(Cayman Trough)。在这个生长边界的影响下,古巴附近的板块俯冲逐渐停止了,取而代之的是一系列不停变动的剪切型边界。在这些剪切型边界以及断裂带的作用下,一些火山岛融合在了一起,使得古巴岛初具规模。古巴海沟的残余部分继续俯冲,形成火山岛。东面的俯冲也在继续,波多黎各等岛屿的雏形初现。巴哈马台地继续发育中。

而到了渐新世,在开曼生长边界的作用下,这太平洋板块的突出部开始整体朝东方移动,从而使它最终从太平洋板块断裂下来,形成了独立的加勒比板块。而在加勒比板块北部,由于板块活动方向的改变,俯冲彻底停止。古巴海沟的俯冲带消失,波多黎各的火山活动也停止了。原来形成的一些火山岛开始逐渐下沉,在岛屿周围形成了和巴哈马台地差不多的碳酸盐浅海以及珊瑚礁,这样,沉积物就开始大量堆积。

加勒比板块下方是海洋地壳,但是比大西洋的海洋地壳年轻、密度小,因此它得以往东继续压在大西洋地壳的上方。东部的俯冲带因而向后退却,阿维斯火山弧的火山活动停止,火山岛也开始下沉,逐渐变为海底山脉。新的岛弧在更远的东方开始形成,这也是现在的小安的列斯群岛的诞生。

同时,太平洋板块虽然和加勒比板块断开了,但是它仍然向东北方向俯冲,并在与加勒比板块交界处形成新的俯冲带,产生新的火山岛。这些新的火山岛就是中美洲以及巴拿马地峡的雏形。

在中新世,加勒比板块和北美板块之间的相互作用让它们之间的区域发生隆起,古巴、伊斯帕尼奥拉、波多黎各、牙买加等岛屿的面积急剧扩大,大安的列斯群岛基本形成。小安的列斯群岛继续被火山塑造。巴哈马台地逐渐进入岛屿塑造期,少量礁石开始接近水面,但并无大岛形成。巴拿马地峡继续形成。巴拿马地峡以南的加拉帕格斯群岛附近,在地幔热柱的影响下,海洋地壳产生新的生长边界。

到了第四纪,冰河世纪到来,海平面消退,巴哈马台地露出水面。碳酸盐地表被侵蚀后形成了大规模的喀斯特地貌。冰河期结束,海平面上升,潮汐、信风和洋流带动的波浪给巴哈马台地持续提供着沉积物,台地东侧形成狭长的岛屿。目前的巴哈马群岛处于稳定阶段。巴拿马地峡彻底形成。加勒比海南部的荷属安的列斯(阿鲁巴等)也因地壳变动而形成。

主要参考资料:

  • 我的各种笔记本以及课件
  • 得克萨斯大学的 Perry-Castañeda Map Library 的相关地图
  • James Carew 和 John Mylroie 所著的 Geology and Hydrogeology of Carbonate Islands 第三章 Geology of Bahamas
  • Daniel D. Arden Jr.所著的 Geology of Jamaica and Nicaragua Rise
  • Perfit 和 Heezen 所著的 The geology and evolution of the Cayman Trench
  • Georges Pardo 所著的 Geology of Cuba

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