島弧

島弧

島弧(island arc) 大陸邊緣連綿呈弧狀的一長串島嶼。 與強烈的火山活動、地震活動及造山作用過程相伴隨的長形曲線狀大洋島鏈。這類地質特征如阿留申-阿拉斯加島弧和千島-堪察加島弧。

  • 中文名稱
    島弧
  • 外文名稱
    Island arc
  • 別名
    島鏈、花彩列島
  • 分布
    太平洋為主
  • 分類
    單弧型、雙弧型、多弧型
  • 三大特色
    海溝、火山、深層地震

地質特點

火山活動與火山岩:島弧是劇烈的火山活動區,地球上有800多個活火山。在新近紀至第四紀期間,已有成千上萬座火山曾經一度活動過。其中2/3與島弧相伴。一般以噴發或噴溢形成的層狀熔岩、熔結凝灰岩和火山碎屑岩為特征。火山一般平行于島弧軸向分布。通常在海溝陸側200~300千米的地方突然開始噴發,此界線稱為"火山前鋒",可能反映俯沖帶之中(或之上)熔融作用的開始,前鋒是火山活動最頻繁的地區。靠海溝一側,無火山活動,向大陸方向,火山活動迅速減弱。火山帶之下有同源侵入岩。

全球島弧分布圖全球島弧分布圖

島弧火山岩以安山岩和玄武岩為主,安山岩屬于大陸型地殼的岩石,有別于大洋盆地內島嶼上的基性玄武岩。由于這種差異,早在1912年,P.馬歇爾就提出了"安山岩線"的概念,認為該線是島弧外緣的邊界線。

島弧的火山岩有分帶性,這種分帶性與島弧地震活動帶有緊密聯系。鄰近海溝有拉斑玄武岩系列火山岩的產出,其物質來源相對比較淺,位于淺源地震震源帶地區;離海溝更遠的是高鉀的鈣鹼性和鹼性火山岩系列,位于中、深源地震震源地區。火山岩中的含鉀量以及Rb、Sr等大離子親石元素的含量與下伏震源帶的深度密切相關,K、Rb、Sr等含量向著震源帶傾斜方向增多,表明板塊俯沖帶可能是島弧地區岩漿的重要源地,各類岩漿源的形成與震源深度有關。

重力異常:島弧本身為重力正異常,相鄰海溝為重力負異常,兩者相差超過400毫伽,反映地殼處于不均衡狀態。重力負異常反映高密度岩石下移至較深部位,而水層或沉積層在原位增厚;重力正異常反映那裏分布著源于地幔的深成岩體和火山岩。溝–弧–盆系所測得的重力異常可用以解釋地殼內部密度和構造的變化。

熱流:溝–弧–盆系有顯著的熱流異常。在海溝一側,熱流低于正常值;在火山島弧一側和弧後盆地,熱流高于正常值。低熱流是由于冷而致密的地殼物質沉潛于上地幔造成,高熱流是由于上地幔物質(岩漿)向上流動所引起。

地形特點

島弧是弧形排列的群島,也稱"島鏈"、"花彩列島"。弧形的凸面常指向一個洋底海盆的中心;凹面則向著大陸,成為大陸的天然屏障。

島弧是分隔大洋與邊緣海的重要構造地貌單元。它是延展很長的弧形列島。日本學者上田誠也等認為,島弧有三個主要特點:

1.有現代火山活動;

2.伴有深度大于6000米的深海溝;

3.有深達70公裏的地震震源。島弧主要分布在西太平洋。金球島弧總長度達4萬公裏。

島弧是位于大陸附近,向海洋凸出成圓弧狀的列島。它們常排列成花彩狀,故可合稱為花彩列島,其中以亞洲東緣的花彩列島最為壯觀,該島群乃由阿留申、千島、日本、琉球、呂宋等島弧所成;中美洲的大安地列斯和小安地列斯群島,也是由島弧結合而成的典型花彩列島。島弧有時為單獨一條出現,大多以火山弧為主;但也常常有內外兩條平行排列的島弧,其中一部分陸地可能沒入海面以下。外弧都走出一些經過強烈變動的沉積岩或變質岩所構成;內弧則是形成時代很新的火山所造成,一般皆以安山岩質的岩石為主。

平行島弧的大洋邊上,常有深長而狹窄的弧形海溝,像呂宋弧外方的馬裏亞那海溝(Mariana Trench),就是全球最深的海溝,最深邃的海淵深度可達一萬一千零三十四公尺。島弧和海溝附近常是地震和火山活動頻繁而且強烈的地方,震源有很深的,造成深達七十公裏以上的深層地震,所以在構造上有特殊的意義。而海溝、火山和深層地震,正是島弧的三大特色。

根據新近建立的板塊構造理論,島弧實為大陸和海洋板塊相聚合時,所產生的成果,它的位置適在隱沒帶的上方。

地形成因

板塊構造理論對島弧的成因,作了比較全面的解釋:大洋岩石圈隨著地幔對流從大洋中脊生長擴張,而在相應的活動大陸邊緣俯沖潛沒,島弧就是大洋板塊潛沒過程中的產物。當大洋板塊潛沒于陸側板塊之下時,兩個板塊的摩擦作用使地幔物質增溫,發生分熔,岩漿上涌噴出地表形成火山,組成內弧。在靠近大洋一側,由于大洋板塊俯沖作用,將海底拖曳向下,形成深海溝。在俯沖過程中,大洋沉積物在島弧靠海溝一側增生,使島弧展寬,形成外弧。弧後地區由于次生擴張,形成弧後盆地。

溝–弧–盆系橫剖面結構模式溝–弧–盆系橫剖面結構模式

從島弧的地殼結構來看,島弧有兩種不同成因類型。一類島弧下伏典型大陸型地殼,有花崗岩質基底。它們通常由較老的大島構成,鄰近大陸展布,一般認為是由于弧後擴張作用從大陸分裂出來的碎塊,如日本列島;另一類島弧下伏大洋與大陸的過渡型地殼,一般由年輕的小島組成,遠離大陸,展布于洋內,如馬裏亞納群島。當一大洋板塊俯沖于另一大洋板塊之下,島弧便在洋殼基礎上發育成長,由于岩漿和沉積物的累積,使這類洋內島弧的地殼逐漸增厚向陸殼轉化。

地形地貌

大多數島弧都由兩列平行的、彎弓狀的島嶼組成。這樣一種雙島弧的內列由一串爆發的火山組成,而其外列由非火山的島嶼組成。在隻有單列弧的情況下,組成它的島嶼很多是有火山活動的。

一個島弧,在典型情況下,其凹的一側有陸塊,或部分封閉的、特別淺的海。沿著其凸的一側,則幾乎固定不變地存在著長而狹窄的深海溝。大洋的最大深度就發現于這樣的海底凹陷,正如在馬裏亞納海溝和東加海溝的情況那樣。

破壞性地震經常發生在島弧所在地。這些地震與世界其他地區記錄到的淺源地震不同,它們是源于島弧基底以下深達600公裏處的深源地震事件。這些地震的震源有朝著島弧凹側越來越深的趨勢。

火山島弧不斷上升,遭受強烈剝蝕作用,碎屑物質被輸送到周圍海盆與深海溝,形成濁積岩及其他粗碎屑岩。島弧區還常有變質岩帶出現,島弧外側為高壓低溫型區域變質帶,內側為高溫低壓型區域變質帶,前者以藍閃石、硬玉、硬柱石為代表,後者以紅柱石為代表,兩條變質帶相互平行,稱雙變質帶。

地形分類

按島弧的地貌特征島弧可分為:

1.單弧型,由一條平行于海溝的火山島弧組成,如千島弧,日本列島弧;

2.雙弧型,由平行于海溝的一條外弧(現今無火山活動的或沉積的島弧)和一條內弧組成(現今仍有火山活動),如印尼群島弧;

3.多弧型,是在雙弧型的陸側還有一條殘留弧(沒有現代火山活動)。根據弧後盆地的有無(如西太平洋的島弧都有弧後盆地,而南美洲安第斯山鏈後面無弧後盆地),弧後的構造活動性(擠壓、拉張或兼有剪下)等不同特征也可作為島弧分類的標志。

地形分布

島弧也分布在各大洋中,以太平洋最多,尤以西太平洋最發育。其中堪察加一-千島島弧、日本島弧、琉球島弧和台灣一-菲律賓島弧,總長達1萬多公裏,稱東亞花彩列島,是世界海洋中最長的島弧。

島弧是多火山和地震地帶。由于島弧一-海溝系位于大陸外側,是其內側大陸國家走向海洋的跳板,也是這些國家的海防前哨;也由于島弧一-海溝系位于大洋邊緣,島弧又是霸權大國控製海洋的要地,多建有重要的海軍基地,如馬裏亞納群島中的關島,日本群島中的橫須賀、佐世保,琉球群島中的中城灣,大安的列斯群島中的關塔那摩灣等。

島嶼以山地為主,外臨深海溝。西太平洋島弧最為典型,分南北兩段:北段由千島群島、日本群島、琉球群島、台灣島和菲律賓群島構成,面向太平洋,為東亞太平洋島弧!南段由安達曼群島、尼科巴群島、蘇門答臘島、爪哇島和努沙登加拉群島組成,向印度洋突出,稱印度洋巽他島弧。兩段島弧在蘇拉威西島銜接。西太平洋島弧處在太平洋板塊、亞歐板塊和印度洋板塊的嵌合帶,地殼不穩定,多火山地震。據統計,全世界有活火山500餘座,一半以上集中在該島弧帶。

大多數島弧沿著太平洋盆地的西緣出現。少數例外是東印度島弧、西印度島弧和南大西洋的斯科舍島弧。根據流行的理論,島弧形成於兩個岩石圈板塊(組成地球表面各塊段的巨大剛性板體)會聚之處。當碰撞時,其中一個板塊具有重的大洋地殼,向下猛插,並被擠入具有較輕大洋地殼的第二板塊之下局部熔融的較低地函之中。島弧就由於玄武岩和安山岩噴發而從仰沖板塊的表面上形成。玄武岩被認為是來源於半熔融的地函,而安山岩可能是由於下降板塊及堆積其表面上之沉積物的局部熔融而生成的。

位于大陸邊緣與海溝平行排列的弧形列島。其分布與海溝一致,以西太平洋活動大陸邊緣為主,是分開大洋盆地和邊緣盆地的重要構造地貌單元,也是全球最活躍的構造活動帶。島弧向大洋方向外凸的一側是與之平行的海溝,凹入一側為弧後盆地;它與海溝和弧後盆地共同構成溝弧盆系。一個島弧縱向延伸長幾百至幾千公裏,寬約200~300公裏。全球島弧(包括山弧)總長度達40000公裏。上田誠也等認為具備下列3項條件的地區即可稱為島弧:①有現代火山作用;②伴有與之平行的深度大于6000米的海溝;③有深度大于70公裏的地震震源。故島弧不僅限于海洋中的弧形列島,也應包括中美洲、南美洲西海岸的弧形山脈(山弧)。

地震活動

全球的深源地震幾乎都發生于島弧(山弧)地帶,環太平洋地震帶所釋放的地震能量佔全球總量的3/4以上。淺源地震多位于靠近海溝一側,中、深源地震則位于火山島弧之下和靠近大陸一側。淺、中、深源地震構成貝尼奧夫帶

海溝與島弧

有關海溝與島弧共生的現象很早就被人發現,也有人對地球上這種奇異現象提出過自己的解釋,認為島弧是一條地殼強烈隆起帶,而相鄰的海溝則是一條地殼強烈下沉帶。海底擴張與板塊學說興起以後,對島弧與海溝的成因有了全新的解釋。按照板塊學說的解釋,島弧與海溝有著共同的起源,它們的產生都與板塊移動有關。科學家的想像十分大膽而新鮮。當他們在大洋中間找到一條條大洋中脊,並知道這些中脊就是海底地殼產生的地方時,一個問題自然而然地被提了出來:如果地殼在大洋中脊處不斷地產生,並且向兩側移動的話,總該有個消納的地方。否則,新生的地殼沒完沒了地生長,地殼豈不要被拱破了嗎?恰好,人們在大陸邊緣找到了一個被認為可以消納地殼的地方,這就是海溝。科學家們把地球上的海溝和島弧看成是兩個板塊相互碰撞的產物。板塊學說是這樣解釋島弧的形成的:受海底擴張力的推動,兩個板塊發生相撞,同時產生了一個板塊插入另一個板塊的現象。這時,被插入的板塊自然遇到來自另一個板塊的極大抬升力,其結果必然使地殼被高高地抬起。這樣,在海溝前便形成了隆起的成串的島嶼。因為這些島往往分布在一條圓弧線上,所以才有"島弧"的稱呼。在海溝與島弧附近,擠壓性的地應力極強,因此這一帶經常發生地震也就比較容易理解了。當一個板塊插入另一個板塊下面以後,進入地下深處的地幔層,使地幔層增溫,產生大量熾熱的岩漿。隨著板塊的插入,岩漿活動日漸加強,當岩漿向上運動穿過上覆板塊時,就形成火山的猛烈噴發。科學家們認為,如果說大洋中脊是海底地殼誕生的地方,那麽海溝就是海底地殼消亡的地方。插入地殼深處的那部分地殼,當它進入地下更深的地幔層時,就會熔化為岩漿,進入地球內部。大洋地殼就是這樣此長彼消,此消彼長,永遠處于不斷更新的過程中。利用這個學說,也比較容易解釋,為什麽在大洋底找不到超過2億年的古老岩石的原因。關于海溝與島弧的關系還有不少問題有待進一步研究。比如,海溝-島弧系形成的時間,又比如,海溝-島弧系今後的發展前景,是就這樣一直持續下去,還是隨著時間的推移還會發生變化。

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