青铜马弓手，量一弓手，安敢乱言 阅读原文 构造地质学课上第一次知道撒哈拉之眼 搜了一些文献，试着来回答一下 撒哈拉之眼又被称为 Richat 构造，由 Richard-Molard（1948）最早对其进行描述和定名。 撒哈拉之眼的成因主要有以下几种主流解释： 其一，陨石坑？（代表人物：Cailleux, 1964; Freeburg, 1966，等） 其二，火山喷发&深成岩体侵位？（代表人物：Destombes and Plote，1962；Monod and Pomerol, 1973；等） 其三，穹隆构造差异侵蚀？（普遍接受的说法） 撒哈拉之眼的位置和外部形态（Google Earth） 就现有研究来看，其与后两者相关性较大，甚至成为“穹隆构造，差异侵蚀”的代言者（在百度中输入“穹隆构造，差异侵蚀”，前三条都与撒哈拉之眼相关；本科构造地质学课也拿它作为范例） 首先排除陨石坑成因说，虽然其外观极具迷惑性，但是没有实锤的证据（如下图），不在此展开。 据 French et al., 2010, ESR; Reimold et al., 2014, JAES; Kenkmann et al., 2014, JSG，等 分析一个地质体的成因和演化，包括以下几个主要步骤： 一是分析建造，也就是物质组成（岩性）是什么； 二是分析构造，即地质体空间展布情况和变形样式； 三是立足现今地质理论，结合年代学和区域大地构造背景，编一个故事，提出一种模型。 最后可以结合外动力地质作用，谈一谈现今地貌的形成。 （不耐烦的可以直接跳到第四条） 一、岩石组成 撒哈拉之眼包括三个主要岩石单元：沉积单元，岩浆岩，中央角砾岩。 关于撒哈拉之眼成因的主要争议，在于对其岩浆岩和角砾岩的解释。 1. 沉积单元 该区地层主要形成于晚元古代至古生代（约 10~4 亿年间），是一套海相沉积物，并含有陆相夹层。 “瞳孔”部位主要是前寒武纪地层，由砂岩、泥岩和白云岩组成；“眼睛”整体是奥陶纪 - 寒武纪地层，岩性包括交替出现的石灰岩，白云岩，砂岩和泥岩；远处突起的“眼帘”是晚奥陶世到石炭纪地层，主要由砂岩构成，含有泥岩和石灰岩夹层。 Alexis et al., 1997, JAES 图片来自 Google Earth，可见撒哈拉之眼周围的地层近水平展布 2. 岩浆岩 该地区的岩浆岩较为复杂，主要包括四种类型： （1）流纹岩：可以理解为花岗岩的喷出相，仅局限于穹顶中心部位。由熔岩和火山碎屑岩组成，可在东北和西南识别出两个火山口。 （2）辉长岩：即玄武岩的侵入相，表现为两个同心环型岩墙。 （3）碳酸岩：注意这里是岩浆岩，表现为 32 个放射状侵入体。 （4）金伯利岩筒：与碳酸岩伴生，形成时代为 99Ma。（对，这就是产生钻石的岩石，地球上来源最深的岩浆岩） 3. 角砾岩 撒哈拉之眼的中心凹陷内，唯一的隆起来自大规模的角砾岩。 角砾岩呈透镜状，覆盖区直径约 3 km，中间厚度达 40 米，向四周变薄至几米，成分为包括富硅质砾岩内的碳酸盐岩（这里是沉积岩）。 它曾一度被认为是陨石撞击的证据，其实是在火山塌陷和岩溶坍塌作用下形成的，其间被内生沉积物填充，填充物的年龄 98Ma。 Matton et al., 2014, JAES 二、构造变形 Richat 构造略微呈椭圆形，长短轴比 0.87，长轴走向北东方向。地貌上表现为环形单斜山，地层向外倾角约为 10~20°。地层中间老，外围新，是典型的穹隆构造，或称之为短轴背斜。石英砂岩抗风化能力强，形成了三个凸起的同心圆（20~30 米）。 该地区主要发育三组断裂（裂隙）： 第一组为北北东（NNE）向右旋断层，一般认为可能与泛非事件有关(Poupeau et al., 1996)；第二组是北东东（NEE）向左旋断层，截切第一组(Bayer and Lesquer, 1978)；第三组为穹窿内发育的同心环状裂隙。 有学者认为 NNE 向右旋断层和 NEE 向左旋断层构成一组共轭构造，指示北东向的主应力，与穹隆构造长轴方向一致，结合流纹岩和辉长岩构成的双峰式岩浆岩组合（代表大陆裂谷），表明其形成于局部拉张环境下，深部岩体向上侵位。 总之，该地区的构造是在早期区域断裂的基础上，被后期穹隆构造叠加的结果。穹隆构造形成于深部岩体的底辟作用，但是其地表复杂的岩性表明其成因不是单一岩体侵位这么简单，这与其特殊的大地构造背景有关。 三、结合大地构造背景讨论 撒哈拉之眼位于陶德力（Taoudenni）盆地西北缘，其下部为古老的西非克拉通，是组成非洲大陆的五个古老陆块之一。 Kan et al., 2009, GSSP 约五六亿年以前的泛非期（Pan-African）造山运动，将这些地块焊接在一起，形成了现今非洲大陆（克拉通）的雏形，并作为冈瓦纳超大陆的一部分。 Zhao Guochun et al., 2018, ESR 来自李江海，2013 板块拼贴的地方留下了一些难以抹去的创伤——深断裂。 经过长期的地质演化，该地区沉积了碳酸盐岩，石英砂岩和泥岩等抗风化能力不同的地层。 漫长的宁静直到超大陆裂解才被打破，非洲大陆和美洲大陆分离，大西洋开始形成。 来自李江海，2013 板块分离伴随着大量岩浆涌出，来自深部上地幔的岩浆沿着早期形成的深断裂喷出地表，形成了环大西洋碱性火成岩省（PAAP）。 “短短”几个百万年内，“撒哈拉之眼”经历了三次主要火山作用，且大多发生在 100Ma 前后（白垩纪中期）。 环大西洋的碱性岩浆事件，重新活化了该地区早期的断裂，先后形成了辉长岩墙，金伯利岩筒和碳酸岩浆，以及流纹岩。 基性的辉长岩和酸性流纹岩为双峰式岩浆岩组合，结合地球化学特征，表明当时的形成环境可能是裂谷。 金伯利岩筒和碳酸岩浆的出现，说明物质来自古老克拉通深部地幔（约 200km）。 Matton et al., 2005, Geology 岩浆从下向上的“底辟”作用，导致原本近水平的地层向上拱起，形成了中间高四周低的穹隆构造，并且伴生一系列环状和放射状断裂，辉长岩和碳酸岩等前后沿着裂隙侵入形成岩墙。 后期伴随着几次火山喷发，形成了流纹岩和几个火山口。 火山作用之后，发生了多次热液和坍塌事件，在 Richat 构造的核心部位形成了大量角砾岩，并被内生沉积物胶结和充填。 那么，其动力学机制是水平的板块运动还是垂向的地幔柱活动？ 这里并未发现大陆热点的证据，学者们也普遍认为，该碱性岩浆作用与 125~80Ma 南大西洋打开的地球动力学演化存在密切关联（见下图）。 Matton et al., 2009, Tectonophysics 作为大西洋东侧的被动大陆边缘，后期较大的构造事件几乎都远离这片地区，其长期作为高地，经历风蚀、流水和岩溶作用。 也许你不禁要问，风蚀可以理解，但是撒哈拉沙漠哪来的流水？ 这里简单提几句撒哈拉沙漠的形成历史。 新生代以来新特提斯洋（古地中海）逐渐闭合，约 4000 万年开始，北非由从地表海变为陆地。中新世（2300 万年）以来，北非地区的降水受非洲夏季风（ASM）的控制。特提斯的进一步收缩，影响了水汽的输送，降水逐渐减少，局部的干旱化可能开始于 700 万年前（Kroepelin et al., 2006；Zhang et al., 2014)。 中新世早期至晚期，特提斯收缩导致的水分输送和降水变化 Zhang et al., 2014，science 德曼诺克（deMenocal，1995）深海岩心等的证据表明撒哈拉沙漠形成于 300 万年以来。 地轴的偏移导致撒哈拉沙漠频繁在干旱荒漠—绿色湿地间转换，比如最近一次绿洲出现在 1.5~0.55 万年前，被称为绿色撒哈拉（Larrasoana et al., 2013）。 现今撒哈拉的地下仍储存有大量的水（来自 NASA 探地雷达） 这种干湿转化更加剧了风化作用。 上文已知，该地区抗风化能力强和弱的岩石交替出现。 泥岩被风和流水带走，流水导致碳酸盐岩发生岩溶作用，形成低地； 石英砂岩和岩浆岩墙抗风化能力强，最终形成了一圈一圈的高地。 借云大的底图一用@云舞空城 ** 对撒哈拉沙漠形成时间感兴趣的可以查阅几篇比较经典文献： 1. Swezey C S . Revisiting the age of the Sahara Desert.[J]. Science, 2006, 312:1138-1139. 2. deMenocal, P. B . Plio-Pleistocene African Climate[J]. Science, 1995, 270(5233):53-59. 3. Zhang Z , Ramstein G , Schuster M , et al. Aridification of the Sahara desert caused by Tethys Sea shrinkage during the Late Miocene[J]. Nature, 2014, 513(7518):401-404. 四、形成过程 上面说的有点乱，总结下其演化过程： 1.早期阶段 发生于五亿多年前的造山运动将西非克拉通与其他多个古陆拼合在一起，这前后沉积了石灰岩和砂岩等地层。板块拼合处形成了深大断裂，为后来岩浆侵位提供了通道。抗风化能力差别较大的沉积岩为后期差异风化作用形成了物质基础。 2.岩浆 - 穹窿 - 热液 - 坍塌阶段（125~80Ma） 大西洋裂开的过程产生大量岩浆，重新活化了该地区早期的裂隙。岩浆从下向上的“底辟”作用，导致原本近水平的地层向上拱起，形成了中间高四周低的穹隆构造，和一系列环状和放射状断裂，玄武质岩浆沿断裂侵入形成辉长岩墙。 白垩纪中期（一亿年前），南大西洋持续扩展，深部岩石圈激活先存断裂，形成了金伯利岩和碳酸岩，截切先前的辉长岩墙。深部岩浆房产生的热流体和挥发分，沿着穹窿构造的破碎带向上渗透，石灰岩地层部分溶解，发生岩溶崩塌，产生巨型砾岩，并被内生沉积物充填、胶结。 流纹岩岩浆沿着先存的裂隙上升，与火山口湖水相互作用，发生剧烈爆发，其中心部位沿着环形裂隙继续发生坍塌。 3.侵蚀风化阶段（火山作用结束后至今） 撒哈拉之眼现今的地貌，是穹隆构造经过机械风化和化学风化共同作用的结果。差异侵蚀作用完成了最终的塑形工作，石灰岩与泥岩发生溶解和风化，形成凹地；抗风化的石英砂岩和辉长岩墙，形成突起的圆形脊，并且很好地保留了核部的流纹岩和热液充填角砾岩。 Matton et al., 2014, JAES 最后，既然谈到撒哈拉之眼绕不开种种猜测，比如亚特兰蒂斯文明。 很多人搬出证据，比如撒哈拉之眼和亚特兰蒂斯城的尺寸一致，二者周围的地貌相似等，甚至脱离时间尺度用板块学说来强加解释。 先且不谈西班牙多纳纳国家公园的亚特兰蒂斯如何解释。 退一万步讲，假如撒哈拉之眼和亚特兰蒂斯城的诸多“一致性”不是一种巧合。 那么我个人的理解是，人类传说的产生很多都不是空穴来风，比如各个文明都有大洪水的传说。位于遥远西非的撒哈拉之眼，也不排除是亚特兰蒂斯传说的来源之一。它并非是人类创造的，而是人们为了解释这一神奇的现象而产生了传说，况且五六千年前，这里可能还有人居住。 继续编：几千年前，一个来自狭海对岸很远很远地方的人，他们都信奉光之神，对维斯特洛大陆的人讲了一个故事，他的家乡有一座神秘环形……好像跳戏了。 距离越远，故事就越传奇。 图片来自网络 至于为什么被认为是海洋，举一个简单的例子，北非荒漠里有个地方叫鲸鱼谷（Wadi al Hitan），大量海生动物化石曝露于黄沙中。古人为什么就不能猜测这里以前是海呢，只是不知道时间而已。 但是现代人如果还脱离时间尺度强行联系，那就是耍流氓了。 矛齿鲸灭绝于 35Ma，被认为是现代鲸鱼祖先 对“地狱之门”，“外星人基地”，“虫洞”等说法，我只能说脑洞真大。相对于专业性分析，猜测的成本较低。加之这些说法颇具神秘色彩，更能博人眼球，获取关注和流量。 想象力丰富是好事，但是不要脱离地质事实，打着科普的名义信马由缰、哗众取宠。 主要的参考文献： [1] Matton G , Michel Jébrak, Lee J K W . Resolving the Richat enigma: Doming and hydrothermal karstification above an alkaline complex[J]. Geology, 2005, 33(8):665-668. [2] Matton G , Michel Jébrak. The Cretaceous Peri-Atlantic Alkaline Pulse (PAAP): Deep mantle plume origin or shallow lithospheric break-up?[J]. Tectonophysics, 2009, 469(1-4):0-12. [3] Matton G , Jébrak, Michel. The “eye of Africa” (Richat dome, Mauritania): An isolated Cretaceous alkaline–hydrothermal complex[J]. Journal of African Earth Sciences, 2014, 97:109-124. [4] French B M , Koeberl C . The convincing identification of terrestrial meteorite impact structures: What works, what doesn’t, and why[J]. Earth Science Reviews, 2010, 98(1-2):123-170. 阅读原文
