撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS
美國(guó)宇航局在2017年10月的“冰橋行動(dòng)”中拍攝到這樣一幅畫(huà)面，冰川和巖石在南極半島對(duì)峙。很久很久以前，整個(gè)地球都可能在“雪球地球”形成階段大范圍地出現(xiàn)圖中的場(chǎng)景。
攝影：MARIO TAMA, GETTY
美國(guó)大峽谷堪稱(chēng)巨大的地質(zhì)圖書(shū)館，那里的巖層告訴了我們地球發(fā)展史中的諸多故事。然而令人驚奇的是，部分規(guī)?？捎^的巖層仿若憑空消失，它們代表著12億年前至2.5億萬(wàn)年前的歷史片段。
這種缺失某一時(shí)期巖層的現(xiàn)象被稱(chēng)作“大不整合面”，除了美國(guó)大峽谷，還有很多地方存在這一現(xiàn)象。代表寒武紀(jì)的巖層，其歷史可以追溯到5.4億年前，這些沉積巖中出土的化石蘊(yùn)藏著復(fù)雜的多細(xì)胞生命。再往深處就是沒(méi)有化石的結(jié)晶基底巖，大約形成于10億年前，甚至更久。
那么這些消失無(wú)影的巖層都去哪里了呢？一支國(guó)際科考隊(duì)借助多個(gè)證據(jù)鏈的分析，大膽推測(cè)“偷走”巖層的很可能是“雪球地球”，那段時(shí)期，地表的絕大多數(shù)區(qū)域都覆蓋著厚厚的冰層。
該科研團(tuán)隊(duì)介紹，在那數(shù)以?xún)|年計(jì)的漫長(zhǎng)歲月里，三分之一的地殼或是被“雪球地球”的漂移冰川割鋸，或是被冰川侵蝕。受此影響，這部分沉積物被推至覆蓋了爛泥的海洋，隨后又在俯沖板塊的作用下被覆蓋物吸納。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上的文章稱(chēng)，實(shí)際上，地球掩蓋了大多數(shù)地區(qū)約五分之一的地質(zhì)歷史。這一觀點(diǎn)簡(jiǎn)潔鮮明而又頗具挑釁意味，就連諸位作者都直言，此番言論必將挑起部分地質(zhì)學(xué)家的舌戰(zhàn)。
“但我認(rèn)為，我們可能已經(jīng)手握重大證據(jù)來(lái)支持這一非比尋常的論點(diǎn)?！痹撐恼碌淖髡咧?、來(lái)自伯克利地質(zhì)年代學(xué)中心的博士后研究員C. Brenhin Keller說(shuō)道。
地球化學(xué)之謎
雖然“雪球地球”的具體細(xì)節(jié)未有定論，其觸發(fā)與停止的機(jī)制仍有爭(zhēng)論，但科學(xué)界對(duì)7億年前這場(chǎng)災(zāi)難的存在愈發(fā)趨于認(rèn)同。類(lèi)似于今天發(fā)生在南極洲的種種現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)“雪球地球”上的大部分冰川都具有無(wú)與倫比的侵蝕作用：冰川主體的巨大壓力致使底部融水充沛，對(duì)下方沉積物具有強(qiáng)力的掘蝕作用。冰川表面寒冷到極點(diǎn)，底部卻是暗流涌動(dòng)。
在亞利桑那州的黑尾峽谷，寒武紀(jì)砂巖位于更古老的基巖“毗濕奴片巖”之上，這就是“大不整合面”現(xiàn)象。
攝影：EARTH GALLERY PHOTOGRAPH, ALAMY
“大不整合面”經(jīng)常作為一種侵蝕特征來(lái)討論，但有些地質(zhì)學(xué)家對(duì)如此大規(guī)模的地殼被徹底抹除的觀點(diǎn)表現(xiàn)出了畏縮。
然而，Keller在古老的鋯石中找到了新線(xiàn)索。這種礦物質(zhì)會(huì)在結(jié)晶過(guò)程中固化于地球化學(xué)環(huán)境中，所以哪怕是過(guò)了數(shù)十億年，科學(xué)家依然能分離出鋯石以探明地球曾經(jīng)的樣子。例如40億年前的鋯石就為我們提供了生命萌發(fā)時(shí)的線(xiàn)索。
最為特別的是，這些鋯石擁有種類(lèi)繁多的放射性同位素，就像是檔案管理員一樣為我們保存了各類(lèi)信息。研究者能借助鈾同位素精準(zhǔn)地測(cè)出結(jié)晶物的形成年代；而鉿同位素有助于解讀地殼和覆蓋物的奧秘，因?yàn)椴煌耐凰貙?duì)應(yīng)著不同的地質(zhì)狀況。
Keller及其團(tuán)隊(duì)便利用大量鋯石樣本，小心翼翼地揭開(kāi)地殼在44億年跨度中的地球化學(xué)發(fā)展史。他們發(fā)現(xiàn)，“雪球地球”學(xué)說(shuō)中的起始年代出現(xiàn)了劇烈的地球化學(xué)變化，而且這一變化只能用大量地殼被改造為新的巖漿儲(chǔ)源來(lái)解釋。
這些鋯石中的氧同位素顯示，地殼還經(jīng)歷了低溫水熱過(guò)程。這就意味著，它處于與冰水接觸的地殼表面，且被刮除，而不是處于更深處。
總而言之，這些證據(jù)清晰地表明地表發(fā)生了極為劇烈的侵蝕活動(dòng)。雖然侵蝕活動(dòng)就全球而言并不均勻，但總體計(jì)算下來(lái)，相當(dāng)于3至5公里厚的巖層被清除。
可疑沉積物帶來(lái)的驚喜
雖然這些地球化學(xué)證據(jù)非常有效，但近日科學(xué)研討會(huì)上對(duì)相關(guān)論點(diǎn)的可能性大討論使得該文的作者們意識(shí)到，還有很多要點(diǎn)需要闡明。
該文作者之一、來(lái)自科羅拉多州波德西南研究所的行星學(xué)家Bill Bottke說(shuō)道：“6到7億年前，地球失去了很多很多火山口。”一些古老的火山口仍然存在于穩(wěn)定的大陸核心“克拉通”上，但這樣的火山口既少又相距甚遠(yuǎn)。
對(duì)于如此神秘的現(xiàn)象，大規(guī)模的侵蝕活動(dòng)看起來(lái)是個(gè)簡(jiǎn)單而有效的解釋?zhuān)恢蔽凑业秸嬲牡刭|(zhì)證據(jù)。在Bottke看來(lái)，地球極為擅長(zhǎng)清除自己的痕跡。幸運(yùn)的是，Keller關(guān)于“雪球地球”的地球化學(xué)理論為我們展現(xiàn)了一個(gè)合乎情理的解釋。
據(jù)另外一名作者、來(lái)自南安普頓大學(xué)的地球科學(xué)副教授Thomas Gerno介紹，在寒武紀(jì)初期，地質(zhì)沉積速率出現(xiàn)了巨幅抬升。所有新生成的沉積物需要龐大的空間來(lái)安置，那么似乎只有在此前經(jīng)歷了大規(guī)模的侵蝕活動(dòng)，方可使其成為可能。
正如研究者所指出的，問(wèn)題就出在“雪球地球”末期與寒武紀(jì)初始之間的漫長(zhǎng)時(shí)段中。在“雪球地球”的侵蝕活動(dòng)結(jié)束之后，為什么花了那么長(zhǎng)時(shí)間才形成新的巖層。
其原因可能來(lái)自于多方面，其中之一是“雪球地球”的侵蝕活動(dòng)實(shí)在太過(guò)劇烈，以至于地球上已沒(méi)有多少地形地貌能供以侵蝕。“雪球地球”結(jié)束后，地球首先要做的就是“鍛造”新的土地，這需要時(shí)間。
萬(wàn)有理論
伯明翰大學(xué)的地球科學(xué)名譽(yù)教授Ian Fairchild認(rèn)為，不可能每件事物都配合的天衣無(wú)縫，但該理論似乎說(shuō)得頗為合理，而且論據(jù)清晰。該教授并未參與本文所述研究項(xiàng)目。
Bottke希望研究團(tuán)隊(duì)的理論是對(duì)的，但他也樂(lè)于見(jiàn)到該文章引起地質(zhì)科學(xué)界的諸多爭(zhēng)論。他說(shuō)道：“這些溝通對(duì)科學(xué)發(fā)展大有裨益?！?/p>
該文章還指出“雪球地球”的終點(diǎn)也是復(fù)雜形態(tài)生命的起點(diǎn)。因?yàn)楸ǖ褡脸鰨{灣這樣的淺海區(qū)域，隨著地球變暖，這些區(qū)域就是孕育生命的搖籃。另外，伴隨著大規(guī)模的地殼損耗，很可能會(huì)出現(xiàn)重大的地球化學(xué)反應(yīng)和環(huán)境變化，潛在地促進(jìn)了后續(xù)的生物演化。如果結(jié)論屬實(shí)，那么該文章的影響將極為深遠(yuǎn)。
本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，古老冰川擦除地殼的活動(dòng)或許直接促成了多細(xì)胞動(dòng)物的多樣化。
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