我们正生活在一个超级大陆诞生的途中

作者: 万博

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2019-09-17 17:10:35

本文探讨了超级大陆的概念及其在地球历史中的重要性,介绍了超级大陆的形成、演变以及未来可能的超级大陆。通过对地质学的研究,揭示了地球的演化过程和大陆的分合循环。

珠穆朗玛峰是全球最高的山峰,我踩的这些岩石大部分都是灰岩,这些岩石都是在海底形成的。海底形成的岩石今天都“跑”到了世界的最高峰上,可见地球的变动非常大。

超级大陆的节奏,就是我今天想传递给大家的所有信息。我想告诉大家:地球曾经存在过超级大陆,而且超级大陆的每一次存在和裂解,都是有节奏的。介绍超级大陆之前,我想先跟大家分享一下什么是大陆。我们今天所说的大陆是指大陆地壳,而不是指中国大陆。人类太空探测任务图展示的是美国国家航空航天局和加州理工空气动力学实验室执行完的所有关于太空的人类探测任务。从左到右是太阳、八大行星依次排开。

围绕着地球,我们对近地行星进行了很多观测,包括火星、月球、金星,对一些较远行星也有不少观测。我们在地球上也会看到很多陨石,这些陨石来自不同的行星,研究陨石也可以了解行星的情况。通过这些观测和研究,我们发现茫茫宇宙中,其他的行星是不存在大陆地壳的,只有我们的地球有大陆地壳。地球的黄色部分就是大陆地壳,蓝色的就是海洋。如果我们把这些海水去掉,黑色的就是大洋地壳,大洋地壳和大陆地壳是有区别的。

今天大陆地壳只占整个地球表面30%的面积,如果按质量计算,大陆地壳占比非常小。而全人类都生活在大陆地壳上,我们的矿产资源、油气资源、农业都基于大陆地壳。可见,大陆地壳在整个太阳系中都是一种非常特殊的存在。今天的大陆地壳散布在全球各个地方,还没有形成超级大陆。

我们今天的主题是“起源”。讲到起源,我们经常会问三句话:我们是谁?我们从哪里来?我们要到哪里去?1897年,法国画家保罗·高更在西南太平洋的一个小岛画了一幅画,就是用这三个问题命名的。这是一个非常高深、终极的哲学问题。如果把问题中的“我们”换成“超级大陆”,它就会转变成科学问题:超级大陆是什么?超级大陆从哪里来?未来还会不会有超级大陆?

什么是超级大陆呢?地球表面所有的大陆联合在一起,就组成了超级大陆。这个概念是气象学家魏格纳1912年首次提出的,1915年他正式发表了这个概念。动图显示,在汇聚成超级大陆以及超级大陆裂解的过程中,大陆是漂来漂去的,这就是魏格纳最著名的理论——大陆漂移学说。

超级大陆是怎么形成的?我们如何才能知道,超级大陆上所有的陆块在地球历史上是怎么漂来漂去的呢?我概括了四个字——见微知著。研究者在野外经常看到的是几米、几百米或者几千米尺度的能够观测到的岩石和露头,我们通过一些观测并采集标本,再回到实验室在显微镜底下观察,这时便达到了厘米级或者微米级。

再进一步观测的话,就会集中到矿物和矿物包裹体的尺度。通过这些我们便可以了解地球是怎么演化的,而这时候涉及的就是板块的尺度或跨圈层的尺度,最后我们想要了解的,是整个行星是怎么演化的。地球上的每一块大陆都不一样,所记载的信息也不一样。

珠穆朗玛峰是全球最高的山峰,我踩的这些岩石大部分都是灰岩,这些岩石都是在海底形成的。做地质研究会经常旅行,中国有一句古话:行万里路,读万卷书。

地质学家读的书和大家日常读的书有很大差异,我们的书是写在石头上的。我们知道历史上有很多石碑,尽管有些碑文现代人不认识,但是考古学家可以通过翻译,解释石碑上的字。我们读的这些书,相当于一个“三无产品”:没作者,没文字,没页码。这就好像一部记载了地球历史的书,全部被撕得粉碎,散布在全球各地,散布在各个地层里。

这张图是一个地壳的剖面,上部到下部有很多不同类型的岩石,最上面是沉积物质,我们叫沉积岩,再下面有火山岩、花岗岩,最下面还有变质岩,每一层岩石记录的信息都不一样。我们在野外主要记什么呢?我们会素描,把这些岩石整体的特征记录下来,绘画的过程也是我们思考的过程,我们会想这些岩石为什么是这样的。

我们的地质研究走到这一步,其实才刚刚开始。我们现在的科学研究,都需要了解定量信息,为此,我们也会通过很多的物理和化学方法,去定量了解这些岩石里面所包含的信息。比如,我们先把这些岩石粉碎到一定的程度,根据所需要的矿物的特征,把这些矿物分选出来。

3亿年前地球上有一个潘吉亚超级大陆,潘吉亚是一个古希腊词,PANGEA,PAN是所有的,GEA是陆地的意思。那个时候,恐龙全部生活在一个超级大陆上。我们看这张图,在非洲和南美洲有很多相似的恐龙,这些恐龙是不会游泳的,它们怎么横穿海洋呢?这说明当时没有海洋,所有大陆是连在一起的。

7亿年前还有一个超级大陆,罗迪尼亚超级大陆。为了解释这个现象,我们就要恢复这个超级大陆,所有的证据都取决于岩石的记录。越古老的岩石,被改造得越强,恢复起来也就越难。1970年科学家提出一个假设,认为7亿年前存在一个超级大陆,将其命名为罗迪尼亚超级大陆,2008年的时候,才有了非常好的制约。

18亿年前还有一个叫哥伦比亚超级大陆,1997年,哈佛大学的霍夫曼教授提出了这个概念。板块构造是区分地球和其他所有星球的关键标志,但是,板块构造并不是地球一诞生就有了,是地球演化到了一定时期才有的一个特征。

超级大陆旋回是地球进入“中年”的主旋律。地球有45.5亿年历史,在20亿年前第一个超级大陆才出现,这是有比较充分的证据支持的。2014年,澳大利亚的科学家Peter Cawood教授将18亿-8亿年的地球命名为地球的中年期。地球进入中年期以后,出现了若干次的超级大陆,每一次超级大陆都进一步把地球往更加宜居的方向来调节。

现在地球上并没有超级大陆,但是我们生活在超级大陆汇聚的过程中。印度和欧亚大陆碰撞形成了喜马拉雅山,阿拉伯和欧亚大陆碰撞形成了扎格罗斯山,非洲正在和欧亚大陆碰撞。未来还有超级大陆吗?美国哈佛大学Paul Hoffman教授在1999年预测未来还有一次超级大陆,他给这个超级大陆起了名字——美亚超级大陆。也就是说美洲和亚洲碰撞将形成下一次的超级大陆。

通过地球物理的方法我们可以知道,地球半径有6000多千米,但是我们现在直接观测到的证据还很少。上天不易、入地更难,仰望星空、脚踏实地。地球的深部有很多未知的东西,还亟待广大的朋友们投身到地球科学的研究中。在这个充满奇迹的地球上,我们现在只是在地表很浅的地方进行研究,地球深部肯定蕴含了更深刻、更神秘的东西。

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