從大約18億年前開始,地球的地殼變薄,減慢了養分流入海洋的速度,並可能阻止了生命的發展。
如果您可以在十億年前探索地球表面,那麼最引人注目的景象可能就是世界的卓越性。不會有樹或蟲子,也不會有鳥在頭上。唯一的生活是簡單而渺小,濃濃的海洋湯。
在《科學》雜誌上發表的一項新研究指出了另一個可能遺漏的特徵:參天大山。
現代地球上動盪不安的構造板塊以慢動作舞蹈的形式不斷變化,從而改變了我們星球的表面。各大洲之間的碰撞使地殼變厚,並爬上了諸如喜馬拉雅山之類的山脈,這些山脈的高度越來越高。
但是,蝕刻到地球深處形成的微小鋯石晶體中的線索表明,板塊構造並不總是像今天那樣起作用。在1.8到8億年前的這段時間(被稱為“無聊的十億”)中,這些大陸似乎越來越薄。這種大陸性減肥的確切驅動因素尚不清楚。但是,這片土地最纖細,比今天薄了約三分之一。研究人員認為,這一變化可能部分是由於板塊構造的放緩所致。
研究人員還認為,這種薄的地殼可能延緩了我們所知道的生命演化。普尼山脈會減緩地球岩石的侵蝕,從而限制海洋生物提供生命的養分。
中國北京大學的地球化學家,新研究的第一作者唐明說:“當時是海洋的饑荒。” 但是,在各大洲再次開始變厚之後,營養的大量湧入似乎推動了進化到更大,更復雜的生活。
閱讀岩石唐正研究西藏南部喜馬拉雅山的花崗岩岩石時,發現它們的礦物鋯石晶體具有奇怪的圖案。這些微小的時間囊在岩漿在地球內部冷卻時形成,記錄著我們星球上古代環境的化學指紋,而且它們幾乎是堅不可摧的。研究人員發現,鋯石是在地球出生大約44億年前後不久形成的。
唐正意識到,從藏族樣品中提取的鋯石晶體的化學成分隨其母巖形成時的大陸厚度變化而變化。
唐說,科學家以前透過觀察岩石中鑭和y元素的相對含量來確定大陸厚度。但是使用岩石本身來窺視過去是困難的,因為自從地球誕生以來,幾乎沒有完整的岩石倖存下來,從而在地質歷史上留下了空白。
沒有被參與這項新研究的澳大利亞莫納什大學的地質學家彼得·卡伍德說:“被描述為就像讀一本小說的四分之三的頁面缺失。” 然而,鋯石的永恆品質使科學家可以窺探一下我們星球過去的更完整的故事。
唐正和他的團隊開發了一種使用鋯石估算大陸厚度的新方法:他們發現,晶體中euro元素的含量會隨著使用現有岩石化學方法測得的厚度而變化。
唐正和他的團隊去年在“地質學”中釋出了他們的新模型,然後著手使用此新工具。他們從全球以前研究過的鋯石(總共超過14,000個)中收集了資料,並繪製了隨時間變化的化學變化圖。出現了一個驚人的模式:在整個無聊的十億年中,地殼逐漸變薄。
“我們沒想到這一點,”唐說。變薄的同時,之前在岩石記錄中已發現的許多其他古老山地建築標誌也消失了。與侵蝕有關的鍶組成發生了明顯變化。同樣,鉬和鈾元素幾乎從海洋岩石中消失了。富含磷的岩石變得稀缺。
唐正說:“所有這些都可以用我們的大陸平坦得多的模型來解釋。”
黏糊糊的大陸蛋糕儘管這種地殼颳風作用的確切過程尚不確定,但唐和他的同事們認為,這種變化可能部分來自板塊構造的放緩。如果沒有連續地向上行進,由於風和水的侵蝕在岩石上逐漸消失,山峰將逐漸變平。
研究小組認為,這種放緩是由於在無聊的十億年中,當大陸主要聚集在一個超大陸上時,地球表面的熱量分配方式發生了變化。
被稱為努納的超大陸始於約21億年前。然後,經過輕微的重新佈置,被稱為羅迪尼亞的超大陸形成了,開始於大約十二億年前,持續了將近五億年。超過一個世紀以來,這些大陸塊在地球的一大片區域上形成了幾乎不間斷的毯子,將熱量困在地表深處。
唐認為,超大陸下方的多餘熱量也會在洋殼下方產生冷卻,影響構造板塊的行進。
但是,女王大學的斯賓塞認為,構造變慢並不完全符合地質記錄。儘管這些板塊並沒有在全球範圍內取得巨大飛躍,但仍存在岩漿活動。在此期間,將近有40%的北美地區成立了。斯賓塞說,如果你在南加州和拉布拉多之間畫一條界線,東南的一切都在1.8到10億年前形成,而如果不積極推動構造運動就不可能發生。
除了構造速度變慢的問題外,超大陸毯的想法還提出了另一種可能性:其下方積聚的過多熱量可能會削弱上覆的岩石。這種現象會導致表面變平,因為熱的岩石無法支撐高山。
“這有點像粘糊糊的蛋糕,”卡伍德說。只要含糖結構保持涼爽,它就可以保持其形狀。加熱,開始滲出。
“我認為這確實是本文的重點,”斯賓塞說。變薄的外殼可能不是因為構造山脈的構造運動的平靜,而是由於這些過程的工作方式發生了變化。
賓夕法尼亞州立大學變質地質學家安德魯·斯米說,過熱和稀薄的地殼的結合可能解釋了在碰撞產生羅迪尼亞的過程中形成的一系列異常岩石,他不是研究小組的成員。這些岩石似乎是在比預期深度更熱的溫度下形成的,但可能是由薄而熱的外殼造成的。
儘管唐說,間歇性構造和地殼變弱都可能在起作用,但他說,關於我們的星球長久以來的樣子還有很多事情需要了解。他的團隊的工作為無聊的數十億人增添了更多的吸引力,並強調了一些科學家在過去提出的觀點:也許這個時代可能並不那麼愚鈍。
“我不覺得這很無聊。這不是安靜或安靜,”卡伍德說,他創造了“中世紀”一詞。但他指出,這個名稱無關緊要:重要的是,這段時期明顯不同。
“顯然,這裡發生了一些有趣的事情” 。