地球上的山脉可能已经神秘地停止生长了10亿年
1256字
2021-02-16 11:53
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火星译客

如果你能探索十亿年前的地球表面,最引人注目的景象可能就是这个世界的平凡。头顶上没有树,没有虫子,也没有鸟。唯一的生命是简单而又渺小的,就像一碗黏糊糊的海洋汤。

发表在《科学》杂志上的一项新研究指出了另一个可能缺失的特征:高耸的山脉。

现代地球上躁动不安的板块不断地移动,就像一种慢动作舞蹈,重塑了我们星球的表面。大陆之间的碰撞使地壳增厚,使喜马拉雅山脉等山脉隆起,这些山脉一直延伸到更高的天空。

但在地球深处形成的微小锆石晶体中蚀刻出的线索表明,板块构造并不总是像今天这样运作。在18亿至8亿年前的远古时代(被称为“无聊的十亿”时期),大陆似乎越来越薄。大陆瘦身的确切原因尚不清楚。但在最薄的时候,这块土地比现在薄了大约三分之一——研究人员认为,这种变化可能部分是由于板块构造的减缓造成的。

研究人员还假设,正如我们所知,这种薄地壳可能推迟了生命的进化。微小的山脉会减缓地球上岩石的侵蚀,限制海洋生物赖以生存的营养物质的供应。

中国北京大学地球化学家、这项新研究的第一作者唐思明说:“这是当时海洋的饥荒。但在大陆再次变厚后不久,营养物质的大量涌入似乎推动了进化到更大、更复杂的生命。

加拿大皇后大学地质化学家斯宾塞说:“这篇论文提出的问题多于答案。”。但总的来说,他说,这项工作可以提供一个“跳板”,更好地了解我们的现代世界是如何形成的。

了解岩石

唐在分析西 藏南部喜马拉雅地区的花岗岩时,注意到锆石晶体中有一个奇怪的图案。当岩浆在地球内部冷却时,这些微小的时间胶囊就形成了,它们记录了我们星球古代环境的化学指纹——它们几乎坚不可摧。研究人员发现了近44亿年前地球诞生后不久形成的锆石。

唐意识到,来自西 藏样品的锆石晶体的化学成分随着母岩形成时的大陆厚度而变化。

唐说,科学家们以前通过观察岩石中镧和镱元素的相对含量来确定大陆的厚度。但是,利用岩石本身来观察过去是困难的,因为自地球幼年以来,几乎没有完整的岩石存活下来,这在地质历史上留下了空白。

澳大利亚莫纳什大学地质学家斯佩特•卡伍德没有参与这项新研究,他说:“这被描述为就像读一本少了四分之三页数的小说。”。然而,锆石的永恒品质让科学家们得以窥见我们星球过去更完整的故事。

唐和他的团队开发了一种利用锆石来估算大陆厚度的新方法:他们发现,晶体中铕元素的含量随着先前岩石化学方法测量的厚度而变化。

唐和他的团队去年在《地质学》杂志上发表了他们的新模型,然后开始使用这个新工具。他们收集了之前研究过的全球14000多块锆石的数据,并绘制了它们随时间的化学变化。一个引人注目的模式出现了:地壳在所谓的“钻探十亿”中不断变薄。

“我们没有预料到,”唐谈到这个模式时说。冰川变薄的同时,许多其他古代山体建筑的标志也消失了,这些标志之前在岩石记录中已经被确认。与侵蚀有关的锶成分发生了明显的变化。同样地,钼和铀元素几乎都从海相岩石中消失了。富含磷的岩石变得稀少。

“所有这些都可以用我们的大陆更平坦的模型来解释,”唐说。

黏糊糊的大陆板块

虽然这种地壳剔除背后的确切过程仍不确定,唐和他的同事们认为,这种变化可能部分来自于板块构造的放缓。没有持续的上升,山峰会因为风和水对岩石的侵蚀而慢慢变平。

该研究小组认为,这种减速是由于地球表面的热量分布在数十亿年期间发生了变化,当时大陆基本上聚集在一个单一的超大陆上。

被称为努纳的超级大陆大约在21亿年前开始形成。然后,经过一次微小的重新排列,被称为罗迪尼亚的超大陆形成了,大约从12亿年前开始,持续了近5亿年。在超过一万年的时间里,陆地形成了一个几乎不被破坏的毯子,覆盖着地球的大片区域,将热量困在地表深处。

唐认为,超大陆下的过剩热量也会导致海洋地壳下的冷却,从而影响构造板块的运动。

然而,据皇后大学的斯宾塞说,缓慢的构造运动并不完全符合地质记录。虽然板块没有在全球范围内发生巨大的跳跃,但仍然有岩浆活动;近40%的北美大陆都是在这一时期形成的。斯宾塞说,如果你在南加州和拉布拉多之间划一条线,东南方向的一切都是在18亿到10亿年前形成的——如果没有积极的构造运动,这是不可能发生的。

除了构造运动放缓的问题,超大陆覆盖层的想法提出了另一种可能性:下面产生的过剩热量可能削弱了上覆岩石的力量。这种现象会导致地表变平,因为热岩石无法支撑高山脉。

“它有点像一个粘稠的蛋糕,”卡伍德说。只要糖的结构保持凉爽,它就能保持其形状。把它加热,它就开始渗出来。

“我认为这才是论文的关键所在,”斯宾塞说。也许地壳变薄与其说是由于造山的构造运动趋于平静,不如说是由于这些过程的工作方式发生了变化。

宾夕法尼亚州立大学的变质岩地质学家安德鲁斯迈伊说,过剩热量和薄壳的结合可以解释在产生罗迪尼亚的碰撞中形成的一系列不寻常的岩石。这些岩石似乎是在比预期的深度更高的温度下形成的,但热而薄的地壳可以解释这一点。

虽然唐认为间歇性的构造运动和弱化的地壳都有可能起作用,但他说,关于我们的星球在远古时期是什么样子,还有很多需要了解。他的团队的工作为这无聊的十亿人增加了更多的吸引力,并强调了一些科学家过去提出的一个观点:也许这个时代并没有那么乏味。

“我不认为这很无聊。它不是安静或安静的,”卡伍德说,他创造了“中年”这个词。但他指出,名字无关紧要:重要的是那个时期明显不同。

斯密说道:“很明显,这里发生了一些有趣的事情。

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