全站搜尋 電子雜誌搜尋

AD

ad970250
Jan. 10 2019

代表好幾億年地球史的地層不見了,那段消失的地質時間究竟發生什麼事?

1
  • 代表好幾億年地球史的地層不見了,那段消失的地質時間究竟發生什麼事?

地球地質史五分之一消失的原因,可能是因為全球各地的冰河將證據給埋掉了。

2017年10月NASA的冰橋任務,在南極半島上拍到這張冰雪與岩石交界面的照片。數百萬年以前在所謂的「雪團地球」階段,整個地球的情況很可能與這個極地景象類似。
PHOTOGRAPH BY MARIO TAMA, GETTY

大峽谷是巨大的地質圖書館,重重的岩石層講述許多關於地球歷史的故事。然而奇怪的是,一層代表2.5億到12億年不等的大型地層卻不見了。

這個著名的「大不整合面」(Great Unconformity)的巨大時間空缺,不只出現在這個著名的峽谷裡,在世界各地都能發現。大約5億4000萬年前的地層屬於寒武紀時期,這層沉積岩裡壓著複雜的多細胞生物化石。緊鄰其下的一層則是不含化石的結晶基岩,大約在十億多年前生成。那麼中間這段時間形成的岩石都到哪兒去了?

AD

各國地球科學家組成的團隊從多條證據判斷,偷走這地層的就是雪團地球(Snowball Earth)。雪團地球假說認為,地球有一段時期被冰雪全面(或大部分)覆蓋。

根據此團隊的說法,那段消失的地層代表了大約十億年不等的時間,而雪團地球上移動的各條冰河和它們的侵蝕能力,把地球將近三分之一的地殼「鋸開」了,這些被冰河刮擦掉的沉積物被傾倒到泥雪覆蓋的海洋裡,再經由板塊運動隱沒於地函內。

研究團隊在《美國國家科學院院刊》發表的研究中主張,地球把自己地質史的五分之一給埋掉的證據,實際上在許多地方都可看到。這個見解很簡潔,但也很聳動,連作者自己都預計一定會遭到某些地球科學家的質疑。「不過呢,我認為我們手上握有非常好的證據,可以支持這個出眾的論點,」這篇研究的第一作者布瑞恆.凱勒(C. Brenhin Keller)說。凱勒是柏克萊地質年代學中心的博士後研究員。

這片岩壁上顯露出大不整合面:寒武紀的砂岩直接壓在年代更為久遠的維斯紐片岩的基岩上。照片攝於亞利桑那州黑尾峽谷。 PHOTOGRAPH BY EARTH GALLERY PHOTOGRAPH, ALAMY

地球化學的幽魂

雖然關於雪團地球的細節、觸發與結束機制的爭議持續不斷,但科學界愈來愈能接受地球在大約7億年前曾是巨大冰凍「雪球」的想法。而且就和我們今天在南極見到的情況相似,雪團地球上的眾多冰河曾是非常強的侵蝕動力,來自上方冰雪的重量會形成壓力,造成冰河底部溼滑1編注:壓力會使冰塊熔點下降,冰河本身的重量,成為冰河底部融化的壓力。,因此能移動沉積物,儘管它表面的溫度非常低。

大不整合面雖然常被認為是侵蝕作用的特徵,不過這麼大量的地殼被徹底抹去,讓某些地質學家遲遲無法接受這樣的觀點。

不過凱勒在古老的鋯石內發現了新線索。這種頑強的礦物會把自己結晶化時所處環境的地球化學條件封存下來,數十億年後的科學家就可以分析它們,來了解地球曾經的樣貌。

特別的是,這些鋯石裡含有好幾種有如記錄器的放射性同位素。鈾同位素能讓研究人員知道晶體形成時的精確年代。其他如鉿同位素等能揭露地殼和地函當時經歷的事情,因為某些同位素有偏好某種地質環境的特性。

透過研究大量鋯石,凱勒與團隊仔細地解開地殼在44億年時光中地球化學性質的演變。他們看到理論上雪團地球的全球冰河作用開始時,地球化學性質有了很大的轉變,而唯一的解釋就是大量地殼被回收到新的岩漿庫裡。

鋯石內的氧同位素也顯示地殼曾經歷過低溫的熱液變化。這表示與冰、水接觸並被剷斷後隱沒的是地殼最上面的表層地層,而不是更深的地層。

總而言之,這些證據都表明了地表曾經發生規模龐大的侵蝕作用,雖然對世界各地的侵蝕程度不一,平均來說有3至5公里厚的沉積層被掃除掉。

↑↑↑↑↑101科學教室地球。地球是已知唯一能維持生命的行星。這顆藍色寶石為何在宇宙中如此特別?

可疑沉積物裡的意外發現

雖然地球化學的證據很有力,不過在最近舉行的科學研討會裡的討論,讓所有共同作者了解到故事內容還有很多東西可以講。

其中一件就是:「大約6到7億年前,地球的隕石坑消失了。」研究的共同作者比爾.波奇(Bill Bottke)說。他是西南研究院的行星科學家和小行星專家,該院位於科羅拉多州的波爾德。某些古代的隕石坑還存在於穩定的大陸核心(cratons,又稱克拉通)上,不過數量很少而且彼此距離遙遠。

這個謎團可以很簡單地解釋,也就是存在某個規模非常大的侵蝕事件,但過去想要找到一丁點兒證據都是很困難的。不像其他行星,「地球對於抹去自己過往的痕跡是非常拿手的。」波奇說。幸運的是,凱勒的地球化學證據清楚表明了,雪團地球能很自然地解釋這樣的情況。

還有一點,就是沉積率在寒武紀初期時大幅上揚。南安普敦大學地球科學副教授湯瑪斯.葛農(Thomas Gernon)說,所有新的沉積物都需要很大的空間來沉積,而唯有先前發生過劇烈的侵蝕事件才有可能獲得這樣的空間。

但研究人員也指出,他們的數據還存在一個問題,那就是預測雪團地球結束時間到寒武紀開始時,中間的數百萬年仍然是一段空白。現在還不清楚所有侵蝕停止後,為什麼新岩層的生成還得花上那麼久的時間。

雖然這很可能是多種因素同時造成的,但其中一個可能性就是雪團地球的侵蝕力非常強,導致結束後沒有什麼地形留存下來。於是地球需要先形成更多土地,而這很花時間。

面面俱到的理論

沒有參與這個研究的伯明罕大學地球科學名譽教授伊恩.菲爾柴德(Ian Fairchild)指出,可以理解這個研究無法把所有事情都解釋得很完美,不過它所敘述的過程「十分合理」,而且各個論點都「相當高明」。

波奇希望這個團隊的論點是正確的,但無論如何,他很高興這篇論文能激起對這個地質謎團的論辯。

「這種對談正是驅動科學前進的力量。」他說。

若這理論能被證實,它的含意可能非常重要。畢竟這個研究指出,複雜的生命形式是在雪團地球大規模侵蝕事件結束之後才出現的。冰河可能會切割出像峽灣這樣的淺海地形,而當地球回暖時,這些地區會成為生命的安居之所。這樣龐大的地殼耗損,也可能與對生物演化有助益的重大地球化學與環境變化同時發生。

從本質上來講,多細胞動物的多樣化,有可能是古代冰河消切地殼所造成的直接結果。

撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS

翻譯:蔡雅鈴

(本文的網頁首圖Photo Credit : Wasif Malik, via Flickr, CC BY 2.0

MAR. 2019

宇宙中還有誰

地球之外有沒有生命存在,已經不再是問題。現在的問題是,我們要怎麼找到那些生命。

宇宙中還有誰

AD

熱門精選

AD

ad300600

AD

ad970250
Subscribe
立即訂閱
keyboard_arrow_up