[中配]揭開大峽谷的地質奧秘

1880年,當地質學家克拉倫斯·達頓第一次看到大峽谷時 他被那五彩斑斕的牆壁迷住了 大峽谷的壁面由岩層構成 每一層代表着地球歷史的一個獨特時期 而大峽谷深處的一些底部岩層 看起來有些傾斜 達頓知道這些岩層是由非常古老的沉積物構成的 最初它們是以水平層的形式沉積下來的 主要在河流或淺海中 然後沉積物隨着時間的推移變硬 地質力量將部分岩層向上推斜 隨着時間推移 這些傾斜岩層的頂部被青石剝失掉了 後來新的沉積層大致以水平的方式覆蓋在它們之上 他知道這個過程的每一步都需要時間 因爲除非它們之間有年齡差異 否則通常不會在傾斜的岩層上方形成水平的岩層 在對大峽谷的研究中 達頓親眼目睹了地質學家所稱的不整合面 基本上這就是地質記錄中的一處空白 這表明沉積並不是持續發生的 岩層組之間存在年齡差異 有時這個年齡差距可能會達到數百萬年甚至更久 在1882年達頓將這個特定的斷層命名爲大不整合 起初沒有人意識到這有多麼偉大 今天我們通過放射性年代測定知道 位於大不整合面之上的岩石是在韓武紀時期沉積的 約5億年前 但在一些地方這個大不整合面下的岩石大約比它老12億年 這是一個很大的差距 我的意思是地球本身只有大約45億年的歷史 所以在大峽谷的這個地方25%的地球歷史已消失 那些岩層已經不存在了 大峽谷並不是唯一發生這種情況的地方 你可以看到從西伯利亞到南極洲之間的間隙還有許多中間的地方 科學家們仍在努力弄清楚造成大不整合的原因 但他們有一些想法 地球歷史中這個缺失的章節可能與破碎的超大陸 失控的冰川以及也許生命本身的多樣化有關 沉積岩層是通過一個叫做沉積的過程形成的 這個過程是指被風水甚至冰侵蝕的地質材料沉澱下來 它們積累形成沉積層隨後轉變爲岩石 當你有一層與上下層岩石明顯不同的岩層時 這稱爲地層 將一系列岩層疊加在一起 每一層代表一個時間段 它們共同形成一系列岩石 不整合面是分隔兩個年齡差異的岩層的界限 不整合面可能意味着在這個地方很長一段時間 沒有新的沉積物被沉積 從而中斷了岩石序列 但情況並不總是如此 通常飛順層面是由於某種原因 是整個岩層被侵蝕掉而形成的 結果發現大峽谷那如畫的牆壁充滿了不整合 例如在兩層石灰岩之間 有一個1.5億年的間隙 一層來自早期的石炭紀 另一層來自韓武紀 但這與大不整合相比簡直微不足道 它屬於塔皮斯沙岩 這是一個由大約5億零八千萬到5億零一百萬年前 在韓武紀時期的前海古潮所沉積形成的岩層 在它下面你會發現一段1.75億年的變質岩 稱爲微須弩片岩 以及一系列傾斜的岩層 年齡介於12.5億年和7.4億年之間 被稱爲大峽谷超級群 弄清楚那個空隙發生了什麼事 解釋大不整合存在的關鍵 現在我們生活在顯生咒 顯生咒始於大約5億4100萬年前的韓武紀初期 但在顯生咒之前 還有更長的原生咒 它大約在25億年前開始 沒錯 這裏講的是10億 是以字母B表示的 原生代見證了三個超級大陸的興起與坍塌 最後一個被稱爲羅地尼亞 科學家認爲它形成於13億到9億年前 當時完全組裝的羅地尼亞 幾乎包含了當時所有已知的大陸 但超級大陸並不是永恆的 羅地尼亞大約在7.5億年前開始解體 遠在韓武紀之前 它的分裂可能與前韓武紀晚期發生的其他事件有關 那將會是另一個重大的事件 且相當酷 自1930年代以來 科學家們發現了證據表明 在晚期原生代赤道地區 普遍存在冰川 像北美西部和南澳大利亞這樣的地方 在當時是熱帶或亞熱帶的 如果你觀察晚前韓武紀的沉積物 會發現沙子、泥土、礪石和鋸石的雜亂混合 這些沉積物被稱爲冰菊巖 它們是冰川流下的殘留物 在晚前韓武紀時期位於低緯度的地方 地質學家常常發現這些冰菌巖渣 在可能在溫暖熱帶水域形成的石灰石層之間 這一發現結合古地詞數據和其他線索 催生了雪球地球假說 我之前已經談過這個 根據這個觀點 冰川曾覆蓋了世界表面的全部或大部分 從兩極一直延伸到赤道 而這在晚前韓武紀可能發生過不止一次 所以可能經歷過多次冰球地球事件 這些寒冷的時期可能與大不整合有關 但具體如何則要看你問誰 要麼大不整合的形成是導致雪球地球的原因之一 要麼雪球地球是造成大不整合的原因 一項2018年發表的研究指出 大雀是曾有助於雪球地球的開始 它觀察了北美的奧扎克高原 那裏有5億年前的韓武紀沙岩層 位於14億年前的花崗岩之上 在這裏就像在大峽谷一樣 大不整合面清晰可見 爲了對大不整合進行定年 他們使用了告石晶體中捕獲的尤同位素和氦酯 從這些晶體中他們得出結論 這個地區在大約8.5億到6.8億年前 經歷了構造臺升和侵蝕 而這與羅地尼亞的解體時間相吻合 大規模的構造臺升可能是超級大陸破碎的副作用 在這種情況下 研究的作者認爲幾公里後的岩石被抬升起來後 又被侵蝕磨平了 由於當時的奧扎克地區位於內陸深處 科學家們認爲當時發生了大規模的 可能是遍及整個大陸甚至全球的侵蝕現象 如果這真的是一種全球現象 那可能正是它造成了大缺口 還有更多 作者認爲原生帶岩石的侵蝕 通過在地球及其海洋中捕捉大量碳 從而影響了氣候 防止它進入大氣 這是因爲雨水在風化過程中 常常從大氣中吸收碳 由於雨水是弱酸性的 它會溶解岩石並釋放離子 這些離子可以被衝入海洋 在那裏形成碳酸鈣 最終被埋藏並將碳封存在岩石中 而碳是溫室氣體的關鍵成分 因此如果大量碳沒有進入大氣 那可能會促進全球變冷 再加上火山活動和陽光減弱等其他因素 隨着世界變得更加寒冷 冰川可能就會肆無忌憚地擴展 換句話說 歡迎來到雪球地球 所以根據這個事件時間線 羅迪尼亞的分裂導致了大量的侵蝕 不僅這種侵蝕創造了大不整合 同時也影響了氣候 爲雪球地球的形成鋪平了道路 但並不是每個人都同意 2019年發表的一項不同研究 則提出相反的觀點 認爲雪球地球的冰川 通過磨碎我們星球的表面 創造了大不整合 冰川會侵蝕掉大量的外Continental crust 將其傾倒入海洋中 這種大量侵蝕物料的增加 也會增加被推動進入地球地幔的巖殼量 其中一部分被回收成新的岩漿 重新送回地表 而這方面的證據再次來自於 被困在鈣石晶體中的銅位素 但這一次它們是鈣元素的銅位素 某些鈣銅位素更可能在地表形成 而不是在地幔中 並且這種特徵被保留下來 這可以顯示銅位素的來源 另外記得鈣石也用於放射性年代測定 因此通過觀察這些鈣石中 不同半銅位素的比率 以及給鈣石本身進行年代測定 研究人員推測地殼的侵蝕和回收 可能是在雪球地球開始之後發生的 這是因爲它們發現了大量的表面贈 被困在鈣石中 而這些鈣石是在雪球地球開始後形成的 所以如果這是真的 那麼侵蝕和隨之而來的所有地殼回收 就不可能導致雪球地球的形成 相反可能是冰川在超過十億年的時間裏 剝離了岩層 從而形成了大布整合面 或者至少這是一個假設 希望未來的研究能告訴我們 雪球地球和布整合層哪個先出現 但無論如何 大量物質的損失 對地球上的生命都可能至關重要 在結束了原生代的艾迪卡拉紀期間 複雜生命確實經歷了多樣化 隨後在寒武紀期間 生命迎來了爆發 科學家們一直在思考 這是否與雪球地球和大布整合有關 一些研究人員提出 當所有的地殼被破壞時 海洋的化學成分發生了根本性的變化 風化過程可能將大量地質材料 從陸地運輸到了海洋 因此科學家們認爲 我們的海洋中充滿了鈣、鉀、鐵、磷 和其他重要元素 這可能徹底改變了我們星球的生命 提供了它真正開展所需的化學基本元素 有一種假說甚至認爲 這些新成分有助於促進生物礦化 即生物體爲其殼和骨骼創造礦物的過程 所以也許當克拉倫斯·達頓 第一次在大峽谷深處 看到這個偉大的布整合層時 他實際上是在看一種 使他自己存在成爲可能的現象的名片 我必須對所有參與本集諮詢的研究者們 表示衷心的感謝 非常感謝你的反饋 還有這個月的Eontologists Patrick Seifert, Jake Hart John Davison, NG Sean Dennis 和Steve給你們一個超級高五 通過在patreon.com slash eons上支持我們 成爲一名Eonite 感謝您和我一起在康斯坦丁哈斯工作室參加 如果你喜歡我們在這裏做的事 請在youtube.com slash eons訂閱