美洲聯合板塊：新大陸的形成

北美洲與南美洲的碰撞，戲劇性地改變了地球的氣候。這個變化很可能早于我們的想象。

有些事給人留下難忘的印象，甚至還有一點兒怪異。比如，看著一艘集裝箱運貨船滑過一座山脈就是這樣。不過此刻，就在巴拿馬，這卻是平常景象。每年大約有15000艘船只行駛在這條著名的運河上，這條運河切斷了一條曾改變世界的地峽。

巴拿馬運河的建設者花了10年以上的時間，炸開橫跨中美洲的通道，他們的努力是值得的。1914年，運河開通之前，往返于大西洋和太平洋的船只難以避開好望角附近的危險航線。正是這條運河，將航程縮短了一半，拯救了無數的生命，并且有助于建立支持現代世界的全球貿易系統。

而在幾百萬年前，就在這同一個地區，發生了一件更具久遠意義的事件。這次的事件，是由于一條航道的封閉而不是開通造成的。

2000萬年前，這個世界完全是另一番模樣。雖然板塊構造論曾把歐洲大陸安排得幾乎和現在完全一樣，但有一個至關重要的區別是：北美洲和南美洲被一條深海水道——中美洲海道——所分離。

被我們稱為巴拿馬的大陸橋封閉了這條海道，這是過去6500萬年來所發生的最重要的地質事件之一。它對世界的海洋、氣候和生物有著重要影響，也許人類的進化也與此密切相關。

現在，古生物學家通過對這條運河的仔細發掘找到一些證據，將戲劇性地改變我們對大陸碰撞的理解。如果這些證據得到證實，它將不只是使地質學家感到不安，甚至會改變我們對促使世界氣候變化的原因的理解，并且對全球變暖及其后果的預測，也有著極其重要的意義。

20世紀80年代，巴拿馬市熱帶研究所的地質學家托尼·科茨，將有關巴拿馬出現的正統解釋拼湊起來：它始于一系列火山噴發，在一個叫做加勒比板塊的小地殼構造板塊上，形成中美洲海道西南面的一個群島。由于板塊向東北方向漂移，這個群島便進入海道，部分地填補了這一空隙，這是在大約400萬年前。

到了300萬年前，隨著接連不斷的構造隆升和沉積物的堆積，兩個大洲被一個大陸橋連接起來。這個大陸橋就是我們今天所稱的巴拿馬——它改變了世界。

中美洲海道的這次封閉，將大西洋和太平洋分割開來，完全改變了海洋環流模式。由于海道封閉，這兩大洋的海水再也不能混合，它們的鹽度開始有了差別。從大西洋蒸發的海水被信風帶到西面，變為雨水落入太平洋，使得大西洋的海水較咸，而太平洋的海水較淡。’這種鹽度梯度調動了巨大的海洋循環，驅動著現代地球的氣候系統。

同時，過去流經這個地峽的溫暖的大西洋洋流，改道向偏北方向流動，形成了墨西哥灣流。這被認為是對世界的顛覆，形成了現代冰河期——直接導致北極區冰蓋的形成。這個變化還“重置”了降雨模式，形成了非洲大草原。而正是非洲大草原，吸引我們的祖先從樹上來到地面。

從局部來看，這是一個瘋狂的時代。只在南美洲進化成的奇妙而怪異的生物，如樹懶、有袋類動物、食蟻獸和犰狳，竟會分布在北美洲！同時，北美洲的動物，豬、狗、劍齒虎、駱駝科動物、馬和大象，卻到了南美洲！它們的遷徙更為成功！大量南美洲動物群已經絕跡，而在前往巴塔哥尼亞（南美洲一地區）的沿途，仍可找到北美洲原產地的動物。

探尋生命

每一種經歷橫貫大陸的大遷徙的陸生動物，都必須分批穿越一條僅80千米寬的地峽，這使得巴拿馬成了古生物學家的夢幻天堂，而眼下正是發掘它的最佳時機。因為巴拿馬運河管理局在運河中段有一個拓寬計劃，而富含化石的新沉積物將重見天日，研究人員很可能首次發掘出比已確定的300萬年的碰撞年代更為久遠的遺址，并一直深入到火山巖基巖。

現在，時間已經非常緊迫。研究者只剩下1年時間，運河水就將永遠淹沒遠古的秘密。

哥倫比亞科學家卡洛斯·賈拉米洛憋足了勁，要充分利用這個千載難逢的機會，深入研究中美洲的過去。在過去幾年里，他和他的研究小組已小有成就。在已有證據的基礎上他們推斷，美洲兩塊大陸的碰撞不是發生在300萬年前，而是發生在北極區冰蓋形成之前的2200萬—1900萬年。

鑒于這種說法尚不完善，因此還有爭議。科茨說：

“賈拉米洛將把他的旗幟插到極地，有些人會贊同，有些人會否定。如果他是對的，這確實是一個引人入勝的發現，不過，它將掀起軒然大波。”

首先，賈拉米洛得面對幾條證據線，而這幾條證據線指向正統的觀點：大約300萬年前，地峽就已封閉。也就是說，從那時、而不是之前的北美化石中，可以看到樹懶的骨頭和糞便。加勒比海出土的化石證據指向了同樣的年代。

這段地峽封閉所造成的影響之一，是從美洲沿太平洋海岸寒冷而富含營養的深水中產生巨大的上升流，將大西洋切下來，從而造成了溫暖、清澈而貧瘠的加勒比海。差不多同時，由于偏愛清澈、溫暖的海水的物種增加，而喜歡富含營養物的海水的物種減少，珊瑚多樣性也改變了。

但海洋古生物學家發現，300萬年前的加勒比海卻不是這樣，在經歷過一次大碰撞之后，那兒呈現出生物多樣性。“對于一個熱帶海洋來說，加勒比海現在的生物多樣性顯然太差了。地峽形成前的珊瑚種類是現在的2倍。”海洋古氣候學家亞倫說，“我想，我們所看到的正是大滅絕的影響。”

也許，對于正統觀點所認定的日期來說，最引人注目的證據來自大約300萬年前北極區的冰川作用。人們普遍認為，冰川作用是由墨西哥灣流的出現引發的。這種觀點認為，向北涌來的溫暖海水可能導致北極冰蓋的形成，這似乎是違反直覺的，但邏輯卻十分清晰。墨西哥灣流給出了冰蓋形成所缺少的另一個因素：水分。溫暖的海水蒸發，然后以雨或雪的形式降落，要么直接落入北冰洋，要么間接通過西伯利亞的大江大河稀釋了海水，以比較溫和的溫度形成了冰。冰蓋一經形成，便將熱量反射到大氣層里，使極帶進一步冷卻下來。

這就是那個公認的理論。但如果賈拉米洛是對的，那么，極區的凍結就可能與墨西哥灣流沒有關聯了，而我們也不得不另外找尋一個有關冰蓋形成的全新的故事版本。這將提出一個有關未來以及過去的重要問題：格陵蘭島冰川融化的洋流將影響墨西哥灣流（反之亦然，更不用說）也變得可預測了。

這種如果和也許的前提是，賈拉米洛是正確的。那么，證據在哪里呢？“托尼·科茨進行他的研究時，還沒有機會看到這些奇異的遺址，而且也沒有我們今天所擁有的技術。實際上，他是白手起家的。”賈拉米洛說，“托尼只能看見火山巖基巖頂部的沉積物，并根據那兒發現的遺跡確定它們的年代。但現在，我們能看見火山巖基巖本身。”

利用一種叫做熱年代學的工具，賈拉米洛的同事、地質學家卡米洛·蒙特斯，已能確定由加勒比板塊（承載著初始階段的巴拿馬）和南美洲板塊之間的碰撞所形成的主要抬升的年代。蒙特斯說，在2200萬—2500萬年前，從我們的運河現場到哥倫比亞的每一個地方，都可以看見這種信號。

上升的巖漿

這種技術基于一個事實，那就是：火山巖是由上升的巖漿形成的。巖漿從一個腔體中涌出，然后冷卻形成晶體，最后破裂。只要你知道一種特殊的晶體（比如鋯石）破裂的溫度，就可以利用這些破裂來計算出，它是在多少年前被一次火山噴發或大陸碰撞抬升的。

另一項新技術，也被應用到極為接近2000萬年前的巴拿馬和南美洲的研究中。如今，檢測沉積物可確定和追溯到它們腐蝕山脈的年代，這些沉積物有時分布幾百千米寬。利用這種“起源”技術（通過測量如鈾和鉛這樣的元素比值），研究小組檢測了在哥倫比亞加勒比海沿岸的卡塔赫納附近發現的2000萬年前的沉積物，并找到了它們的根源。賈拉米洛認為，這顯然來自2000萬年前巴拿馬一座被風化的山脈。如果巴拿馬巖石太緊湊，不到150千米寬的話，這些沉積物就只能到達卡塔赫納。

也許早期碰撞最具說服力的證據，要數從運河發掘出的明顯是2200萬年前的南美洲動植物殘骸了。賈拉米洛說：“我們發現了許多動物，包括澳洲淡水鱷、河龜和蛇。我們還在清理大量的沉積物，尋找微小的骨頭、種子和果實，簡直就是披沙揀金。”

但即使賈拉米洛是對的，巴拿馬在大約2000萬年前確曾撞擊過南美洲，也不一定就意味著那時的中美洲海道是封閉的。關鍵問題是，南美洲在碰撞時的位置。那時，巴拿馬已經與之相連呢，還是僅僅是一系列的島嶼？如果是后者，那么這次碰撞就沒有封閉這條地峽。

賈拉米洛再次在巴拿馬運河現場找到了他的答案：在2200萬—2300萬年前已變成化石的殘骸，顯示出一個包含大型哺乳動物的成熟森林。賈拉米洛說：“我們發現了從馬到駱駝到熊的一切，還有大樹干。他堅持認為，在大碰撞時，巴拿馬已經與北美洲連到一起了。他認為，如果它是一個島，我們就應該能夠見到不同于大陸的動物，但事實上，它們全是北美洲其他地區都有的典型的動物群。

現在賈拉米洛相信，歐洲大陸的封閉早在普遍認為的年代（300萬年以前）之前很久就發生了。不過他承認，很可能兩大板塊碰撞后又用了1500萬年，才形成一個完整的大陸橋。這也可能就是他看見鱷魚和烏龜，而沒有看見其他大型動物的原因：這一灣淺淺的海峽很可能阻隔了這些大型動物渡過這個分水嶺。

叢林區

賈拉米洛還坦言，他沒有找到約2000萬年前北美洲動物南移的證據。但他同時指出，這可能是因為在南美洲熱帶地區還沒有有關那個年代的可發掘的遺址。他說：“我們才剛剛開始發掘哥倫比亞板塊碰撞帶，不過我們得首先清除叢林，更不用說在哥倫比亞革命武裝力量游擊隊的控制N-r作所冒的風險了。”

關于兩三百萬年前加勒比海珊瑚的滅絕，賈拉米洛認為，一直都有許多珊瑚滅絕，包括2200萬年前發生的滅絕。這也許與地峽的形成有關。他援引最近取得的證據說，300萬年前的滅絕可能是由海洋化學改變引起的，與海道的封閉無關。

對賈拉米洛早期理論進一步的支持證據，可能在晚些時候就能得到。在遠離新澤西州的海岸，一項國際海洋鉆探計劃剛剛啟動。這一計劃將提取海床下3000米深處的巖芯樣本，以探明4000萬年前的洋流。賈拉米洛已請求氣象科學與環境實驗室的研究人員，模擬當中美洲海道變得較狹窄及較淺時海洋環流流過的情形，看看墨西哥灣流可能在何時出現。

也許賈拉米洛最感棘手的問題是，該如何解釋北極區是怎樣獨立于墨西哥灣流之外結冰的。他猜想，也許別處的板塊構造，或是二氧化碳的減少使得北極區變得更冷？另一種可能性是，大約300萬年前地軸的傾斜度輕微的改變，使照射到北半球的陽光減少。

對正統觀點的挑戰，賈拉米洛并不孤立，這可能使他受到鼓舞。瑞士聯邦技術學院的氣候學家杰拉爾德·豪格，也認為歐洲大陸的碰撞應該在更早的年代。他肯定地說，有證據證明，2000萬年前早期的墨西哥灣流遠比今天要弱得多。他說，盡管如此，他仍有無可辯駁的證據（直到450萬年前，大西洋的鹽度與太平洋的鹽度并無差別）證明，那時的中美洲海道仍保持了部分貫通。直到那時，淺淺的海峽還為兩大洋提供著充分的交流。而正是這種鹽度的不平衡，驅動著我們今天所看到的強大的墨西哥灣流。

在冰川作用問題上，豪格的所持另一種觀點更讓人困惑。他認為，在導致北極大凍結的諸因素中，墨西哥灣流并未起任何作用，事實上，它起了反作用。“我稱之為巴拿馬悖論，”他說，“地球冷卻了千年，在大約450萬年前達到凍結成冰的臨界條件。但那時巴拿馬封閉引發的強大的墨西哥灣流，使這一地區變暖，致使冰期延遲到270萬年前。”

到底誰是對的呢？是巴拿馬的出現誘發了北極區的冰川作用，還是延遲了冰川作用？或者沒有作用？當我們試圖模擬氣候變化的結果時，答案便顯得尤為重要。曾改變了世界的這道地快，始終是科學家關注的焦點。

（張小寧 插圖）