大地在移動 尋找消逝的超大陸（下）

文 | 于濤 編輯 | 王旭輝

地球46 億年的歷史，經(jīng)歷了無數(shù)次滄海桑田的變化，現(xiàn)在我們看到的高山以前是海洋，現(xiàn)在的湖泊以前是沙漠；我們的大陸，以前的某個時期，也是連在一起的；與此同時，大陸在緩慢地悄悄生長。這一切奇妙的大自然現(xiàn)象是如何被發(fā)現(xiàn)的呢？又是如何解釋的呢？

20 世紀初到中葉，物理學領域，愛因斯坦創(chuàng)立了相對論，玻爾和不愛貓人士薛定諤為代表的物理學家創(chuàng)建了量子力學，加上后續(xù)因霍金被我們熟知的宇宙大爆炸理論、生命科學中的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、計算機科學以及我們今天要介紹的板塊構(gòu)造理論，共同構(gòu)建了現(xiàn)代基礎科學體系。

板塊構(gòu)造學說是在“大陸漂移”與“海底擴張”學說的基礎上發(fā)展而來的，之后威爾遜旋回將地球科學各個方向統(tǒng)一起來，成為地球科學總綱領。

1966 年，美國舊金山舉行的地質(zhì)學大會，標志著研究海洋的地球科學家普遍意識到了大陸漂移與海底擴張的正確性。與此相對的，研究陸地的學者則沒有接受這一理論，因為陸地相對穩(wěn)定，缺乏洋中脊、磁異常條帶、海溝等明顯支持海底擴張的現(xiàn)代證據(jù)。此后兩年，整個地球科學界卻迅速開始看到了這一新的學說對于大陸地質(zhì)的意義。

全球板塊劃分制圖/于濤

威爾遜旋回模型 制圖/于濤

20 世紀60 年代，威爾遜（Wilson）、麥肯基（McKenzie）、摩根（Morgan）、勒·皮雄（Le Pichon）等科學家在大陸漂移與海底擴張學說的基礎上，相繼提出了板塊構(gòu)造學說，認為地球上部可劃分為兩個圈層，上部的剛性巖石圈以及下部的塑性軟流圈，而剛性的巖石圈被劃分為若干個板塊，它們?nèi)缤≡诤Ｑ笾械谋狡≡谲浟魅χ弦悦磕陰桌迕椎乃俣染徛苿印０鍓K內(nèi)部是相對穩(wěn)定的，板塊的邊緣則因相互俯沖、碰撞，火山、地震等地質(zhì)活動頻發(fā)。

很多說法會提到軟流圈或者地幔是液體，但其實軟流圈是固態(tài)的，只不過，在地質(zhì)歷史動輒十幾億年的時間尺度上，萬物皆可流動。一個直觀的例子是，實驗室中把固態(tài)金屬塊長時間放置后，金屬塊呈現(xiàn)了明顯的流動狀態(tài)，如同點燃的蠟燭流下的蠟油。與此相似，軟流圈在漫長的地質(zhì)時期中呈現(xiàn)出了橡皮泥一樣的塑性狀態(tài)。

1968 年，法國地球物理學家勒·皮雄（Le Pichon）將全球的巖石圈劃分成了六大板塊，分別是歐亞板塊、太平洋板塊、非洲板塊、印度板塊、美洲板塊、南極洲板塊。此后，六大板塊又被繼續(xù)劃分為十二個板塊。

大陸漂移-板塊擴張-板塊構(gòu)造學說是逐步發(fā)展的，三者被稱為全球大地構(gòu)造理論發(fā)展的“三部曲”，其中最主要的區(qū)別，就是驅(qū)動力的變化，如果把大陸板塊（巖石圈）比作漂浮在“海水”（軟流圈）上的“輪船”，那么大陸漂移學說認為輪船可以自己走，海水不動；而后兩者認為輪船是海水流動（地幔對流）推著走的。

在了解了板塊構(gòu)造學說的由來之后，我們就要介紹一下大名鼎鼎的威爾遜旋回了。1968年，加拿大地質(zhì)學家約翰·圖佐·威爾遜（John Tuzo Wilson）將大洋的形成及其演化過程進行了總結(jié)，分為胚胎期、幼年期、成年期、衰退期、終了期和遺跡期這六個階段，后來威爾遜的朋友將他關(guān)于板塊構(gòu)造學說的這一基本理論命名為“威爾遜旋回”，指的是大陸從中間裂解、大洋打開到閉合的整個過程，同時也是大陸之間水平運動，彼此分離又聚在一起的過程，這一過程也就是超大陸的形成與裂解過程。

首先，是胚胎期，大陸從中間破裂，稱為裂谷，比如被稱為地球傷疤的東非大裂谷就是其中的代表。其次，是幼年期，隨著大陸板塊進一步破裂，中間出現(xiàn)了大洋地殼，也被稱為陸間裂谷，大陸徹底分裂成了兩塊，典型的陸間裂谷有紅海、亞丁灣。

第三個階段是成年期，大洋持續(xù)的增大，大洋推著兩側(cè)的大陸跑，此時大洋盆地已經(jīng)成熟了，如大西洋。

第四個階段是衰退期，我們可以想象一下，如果大洋無限制地擴張，地球豈不是會無限增大了嗎？所以當大洋向兩側(cè)推著大陸跑的過程，大陸的另一側(cè)總會被“頂住”，大洋就推不動了，此時大洋板塊仍在增長，推又推不動，只得低頭，向大陸板塊“俯沖”，一頭栽了下去，深達幾百公里。目前，大西洋目前在擴大，推著兩側(cè)的非洲、歐亞、美洲板塊跑，而太平洋的面積達到頂峰后便會開始縮小，西岸向歐亞板塊俯沖，東岸向美洲板塊俯沖。因為俯沖作用，板塊熔融，巖漿噴發(fā)形成了火山，火山持續(xù)增長，露出海平面形成一個小島，這就是日本的由來。

第五個階段是終了期，隨著俯沖消減作用不斷進行，兩側(cè)的大陸越來越近，可以想象得到太平洋會關(guān)閉，美洲大陸與歐亞大陸碰到了一起，原來在海水下的地殼緩慢隆起，形成了狹長的造山帶，原來地殼中那些整齊的地層和巖石，會如同完整的活雞變成了一鍋辣子雞，凌亂破碎，這就是一座座年輕的山脈形成，同樣也是滄海桑田的地質(zhì)學原理。此外，由于大陸邊緣的不規(guī)則，會留下一個殘余的小海盆，著名的地中海就是如此。

紅海（左）為典型的陸間裂谷 來源：視覺中國

最后是遺跡期，當這個殘余小海盆完全消失，兩個大陸徹底碰撞在一起，中間的大洋徹底消失，形成年輕的碰撞造山帶。而我們尋找消失的大洋的方法，就是尋找殘留在造山帶中的大洋殘片，這些殘片被稱為蛇綠巖。研究它們，便可以描繪出數(shù)十億年前地球海陸分布的模樣。

威爾遜旋回是地質(zhì)學的總綱領，板塊構(gòu)造運動是地球表層活動和演化的“原力”。大陸是不斷裂解的，而大洋亦是不斷新生又關(guān)閉的。大陸裂解伴隨著大洋的新生，大洋的關(guān)閉意味著造山帶的形成，造山帶將兩側(cè)的大陸“焊接”在一起，如此循環(huán)往復。

可以想見，當?shù)厍蛏纤械拇箨懢奂谝黄鸬臅r候，超大陸就形成了。當超大陸裂解成多個大陸塊，陸塊之間便會形成多個大洋，大洋生長、關(guān)閉，再次碰撞造山，將大陸焊接在一起，形成新的超大陸，如此形成一個完整的旋回。其實，地球46 億年的歷史，就是超級大陸反復的破裂、分離、聚合的過程。每隔7～8 億年，全球各個大陸就會匯聚到一起，形成一個超大陸。

根據(jù)目前的研究，地球演化歷史中，至少形成過四個超級大陸，即距今25 億年的基諾蘭超大陸、距今18 億年的哥倫比亞超大陸、距今10億年的羅迪尼亞超大陸和距今2.5 億年的聯(lián)合大陸。美國哈佛大學保羅·霍夫曼（Paul Hoffman）教授預測未來還有一次超級大陸，并將其命名為美亞超級大陸。

地球46 億年的歷史，伴隨著超大陸的形成、大洋的關(guān)閉，發(fā)生了無數(shù)波瀾壯闊的故事，但很多細節(jié)我們?nèi)圆粔蚯宄У某箨懭孕栉覀兊牡厍蚩茖W家繼續(xù)探索。