几亿年前的地球的大陆

水会流，山会变，地球板块在运动!沧海桑田就是瞬间的变幻!几亿年前的地球的大陆在哪里呢?和现在的大陆有什么变化呢?没想到几亿年前地球竟然这样过!在2.5亿年之后，北美洲和南美洲将紧密结合在一起，加勒比海和北冰洋消失，而亚洲将连接美洲，共同形成一块新的超大陆——阿美西亚大陆(Amasia)。这一切都是因为地球构造板块的运动，在过去漫长的岁月之中，地球的巨大板块不断漂移在一起和分离。

几亿年前的地球的大陆

2.5亿年后，地球上也许只有一个大陆

一个超级大陆正在形成，它会合并地球上的主要陆地，这意味着你可以从澳大利亚走到阿拉斯加，或者从巴塔哥尼亚走到斯堪的纳维亚——但形成的时间大约是2.5亿年。这样的过程在科学上被称为“终极盘古大陆”，你也许更喜欢称之为“下一个大事件”。

克里斯多福·史考提斯，是伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的教师。地球上的大陆在活动这一事实，对他很有诱惑力。他在思考这样的问题：这些大陆在过去是怎样排列的，它们在将来会怎样分布。

“5000万年后，澳大利亚将会和东南亚碰撞合并成更大的大陆，”他说，“非洲会推动南欧大陆，而大西洋会比今天更宽阔。”

为了使这些细节具体化，史考提斯创作了一个动画来说明他的预测。

当然，他也承认，对5000万年后的事情进行预测，包括他的终极盘古大陆，都仅仅是推测而已。

地球的大陆位于板块之上，这些板块以不同的速度移动。一些板块以每年30毫米的速度移动，另外一些板块的移动速度可能是这个速度的5倍。这两个速度分别是人类指甲和头发生长的速度。

现在，板块运动可以用埋在地下的卫星定位仪跟踪。但我们知道，在这种技术没有发明之前，人们已经知道板块在很久以前就开始移动了。怎样移动的呢?这些板块如此巨大、移动得如此缓慢，我们又是怎么意识到自己站在巨大的、移动的板块上的呢?

大陆在移动这个观点可追溯到几个世纪前，但是第一次有人拿出重要证据支持这个观点是在100年前，是德国地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳。

对很多地质学家来说，大陆漂移只是一个没有确凿证据的奇思异想。

阿尔弗雷德·魏格纳注意到：即使被大洋隔开，不同大陆上的动植物化石仍有明显的相似性。这意味着这些化石物种活着的时候，这些大陆是相连的。

而且，当魏格纳看地图时，发现南美和非洲就像两块巨大的拼图——它们能拼成一体。这真的是巧合，还是几百万年前它们是相连的，只是后来漂移开了?

魏格纳理论的精髓是：大陆漂移。但很少有人喜欢它。

事实上，对当时的很多地质学家来说，大陆漂移就是一个没有确凿证据的奇思异想。巨大的大陆究竟如何移动的呢?

魏格纳无法提供令人满意的解释。他于1930年去世，但是他的观点一直存在，20年后即将得到证实。

揭开这个理论真相的关键性奥秘，在这些移动的大陆上找不到，它们都藏在海底。

岩石的侧向运动最终可以解释为什么大陆自己会移动。

玛丽·萨普和其他一些人最早意识到：不仅陆地上，海洋里也有山脉和巨大的山谷。早在20世纪50年代，萨普等人绘制了一个巨大的水下山脉，宽度只有几千米却绵延几千千米，就在大西洋中心的海底蜿蜒。

相似的山脉也存在于其他海洋的碧波之下，因此被命名为“洋中脊”。这一发现有助于扭转地球表面如何形成的思潮。

哈雷·赫斯，美国地理学家，“二战”潜艇指挥官，他认可洋中脊潜在的重要性。

在战争期间，赫斯使用声呐详细地绘制了洋底的一些区域。他发现海底地形根本不像多数地质学家认为的那样平坦、毫无特色。

洋中脊的发现符合他正在形成的一个观点，即洋底是慢慢不断更新的。他认为热岩浆沿着洋中脊涌出，然后冷却成岩石。然后，随着更多的热岩浆涌出，冷却了的岩石就被推到山脊侧翼，为新岩石腾出地方。

这种垂直于洋中脊的岩石的侧向运动，最终可以解释大陆自身为什么会移动：沿着洋中脊涌升的岩浆把大陆推开。

他的理论被称为“海底扩张”。一开始其他地质学家仍持怀疑态度，但是海下的其他特征提供了更多的线索，所以舆论的潮流逐渐支持赫斯的观点。

这确实是推动大陆的力量的最好证明。

地球上的许多岩石含有磁性矿物。在岩浆凝固成岩石之前，这些矿物可以像微小的指南针一样旋转，并与地球磁场保持一致。冷却后，这些“指南针”就被冻住了。

加拿大地质学家劳伦斯·莫利和英国地质学家弗雷德里克·藤和德拉蒙德·马休斯认为，这种校准过程为海底扩张提供了更多证据。

地球磁场经常翻转，这种翻转过程表现在构成海底的岩石中。它呈“条纹状”排列，正常极性和反向极性以长条状存在，与洋中脊平行。

要解释这一点，最佳途径是通过海底扩张。

大洋中脊热熔岩中的磁性矿物与地球磁场一致，然后在熔岩冷却时冻结。岩石形成后，从洋中脊的两侧向下移动，远离山脊，它记录了地球磁场几千年里的变化。研究这些记录的学科被称为“古磁学”。

这个观点也解释了为什么山脊两边的条纹通常都是彼此的精确镜像。岩石通常以同样的速度从大洋中脊向两侧运动。

这确实是推动大陆的力量的最佳证明。地质学家现在承认，赫斯和他之前的魏格纳的设想是正确的：地球的地形在不断变化。

“这就像一个大汤锅，”苏珊·霍夫说，她是美国加利福尼亚州地质调查局的地震学家，“这些板块就像汤上面的点点汤皮。”

这些板块永远处于战争状态，在地球表面争夺阵地。

地壳和上地幔之间有两层，即岩石圈和软流圈。岩石圈是坚硬的、地壳较冷的部分，包括板块本身;在软流圈有熔化的岩石向岩石圈移动，有时冲破大洋中脊。

脚下的地面不像想象中那么坚固，所有这些对流和机械活动都能促使板块移动，它们会发生碰撞、滑过另一板块或分离。一些板块甚至俯冲到相邻的板块下面被埋葬，它们的岩石被“回收”到地球内部。

这些板块永远处于战争状态，在地球表面争夺阵地。

图片/本文来源：《飞碟探索》杂志

我们知道板块一直在移动，但是怎样才能绘制出它们以前所处的位置呢?史考提斯制作了一个动画，来展示被认为是7.5亿年前的大陆运动。

他说：“这有点像CSI(犯罪现场)调查。”你必须使用所有的证据来讲述这个故事，因为没有目击者，没有摄像机。”

尽管面对挑战，史考提斯仍然说，我们有信心得到7000万年前的情况。这是因为我们可以准确地追踪海底扩张的进程，从而找出大陆曾经的位置。在海底，有不同类型的地质记录，让我们看到更久远的过去。

不仅仅在南美洲发现中龙化石，在非洲也有。

史考提斯以珊瑚礁古化石为例。三四亿年前，现在的北非正越过极地到达热带。

“如果仔细看，你可以清楚地看到它何时穿过这个边界，由冷的半球到达暖的半球，”史考提斯说，“所以珊瑚礁首次出现在这个区域，并开始在这些碳酸盐台地上生长。”

事实上，化石是一个非常重要的证据领域。当然，最初也是这个给了魏格纳信心。

中龙，与今天的鳄鱼没有什么不同，一种淡水爬行动物，长着长而有力的颚，生活在3亿至2.7亿年前。

奇怪的是，人们不仅在南美洲发现了中龙化石，而且在非洲也有发现。它是一种淡水动物，永远不可能游过大西洋在两个大陆上聚居。那么，它的化石为何出现在浩瀚海洋的两端呢?

答案很简单：3亿年前，没有大西洋，这两个大陆是连在一起的，中龙也从来没有游过那么远的距离。

事实上，中龙活着时，它在两个大陆的任何两点之间爬行都是可能的。

在3亿年前，古代的磁记录变得更加零散。

史考提斯推测说，自现在起2.5亿年后会再次出现“终极盘古大陆”，所有的陆地都将连接起来，构成超级盘古大陆。

其他化石分布也记录了古代盘古大陆的存在，例如水龙兽。这是一种巨大的食草动物，在非洲、印度，甚至南极洲都发现了它的化石遗迹。

比如舌羊齿这种植物，它是木本灌木，高30米。它的化石有助于证实：在过去某个时期，今天所有的大陆是挤在一起的。

舌羊齿的化石已经在南美洲、非洲、南极洲，以及印度和澳大利亚发现。重要的是，这种植物的种子比较重，不可能漂流到或是被风吹到其他陆地上。在超级大陆上，其种子可以通过土地散播，这被认为是唯一可信的解释。

然而，所有这些证据都有其局限性。3亿年前，古老的磁性记录变得更加零碎，因此很难找到大陆活动的确凿证据。史考提斯说，在5亿年前，化石记录也不详细。

对于预测未来会发生什么，史考提斯认为首先要看现在的板块是如何移动的，然后推断随着时间的推移它们会怎样运动。这是预测的最简单的方法。但是，他补充说，经过几百万年的发展，很难说一些地质事件不会使板块运动发生无法预测的变化。

板块构造给我们带来了山谷和巨大山脉，以及地震和大陆边界。

史考提斯说：“在板块构造中，板块进化缓慢而稳定，直到某个板块构造的灾难出现。例如大陆碰撞，它会从根本上改变板块构造体系。”

至于1亿年后大陆将如何分布，现在的各种统计模型有助于提供一系列的可能性。但迄今，没有人清楚这些模型有多准确。

尽管如此，推测是一件有趣的事，它有助于我们更清楚地意识到地球是一个活跃的、充满活力的星球——它的面貌在不断变化。板块构造带来了山谷和山脉，以及地震和大陆边界。关于它们如何运动，还有一些未解之谜。

大陆确实移动了，而且从来没有停止过。

霍夫指出，我们仍在调查为什么喜马拉雅山脉北部的青藏高原海拔那么高。

此外，我们对其他行星的板块构造的认识极其有限。事实上，我们最近才发现了一些证据，证明火星和木星的卫星(木卫二)上有板块构造活动。

霍夫说：“你会遇到一些有趣的问题。例如，我们生活在一个构造活跃的星球上，这是巧合吗?或者构造活跃对生命的出现很重要吗?”

现在，谜团还不少。但是，板块构造无疑对地球上生命的发展和散播具有重要意义。我们脚下土地移动的秘密，在很大程度上已经被揭示出来了——主要是在过去的50年内。

很长一段时间，我们认为没有什么比脚下的地球更稳定，但现在我们知道魏格纳基本上是对的。大陆确实移动了，而且从来没有停止过。

几亿年前的地球的大陆

那些年，有个“雪球地球”

张志越/中国科学院地质与地球物理研究所

北国风光，千里冰封，万里雪飘。

地球展示着银装素裹之美。

树叶正红，冬日将至，棉裤备好。

地球却不曾畏惧这般严寒。

俱往矣，数风流宇宙，还看5.4亿年前的“雪球地球”。

在近10亿年前，地球的气温一直是稳定的，没有明显的冰川沉积。但是在新元古代(10-5.41亿年)，地球演化历史上曾出现重要奇观，那就是在全球范围内出现了几期冰期事件, 称之为“雪球地球” 事件 。

冰川事件之后，整个地球系统发生了巨大变化，如气候和海洋的极端变化、大气含氧量的增加、海洋深部水体赋存状态的变化、碳硫锶同位素组成的大幅度振荡和强烈分馏。伴随着这些变化，地球上生命的演化出现了一次大的飞跃，实现了从真核生物到后生生物的转变。新元古代第一次出现了多细胞动物，而且随后多细胞后生生物开始广泛辐射，并最终发展成为早寒武纪的“生物大爆发”。

新元古代前后生物演化列表

什么是“雪球地球”呢?Kirschvink根据古地磁资料提出了“雪球地球”假说，即新元古代冰期期间海洋全部结冰，地球变成一个巨大的雪球。古地磁资料显示当时的Marinoan冰期的冰川前缘甚至到达了赤道附近，整个地球表面变成了一个冰冻雪封的雪球，由此称之为“雪球地球”事件。

这种冰期事件在新元古代(10-5.41亿年)发生过几次呢?新元古代沉积岩的地层学、同位素年代学和地球化学研究指示，新元古代时期至少发育四次成规模的冰川事件，由老到新分别称为：1.Kaigas冰期(凯噶斯冰期);2.Sturtian冰期(司图特冰期);3.Marinoan冰期(马林诺冰期);4.Gaskiers冰期(噶斯奇厄斯冰期)。

Kaigas 冰期沉积物的全球分布图

Gaskiers冰期沉积物的全球分布图

冰期的名字由来?这四次冰期的名字是根据主要地层所在地命名的，其中Kaigas冰期是根据Kalahari克拉通地区Sturtian冰期之下的冰期沉积地层命名的，而Sturtian和Marinoan冰期是根据澳大利亚地区的冰期沉积地层命名的，Gaskiers冰期则主要发育于纽芬兰地区。

其中Marinoan冰期的全球化程度最高，对应于通常所说的“雪球地球”事件。Sturtian冰期可能属于滨海相-大陆边缘相沉积，其沉积物主要在海洋到大陆边缘的过渡地区发育。Knoll倾向认为新元古代有两次主要的全球性冰期，即 Sturtian 和 Marinoan 冰期。

Sturtian 冰期沉积物的全球分布图

Marinoan 冰期沉积物的全球分布图

这些冰川事件是怎么识别和判断的呢?冰期沉积物的成分、结构和构造是认识古冰川活动遗迹的重要地质证据。冰川在流动时会产生巨大的压力，对冰川底部和两侧起着“挖掘”和“拔蚀”的作用，从而形成较大的冰川砾石、漂砾和岩块。

冰碛岩

(A)富含砾石的南沱组冰碛岩

(B)1层为陡山沱组底部的盖帽碳酸盐岩;2层为南沱组顶部的粘土层;3层为南沱组冰碛岩砾岩。

同时，冰川携带着这些岩石碎屑对其下和两侧的岩层起着削刮、锉磨、研磨等磨蚀作用，结果形成了粉砂级、甚至黏土级的细粒物质，称为“冰川粉”。并在冰川所处的山谷谷底和两侧谷壁以及冰川携带的岩石碎屑上遗留下磨蚀痕迹，即冰川擦痕和刻槽。由于冰川常常几乎无分选地携带和搬运走巨大的冰川砾石、漂砾和极细的冰川粉，所以在冰川的不同部位常形成没有分选或分选性很差、成层性差、杂乱分布、岩性复杂的冰期沉积物。

冰蚀谷野外宏观照片

冰川刻槽

化学沉积地层的碳同位素漂移是识别冰期的常用地球化学代理指标。新元古代冰期前后的碳酸盐岩地层层序的碳同位素组成具有一定的变化规律：冰期前碳同位素组成普遍为正值，冰期发生前夕直到冰期结束后发生大的负漂移，并且有碳酸盐岩(称为帽碳酸盐岩，即cap carbonate)直接覆盖在冰成杂砾岩之上。全球范围内几乎所有的新元古代冰期均与沉积岩中碳同位素负异常存在某种联系，但并不是所有碳同位素负异常都与冰期相关联。

不同地区与Gaskiers冰期有关的碳同位素负漂移的地层和有关年龄分布图

岩石和矿物氧同位素的极端值已经成为古大陆冰川活动的新兴地球化学代理指标。岩石氧同位素负异常往往与古寒冷气候或大陆冰川融水有关，可能是古大陆冰川活动的新兴地球化学代理指标。众所周知，大陆冰川水的δ18O值与气候条件有关。陆地淡水异常低的δ18O值是大气降水或局部陆地冰雪融水的结果。地表岩石中如果出异常低δ18O值的矿物，则记录了曾经存在寒冷气候下的大气降水或大陆冰雪融水。

在盖帽白云岩喀斯特溶蚀面上直接沉淀的重晶石晶扇

新元古代雪球地球事件的启动机制是什么呢?这仍然是一个谜。但是，在研究的过程中发现，其与Rodinian超大陆裂解广泛同步，因此有学者认为与构造运动有关。也有学者认为与地球轨道有关。也有学者从当时特殊的环境出发，认为与当时的古生物(细菌)有关。

当然，不同学者提出了各自合理的假说，而你是怎样认为的呢?

2.5亿年后的地球:超级大陆 中国在此

根据耶鲁大学的研究人员和日本的地球科学与技术机构的最新模拟，在2.5亿年之后，北美洲和南美洲将紧密结合在一起，加勒比海和北冰洋消失，而亚洲将连接美洲，共同形成一块新的超大陆——阿美西亚大陆(Amasia)。

这一切都是因为地球构造板块的运动，在过去漫长的岁月之中，地球的巨大板块不断漂移在一起和分离。

能找到咱们国家吗?

这项发表于《自然》(Nature)杂志上的研究基于一种被称为Orthoversion的理论：在超大陆裂解后，大陆最初互相漂离，但被困在南北俯冲带之中(俯冲带是指其中一个板块在另一个板块之下的结构)。在现在的地球上，这个俯冲带就是环太平洋火山带，而在那里将会形成新的超大陆。

为了测试这个模型，研究人员使用古地磁数据(保存在岩石中的地球磁场的记录)来研究地球自转相对于其自转轴的变化。

这些被称为“真极漂移(True Polar Wander)”的变化是由地球质量分布的变化所引起的。转动的地球倾向借由自转轴慢慢改变，把突起质量转移至赤道或两极附近，使自转保持平衡，这种再调整要经历数百万年的时间。

通过这些数据以及结合超大陆如何影响地球运动的理论，研究人员能够预测未来诞生的阿美西亚大陆。随着南北美洲的结合，并一起向北移动，今天的北冰洋和加勒比海将会消失，导致与亚欧大陆的碰撞。当这些水体消失之后，一个新的超大陆将会形成，美洲大陆与亚欧大陆在北极相连接在一起。

来自日本地球科学与技术机构的地质学家Masaki Yoshida博士在《地质学》(Geology)杂志上发表的论文也支持了这个研究结果。

最近的超大陆盘古大陆(Pangea)形成于约3亿年前，非洲在其中心。在大西洋诞生约一亿年之后，它开始分裂成今天的七块大陆。

研究人员认为，盘古大陆是地球历史上的第三或第四块超大陆。它的前身是大约10亿年前形成的罗迪尼亚超大陆(Rodinia)和约18亿年前形成的哥伦比亚超大陆(Columbia)。

目前，地球表面由七大构造板块和几个小型构造板块组成，以每年从几毫米到两厘米不等的速度漂移，该速度与人类指甲生长的速度相同。

再过2.5亿年，地球很可能将会再次引来一块新的超大陆：阿美西亚大陆。