“珠穆朗瑪峰是全球最高的山峰，我踩的這些巖石大部分都是灰?guī)r，這些巖石都是在海底形成的。海底形成的巖石今天都“跑”到了世界的最高峰上，可見地球的變動(dòng)非常大�！�

　　來源：SELF格致論道講壇

　　作者：萬博 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員

　　超級(jí)大陸是什么

　　這七個(gè)字——超級(jí)大陸的節(jié)奏，就是我今天想傳遞給大家的所有信息。我想告訴大家：地球曾經(jīng)存在過超級(jí)大陸，而且超級(jí)大陸的每一次存在和裂解，都是有節(jié)奏的。

　　介紹超級(jí)大陸之前，我想先跟大家分享一下什么是大陸。我們今天所說的大陸是指大陸地殼，不是指中國大陸。

　　大陸是一種非常特殊的存在。這張圖展示的是美國國家航空航天局和加州理工空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，執(zhí)行完的所有關(guān)于太空的人類探測(cè)任務(wù)。從左到右是太陽，八大行星依次排開。

　　圍繞著地球，我們對(duì)近地行星進(jìn)行了很多觀測(cè)，包括火星，月球，金星，對(duì)一些較遠(yuǎn)行星也有不少觀測(cè)。

　　我們?cè)诘厍蛏弦矔?huì)看到很多隕石，這些隕石來自不同的行星，研究隕石也可以了解行星的情況。

　　通過這些觀測(cè)和研究，我們發(fā)現(xiàn)茫茫宇宙中，其他的行星是不存在大陸地殼的，只有我們的地球有大陸地殼。地球黃色的這一部分就是大陸地殼，藍(lán)色的就是海洋。

　　如果我們把這些海水去掉，黑色的就是大洋地殼，大洋地殼和大陸地殼是有區(qū)別的。

　　大家也許會(huì)猜測(cè)，其他的行星可能是有殼的。沒錯(cuò)，其他的行星存在的殼和地球的大洋地殼非常相似，但是和大陸地殼完全不一樣。

　　今天大陸地殼只占整個(gè)地球表面30%的面積，如果按質(zhì)量計(jì)算，大陸地殼占比非常小。

　　而全人類都生活在大陸地殼上，我們的礦產(chǎn)資源，油氣資源，農(nóng)業(yè)都基于大陸地殼。

　　可見，大陸地殼在整個(gè)太陽系中都是一種非常特殊的存在。今天的大陸地殼散布在全球各個(gè)地方，還沒有形成超級(jí)大陸。

　　我們今天的主題是“起源”。講到起源，我們經(jīng)常?問三句話：我們是誰？我們從哪里來？我們要到哪里去？

　　1897年，法國畫家保羅·高更，在西南太平洋的一個(gè)小島畫了一幅畫，就是用這三個(gè)問題命名的。

　　這是一個(gè)非常高深，終極的哲學(xué)問題。如果把問題中的“我們”換成“超級(jí)大陸”，它就會(huì)轉(zhuǎn)變成科學(xué)問題：超級(jí)大陸是什么？超級(jí)大陸從哪里來？未來還會(huì)不會(huì)有超級(jí)大陸？

　　什么是超級(jí)大陸呢？地球表面所有的大陸聯(lián)合在一起，就組成了超級(jí)大陸。這個(gè)概念是氣象學(xué)家魏格納1912年首次提出的，1915年他正式發(fā)表了這個(gè)概念。

　　動(dòng)圖顯示，在匯聚成超級(jí)大陸以及超級(jí)大陸裂解的過程中，大陸是漂來漂去的，這就是魏格納最著名的理論——大陸漂移學(xué)說。

　　Ma代表百萬年，從這張圖我們往回看，可以看到超級(jí)大陸是怎么一步步裂解的。

　　魏格納是一位氣象學(xué)家，他是通過地形猜出了曾經(jīng)歷史上出現(xiàn)過超級(jí)大陸。他提出這個(gè)概念的時(shí)候，只有32歲，他去世的時(shí)候，也只有50歲。

　　超級(jí)大陸是怎么形成的

　　我們?nèi)绾尾拍苤�道，超�?jí)大陸上所有的陸塊在地球歷史上是怎么漂來漂去的呢？我概括了四個(gè)字——見微知著。

　　研究者在野外經(jīng)�？吹降氖菐酌�，幾百米或者幾千米尺度的能夠觀測(cè)到的巖石和露頭，我們通過一些觀測(cè)并采集標(biāo)本，再回到實(shí)驗(yàn)室在顯微鏡底下觀察，這時(shí)便達(dá)到了厘米級(jí)或者微米級(jí)。

　　見微知著

　　再進(jìn)一步觀測(cè)的話，就會(huì)集中到礦物和礦物包裹體的尺度，例如這張圖最右側(cè)是金剛石。我們不僅研究金剛石，還研究金剛石里面的包裹體，它會(huì)攜帶豐富的信息。

　　通過這些我們便可以了解地球是怎么演化的，而這時(shí)候涉及的就是板塊的尺度或跨圈層的尺度，最后我們想要了解的是整個(gè)行星是怎么演化的。地質(zhì)學(xué)研究的尺度跨越非常大。

　　地球上的每一塊大陸都不一樣，所記載的信息也不一樣。右側(cè)的圖是我在珠峰大本營，海拔5200米的地方拍攝的照片。

　　珠穆朗瑪峰是全球最高的山峰，我踩的這些巖石大部分都是灰?guī)r，這些巖石都是在海底形成的。海底形成的巖石今天都“跑”到了世界的最高峰上，可見地球的變動(dòng)非常大。

　　做地質(zhì)研究會(huì)經(jīng)常旅行，中國有一句古話：行萬里路，讀萬卷書。地質(zhì)學(xué)家讀的書和大家日常讀的書有很大差異，我們的書是寫在石頭上的。

　　我們知道歷史上有很多石碑，盡管有些碑文現(xiàn)代人不認(rèn)識(shí)，但是考古學(xué)家可以通過翻譯，解釋石碑上的字。

　　我們讀的這些書，相當(dāng)于一個(gè)“三無產(chǎn)品”：沒作者，沒文字，沒頁碼。這就好像一部記載了地球歷史的書，全部被撕得粉碎，散布在全球各地，散布在各個(gè)地層里。

　　石頭書：沒作者，沒文字，沒頁碼

　　這張圖是一個(gè)地殼的剖面，上部到下部有很多不同類型的巖石，最上面是沉積物質(zhì)，我們叫沉積巖，再下面有火山巖，花崗巖，最下面還有變質(zhì)巖，李苔蜜每一層巖石記錄的信息都不一樣。

　　書：如何讀

　　左上角是我們?cè)谝巴饨?jīng)�？吹降膸r石的露頭，中間有一個(gè)地質(zhì)錘作為比例尺，對(duì)于普通人來說，這是一個(gè)比較無聊的巖石，地質(zhì)研究者卻覺得這些巖石非常非常有趣，因?yàn)樗�記錄了很多很關(guān)鍵的信息。我們對(duì)這些巖石拍照以后，會(huì)把這些特別的信息都標(biāo)記出來。

　　在野外，我們主要是通過放大鏡仔細(xì)觀察這些巖石有什么特征，再用野外記錄本詳細(xì)記錄這些信息，累了找塊平地還可以欣賞一下大自然的風(fēng)景。

　　我們?cè)谝巴庵饕�記什么呢？我們�?huì)素描，把這些巖石整體的特征記錄下來，繪畫的過程也是我們思考的過程，我們會(huì)想這些巖石為什么是這樣的。

　　有時(shí)間的情況下，我們會(huì)用羅盤測(cè)量關(guān)鍵的產(chǎn)狀，然后把它投出來，就可以了解到，這個(gè)地區(qū)主要受到的應(yīng)力方向是怎樣的。

　　我們?cè)侔堰@些巖石采回去，做成薄片，在顯微鏡底下觀察這些巖石。在野外，我們看到的巖石顏色非常單調(diào)，其實(shí)每一種巖石在顯微鏡下都是豐富多彩的。

　　我們的地質(zhì)研究走到這一步，其實(shí)才剛剛開始。我們現(xiàn)在的科學(xué)研究，都需要了解定量信息，為此，我們也會(huì)通過很多的物理和化學(xué)方法，去定量了解這些巖石里面所包含的信息。

　　比如，我們先把這些巖石粉碎到一定的程度，根據(jù)所需要的礦物的特征，把這些礦物分選出來。?者把這些巖石做成試劑，做成不同的溶液，用不同機(jī)器進(jìn)行測(cè)試。

　　這張圖是我們了解，測(cè)定巖石年齡的儀器——質(zhì)譜儀，通過它我們就可以知道地球上的礦物質(zhì)是在什么時(shí)代形成的，類似于我們給“書”定頁碼。地球的年齡是45.5億年，就是用這個(gè)方法定出來的。

　　除此以外，我們還想知道這本“書”上除了頁碼還有什么信息，為此我們可以用巖石的CT來掃描，可以知道這個(gè)巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么樣子。

　　還可以通過物理和化學(xué)的方法來了解，這個(gè)巖石是在什么深度，溫度，壓力下形成的，具有什么樣的DNA編碼。

　　如果全世界還有其他的巖石跟這塊巖石非常相似，我們就可以很肯定地說，它們幾乎是來自同一個(gè)地方。

　　通過這些測(cè)試，我們僅僅知道了很多關(guān)于巖石的信息，就像我們?cè)卺t(yī)院里，只知道檢測(cè)指標(biāo)是沒有用的，還需要有醫(yī)生來判斷這些化驗(yàn)單里到底包含哪些有用信息。

　　3億年前地球上有一個(gè)潘吉亞超級(jí)大陸，潘吉亞是一個(gè)古希臘詞，PANGEA，PAN是所有的，GEA是陸地的意思。

　　那個(gè)時(shí)候，恐龍全部生活在一個(gè)超級(jí)大陸上。我們看這張圖，在非洲和南美洲有很多相似的恐龍，這些恐龍是不會(huì)游泳的，它們?cè)趺礄M穿海洋呢？這說明當(dāng)時(shí)沒有海洋，所有大陸是連在一起的。

　　非洲和南美洲還有很多陸生的植物也很相似，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)所有的大陸是連在一起的，這就解釋了我們的很多困惑。

　　除此以外，我們還可以在現(xiàn)在的南北極，看到很多闊葉林植物的化石，說明這些植物是從熱帶漂到南北極的。赤道附近又有很多冰川的痕跡，說明赤道附近的巖石是由南北兩極大陸漂過去的。

　　7億年前還有一個(gè)超級(jí)大陸，羅迪尼亞超級(jí)大陸。地球在距今5.4億年以后有了比較高級(jí)的生命，在此以前叫隱生宙，是沒有生命的。

　　為了解釋這個(gè)現(xiàn)象，我們就要恢復(fù)這個(gè)超級(jí)大陸，所有的證據(jù)都取決于巖石的記錄。

　　越古老的巖石，被改造得越強(qiáng)，恢復(fù)起來也就越難。1970年科學(xué)家提出一個(gè)假設(shè)，認(rèn)為7億年前存在一個(gè)超級(jí)大陸，將其命名為羅迪尼亞超級(jí)大陸，2008年的時(shí)候，才有了非常好的制約。

　　我們知道羅迪尼亞超級(jí)大陸有什么意義呢？主要是對(duì)于探索生命起源有非常大的作用。

　　7億年前，超級(jí)大陸徹底改變了全球的氣候和環(huán)境。當(dāng)時(shí)整個(gè)地球被冰雪覆蓋，在冰雪覆蓋下，海里面就增加了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，所以在埃迪卡拉紀(jì)就孕育了極為豐富的生命，也有足夠的養(yǎng)分讓生命延續(xù)，這就是生命大爆發(fā)很主要的因素。

　　羅迪尼亞這個(gè)名字是什么意思呢？本身就是孕育生命的意思，這是1970年麥考林夫婦在西伯利亞研究的過程中提出的名字，這是一個(gè)俄語的詞。

　　18億年前還有一個(gè)叫哥倫比亞超級(jí)大陸，1997年，哈佛大學(xué)的霍夫曼教授提出了這個(gè)概念。

　　大家可以看到這張圖，是從1500Ma開始，為什么從這個(gè)時(shí)候開始？因?yàn)樵偻�前的歷史是不明確的。

　　這張圖是2017年在網(wǎng)上發(fā)布的，地球上是有板塊構(gòu)造的，板塊構(gòu)造是區(qū)分地球和其他所有星球的關(guān)鍵標(biāo)志。

　　但是，板塊構(gòu)造并不是地球一誕生就有了，是地球演化到了一定時(shí)期才有的一個(gè)特征。18億年前超級(jí)大陸的重建，對(duì)于板塊構(gòu)造的起源，啟動(dòng)是非常重要的。

　　這個(gè)圖最早只到15億年前，是因?yàn)槲覀儗?duì)18億年前的超級(jí)大陸還沒有很好的制約。

　　因此，我的團(tuán)隊(duì)在2015年的時(shí)候，對(duì)華北地區(qū)，北京到山西，東北，河南這一區(qū)域，進(jìn)行了研究。

　　我們發(fā)現(xiàn)華北區(qū)域在地球歷史上跟西伯利亞非常相似，它們有可能18億年前是連在一起的。我們的研究工作就是對(duì)中國一個(gè)最古老的小的陸塊，在18億年前處于什么樣的位置進(jìn)行了推測(cè)，對(duì)18億年前的超級(jí)大陸重建有一些小小的推動(dòng)作用。

　　超級(jí)大陸旋回是地球進(jìn)入“中年”后的主旋律

　　地球有45.5億年歷史，在20億年前第一個(gè)超級(jí)大陸才出現(xiàn)，這是有比較充分的證據(jù)支持的。20億年以前有沒有超級(jí)大陸呢？目前還沒有很明確的證據(jù)。

　　2014年，澳大利亞的科學(xué)家Peter Cawood教授將18億-8億年的地球，命名為地球的中年期。地球進(jìn)入中年期以后，出現(xiàn)了若干次的超級(jí)大陸，每一次超級(jí)大陸都進(jìn)一步把地球往更加宜居的方向來調(diào)節(jié)。

　　比如，人類等很多生物是需要很多氧氣才能生存的，但是在地球早期，氧氣是非常稀薄的，大氣也非常稀薄。哥倫比亞超級(jí)大陸匯聚的過程中，大氣中的氧氣短時(shí)間內(nèi)增加了很多。

　　在形成第二次超級(jí)大陸的時(shí)候，也就是形成羅迪尼亞超級(jí)大陸時(shí)，地球開始孕育生命。在第三次超級(jí)大陸的時(shí)候，有一個(gè)特殊的現(xiàn)象，就是海底的生命出現(xiàn)了一次大滅絕，導(dǎo)致現(xiàn)在山西等地有很多的石油和煤，這些能源礦產(chǎn)就是這次海洋的生物大滅絕所造成的。

　　現(xiàn)在地球上并沒有超級(jí)大陸，但是我們生活在超級(jí)大陸匯聚的過程中。印度和歐亞大陸碰撞形成了喜馬拉雅山，阿拉伯和歐亞大陸碰撞形成了扎格羅斯山，非洲正在和歐亞大陸碰撞。正是因?yàn)檫@些碰撞，在非洲起源的人類，可以走出非洲，遷移到世界各地。

　　未來還有超級(jí)大陸嗎

　　我們說“天下大勢(shì)，合久必分，分久必合”，這是元末明初的羅貫中在《三國演義》中提出來的，是他對(duì)歷史經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

　　其實(shí)我們把這段話放在地球演化的歷史上也可以看到，所有的大陸也是分分合合，聚聚散散。

　　美國哈佛大學(xué)Paul Hoffman教授在1999年預(yù)測(cè)未來還有一次超級(jí)大陸，他給這個(gè)超級(jí)大陸起了名字——美亞超級(jí)大陸。

　　也就是說美洲和亞洲碰撞將形成下一次的超級(jí)大陸。但是現(xiàn)在爭(zhēng)議的問題是，美洲和亞洲會(huì)通過哪種方式碰撞？

　　有一種方式是我們中間的大西洋先閉合，還有一種方式，是太平洋先閉合，形態(tài)不一樣。

　　可以看到，美洲和亞洲是一定要碰撞的，具體是怎么碰撞，還有待時(shí)間的檢驗(yàn)，而下一次超級(jí)大陸的出現(xiàn)是在2.5億年以后。

　　通過地球物理的方法我們可以知道，地球半徑有6000多千米，但是我們現(xiàn)在直接觀測(cè)到的證據(jù)還很少。

　　人類向地下鉆孔，現(xiàn)在能夠直接觀測(cè)到的最深的深度，是12.3千米。

　　1950年，“海底擴(kuò)張之父”Harry Hess向美國國會(huì)游說，希望他們支持打穿莫霍面的計(jì)劃。

　　不過，人類到現(xiàn)在還沒有打穿莫霍面。我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)大洋中最淺的地方莫霍面，只有3千米。但是就是這3千米的莫霍面，打穿地殼的計(jì)劃，我們到現(xiàn)在還沒有實(shí)現(xiàn)。

　　我們研究所也有同事參與了這個(gè)偉大的計(jì)劃�，F(xiàn)在我們?nèi)祟愡�沒有打穿最淺的這個(gè)界面，李苔蜜對(duì)于更深部的觀測(cè)也非常非常少。

　　上天不易，入地更難，仰望星空，腳踏實(shí)地

　　這張圖也是告訴我們，地球的深部有很多未知的東西，還亟待廣大的朋友們投身到地球科學(xué)的研究中。

　　毛主席跟我們說：“廣闊天地，大有作為“。在這個(gè)充滿奇跡的地球上，我們現(xiàn)在只是在地表很淺的地方進(jìn)行研究，地球深部肯定蘊(yùn)含了更深刻，更神秘的東西。

　　所以，我希望未來能有更多朋友投身到地球科學(xué)和行星研究中，謝謝大家！

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