沙子讲述着山脉的历史

每个人都知道沙子。也许你小时候玩过它，也许你在海滩上建造过沙堡，也许你用它来防止路面湿滑。它无处不在。我们的星球上有浩瀚的沙海。它可以是黄褐色、白色、绿色、黑色等多种颜色。沙子具有经济价值。对于地球科学家来说，沙子也是一个宝库，其中蕴藏着被长期摧毁的山脉、不断变化的气候以及巨大的构造碰撞的历史。

沙子在地球科学领域是一个非常具体的东西。要被定义为沙子，其直径必须在0.063毫米到2毫米之间。小于此尺寸的是泥，大于此尺寸的是砾石、卵石或巨石。有时沙子是你唯一能找到的东西，比如在沙漠里。有时这些沙子会与不同尺寸的颗粒混合在一起，比如在河边的沙洲上。

当我们观察沙粒时，有许多特征对于理解沙子的来源及其在运移到沉积地点过程中的经历非常重要。其中许多特性是由沙子在风和水中移动的方式造成的：碎片在旅途中相互碰撞而变得圆滑，并且会根据尺寸被分拣，只留下特定尺寸的碎片。

因此，如果你以安第斯山脉这样巨大的山脉为起点，所有的风化和侵蚀过程都会将这些巨石分解成微小的碎片，直到它们被沉积到海里。像亚马逊河这样雄伟的河流将山区的所有碎屑带到海洋，并随之带来了被摧毁的尖峰的历史记录。

安第斯山脉的兴衰

科迪·梅森（Cody Mason）及其团队在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表的一项最新研究，专门考察了亚马逊河的沉积记录。他们收集了在亚马逊河三角洲以北的大西洋沉积的沉积物。这些物质已经沉积了数百万年，其中包含来自南美洲大部分地区的岩石碎片。

他们在沉积物中寻找锆石，因为锆石能够抵抗侵蚀以及从其来源地到海洋数千英里旅程引起的变化。锆石还含有大量的放射性元素，因此可以对其进行测年。

通过分析一堆锆石及其年龄，你可以计算出所有这些碎屑的潜在来源比例。结合对锆石中氦（同样由放射性衰变产生）的研究，你就可以开始了解这些作为锆石来源的山脉被破坏的速度。

他们发现，从亚马逊河流出的沉积物年龄跨度很大，从地质学上的近期到27亿多年前。其中一些年龄峰值代表了南美洲发生大量构造活动，如造山运动的时间：约10亿年前、约5.75亿年前、2.5亿年前。

事实证明，这些相同的锆石晶体的氦年龄讲述了一个不同但相关的故事。其中大部分锆石是在最近几百万年里被带回地表并被侵蚀（一个称为抬升的过程）。这一切都支持了现代安第斯山脉在地质学短暂的一瞬之间——并且迅速地——隆起这一观点。梅森及其同事发现了多次抬升事件（冷却期）的证据，锆石在这些事件中被带回地表，并与创造新锆石的火山活跃时期（岩浆期）交织在一起。

锆石作为构造遗迹

每一个锆石晶体都有可能记录晶体形成条件——地壳中的岩浆过程——以及它们从地壳到达海洋最终归宿的路径——侵蚀和变质作用。这本身就很酷，但当你考虑到被揭示出来的火山和山脉可能在数亿到数十亿年前就已经被摧毁了，我们简直是在亲眼目睹一个早已不复存在的过去。

这是我们最接近时间机器的体验。砂岩和沉积物收集了巨大山脉的残骸。它们可能来自地壳深处，被构造力量带回地表。它们可能是在大规模火山爆发中覆盖地表的火山沉积物，这些火山爆发早已消失。化学遗迹仍然存在，等待我们去发掘，去窥探我们星球遥远的过去。