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当地球翻滚时

了解构造板块的运动如何重塑地球,导致气候剧烈变化,并与寒武纪生命大爆发的证据相关联。

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每年,承载大陆的构造板块在地球半熔融的地幔上缓慢移动几英寸。新的地壳在中洋脊形成;旧的地壳在俯冲带潜入地幔。大陆排列的重大变化需要数千万年——地质学家过去是这么认为的。现在,加州理工学院和波多黎各大学的研究人员发现了更为突然变化的证据。他们说,大约在五亿年前,极地的大陆在1500万年内就转移到了赤道,而一些赤道大陆则向极地迁移。这种大规模的重新洗牌可能引发了生命多样性的空前爆发。

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这个理论很简单。一个旋转的球体,当其大部分质量位于赤道时最稳定——否则行星的平衡就会被打破。如果极点质量过大,地球的整个地壳和地幔都会翻滚,自由地滑过保持原有方向和自转的核心。因此,即使地壳和地幔已经移动,将曾经的极地大陆带到赤道,整个行星仍然沿着之前的轴线旋转。

加州理工学院的地球物理学家 Joseph Kirschvink 说,这可能确实发生过,始于5.5亿年前,当时南美洲、非洲、印度、马达加斯加、南极洲和澳大利亚的部分地区聚集在一起,形成了从南极延伸到赤道以上的大陆——盘古大陆。几乎在同一时间,对面的另一个超级大陆罗迪尼亚正在分裂。Kirschvink 说,在这种情况下,行星的平衡被严重干扰了。在大约1500万年内,地球的外层翻转了90度。

这一理论的证据来自6亿至5亿年前的岩石,涵盖了地球翻转之前和之后的时间。一些岩石含有磁铁矿颗粒。当熔岩冷却时,颗粒会固定下来并与地球磁场对齐。颗粒的方向告诉研究人员岩石形成时的纬度和磁场方向。Kirschvink 和他的同事发现,来自澳大利亚的数据显示,在始于5.35亿年前的一场持续1500万年的运动中,该大陆迁移了90度的纬度。在此期间,北美洲以每年几英尺的速度从南极附近移动到赤道。

被称为寒武纪生命大爆发的进化繁荣也始于同一时间,并持续了1500万年。Kirschvink 说,这并非巧合,因为另一条独立的证据线表明了这一点。在海洋石灰岩沉积物中保存着碳12及其较重的同位素碳13的浓度。生物体倾向于将碳12吸收到体内,因此有机碳沉积物比无机来源的沉积物轻。因此,沉积物中的同位素比率反映了不同时期海洋中循环的有机残留物的量。Kirschvink 说,在寒武纪生命大爆发期间,碳同位素记录表现异常。他说,我们发现了近十几个这样的波动。

对这些波动的解释之一是海底存在一个有机碳库,随着洋流的变化,该碳库会被周期性地挖出并冲入洋流。Kirschvink 说,这种情况与地球翻转事件非常吻合。大陆的移动会改变洋流,从而改变气候。一个典型的例子是大约300万年前巴拿马地峡的形成。它导致了湾流的形成,改变了欧洲的气候,导致了冰河时代。而且我们改变的不是微不足道的:我们在1500万年内将北美洲从南极滑到了赤道。

Kirschvink 说,气候变化驱动了寒武纪的进化。他说,每次破坏一个生态系统,就会将其分解成小的群落,这时进化速度最快。他说,在这种大规模的翻转过程中,我们设想大约有十几个这样的中断——可能每百万年一次——出现新的环流模式。湾流出现又消失。这不是很疯狂的想法吗?这实际上可能发生过。

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