伟大的不整合

地质记录就是这样:一个记录。岩层告诉科学家关于过去的环境，很像百科全书的页面。除了这本参考书少了几页以外。因此，地质学家的任务不仅是了解那里有什么，而且还要弄清楚那里没有什么，以及它去了哪里。

一个世纪以来，科学家们一直为一个特别的疏漏所困扰。约翰·韦斯利·鲍威尔(John Wesley Powell)于1869年首次在大峡谷的地层中发现了这个巨大的不整合带，它被称为“大不整合带”(Great un整合带)，在某些地方消失的岩石超过了10亿年。

科学家们已经提出了几个假说来解释这些数量惊人的物质是如何以及何时被侵蚀的。现在，加州大学圣巴巴拉分校的地质学家弗朗西斯·麦克唐纳和他在科罗拉多大学、博尔德分校和科罗拉多学院的同事们认为，他们可能已经排除了其中一种更受欢迎的方法。他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

地球科学系教授麦克唐纳解释说:“岩石记录中到处都是不整合面。”不整合面只是岩石记录的时间间隔。这次被称为大不一致，因为它被认为是一个特别大的差距，也许是一个全球性的差距。”

一种主流的观点认为，在7.2亿至6.35亿年前，也就是我们所知的“雪球地球”时期，冰川冲刷了数公里以外的岩石，当时地球完全被冰雪覆盖。这一假说甚至有助于解释寒武纪大爆发之后不久复杂生物的迅速出现，因为所有这些被侵蚀的物质都可能在海洋中播下了大量的营养物质。

麦克唐纳对这个推理持怀疑态度。尽管类似的大不整合现象在世界各地都有出现——在类似的时间段内也有类似数量的岩石消失——但它们并不是完全一致的。这令人怀疑它们是否真的被像雪球地球这样的全球性事件所侵蚀。

研究大不整合的部分挑战在于，它发生在很久以前，而地球是一个混乱的系统。麦克唐纳说:“在它们的历史中，这些岩石被多次掩埋和侵蚀。”

幸运的是，这个团队能够使用一种叫做热年代学的技术来验证这个假设。在地表以下几公里处，当你靠近地球的热地幔时，温度开始上升。这就产生了每一公里深度大约50摄氏度的温度梯度。这种温度状态可以印在某些矿物质上。

当岩石中的某些放射性元素分解时，就会产生氦-4。事实上，氦是不断产生的，但不同矿物中保留的部分是温度的函数。因此，科学家可以利用某些矿物中氦、钍和铀的比例作为古温度计。这一现象使麦克唐纳和他的合著者能够追踪岩石在地壳被埋藏和侵蚀的过程中是如何移动的。

“这些不整合一次又一次地通过构造作用形成，”麦克唐纳说。“真正新鲜的是，我们现在可以访问更久远的历史。”

研究小组从科罗拉多派克峰大不整合边界下的花岗岩中提取样本。他们从石头中提取了一种特别有弹性的矿物锆石的颗粒，并分析了石头内部氦的放射性核苷酸。这项技术显示，在10亿至7.2亿年前，这块花岗岩上方有几公里长的岩石被侵蚀。

重要的是，这段时间肯定发生在雪球地球事件之前。事实上，它更符合罗迪尼亚超大陆形成和分裂的时期。这提供了一条线索，说明这些年来地质记录中可能发生的变化过程。

麦克唐纳说:“基本的假设是，这种大规模的侵蚀是由超级大陆的形成和分离造成的。”

地球上超大陆形成和分离的循环，在很长一段时间内，抬升和侵蚀了令人难以置信的大量岩石。因为超大陆的过程，根据定义，涉及大量的土地，它们的影响可以在地质记录中相当同步地出现。

然而，这些过程并不是同时发生的，就像在雪球地球这样的全球性事件中一样。“这是一个混乱的过程，”麦克唐纳说。“存在着分歧，现在我们或许有能力解决这些分歧，并将记录拉出来。”

尽管麦克唐纳的研究结果与这些巨大不整合带的构造成因相一致，但他们并没有结束这场争论。地质学家需要用世界其他地区的类似研究来补充这项工作，以便更好地限制这些事件。

这个巨大的不整合之谜与地质学的另外两个大谜团有着内在的联系:雪球地球的兴衰和埃迪卡拉纪和寒武纪复杂生命的突然出现。任何一项研究的进展都可以帮助研究人员最终破解这一难题。

“寒武纪大爆发是达尔文的难题，”麦克唐纳说。这是一个有200年历史的问题。如果我们能解决这个问题，我们一定会成为摇滚明星。”