来源：首师大地理  发布日期：11月6日

近日，首都师范大学杨振宇教授团队青年教师景先庆在国际著名地球科学杂志《Earth and Planetary Science Letters》上发表题为“A pan-latitudinal Rodinia in the Tonian true polar wander frame”的研究论文。

　　100多年前，德国气象学家、地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Lothar Wegener）躺在病床上端详着挂在墙上的世界地图。他注意到欧洲和非洲的西海岸与南北美洲东海岸的轮廓有极大对应性，仿佛是一组拼图。随后，他积极搜集来自大陆爬行动物及哺乳动物（如恐龙—不会游泳自然不可能从非洲跑到南极或者美洲）、冰川沉积物及古植物分布的证据。发现，二叠纪（298-270 Ma）的冰川及冷水沉积，竟然在赤道也有分布；步履阑珊的同种陆生动物同时出现在非洲、南极洲、澳大利亚及美洲大陆上；温热带才有的植物也在南极找到了标本。这些证据让魏格纳于1912年大胆的提出了他的“大陆漂移”假说。根据这些证据及其假说，魏格纳认为地球历史上存在一个所有大陆都连在一起的超级大陆，“盘古大陆”或“联合大陆”（Pangea）（图1）。从此，人们开始了执着地寻找超大陆的旅程。

图1.二叠纪盘古大陆古地理重建（原图来自R. Blakey）

　　1991年三位地球科学家（Moores，Hoffman, Dalziel）分别在Science及Geology上发表文章，认为前寒武纪时期存在另一个超大陆“罗迪尼亚”（Rodinia）。Rodinia超大陆的提出彻底激发了地球科学家发现新超大陆的热情，随后又有几个更老的超大陆被发掘出来（图2. Columbia、Kenorland超大陆；Nance&Murphy, 2013），但争议非常大。

图2.地球历史上周期性事件与超大陆的关系（引自Nance&Murphy, 2013）

　　随着地球科学家对地球系统研究得不断深入，人们被发生在新元古代的一系列地球系统的剧烈变化所吸引。在地球地质历史的这一时期，地球走出了她平稳的中年阶段（17-10亿年，Cawood and Hawkesworth，2014），进入了剧烈变动的时期（10-5.4亿年）。这一时期地球上出现多期极冷事件（“雪球地球”即整个地球被厚大上千米的冰层覆盖；Kirschvink, 1992）；条带状铁矿（现今世界60%以上的铁矿来源、中国90%的铁矿来源）消失十多亿年后在新元古代中期纪又重新出现；大洋与大气圈进一步氧化，氧含量逐步达到现今的水平以及真核生物的多样化和动物的演化等（Ediacaran生物群、蓝田生物群）(图3)。地球系统这一系列的剧变都发生在Rodinia超大陆演化的过程中。因此，重建这一时期的Rodinia对于我们理解这些剧变至关重要。

　　当然大陆演化更直观的影响是青藏高原及东非大裂谷对人类起源和演化的作用（人类起源于东非裂谷、四大古文明都分布在阿尔卑斯-喜马拉雅构造带）。

 

图3.左图为我国蓝田生物群大型似藻类化石（Yuan et al., 2011）；
右图为Edicaran生物群重建图

　　在超大陆演化及板块构造理论完善的过程中，古地磁学（研究地球历史时期磁场的变化）起到了支柱性的作用，如 Vine-Matthews (1963)根据海底磁异常条带证明的海底扩张理论，被称为板块构造理论的三大基石之一。随后，Wilson（1965）及Cox&Hart (1986)通过利用球面几何及欧拉旋转将地球表面板块的运动简化为球面上的点与线，从而使板块构造学说成为有数学理论支撑的科学性学科。

　　然而，以上超大陆的提出都是基于一些模棱两可的地质学证据（大家都在学魏格纳）。但随着古地磁研究经验的积累以及设备的不断改善，地质科学家们发现，除了最近的盘古大陆（因为有海底磁异常条带，可以一条一条的对比）之外，更老的几个超大陆重建都存在很多问题。Rodinia就是其中现阶段研究最为热门的一个，原因是Rodinia超大陆是除了盘古大陆以外，我们最有把握其存在的一个。

　　但是，可怜这一时期全球大部分板块都没有几个古地磁结果，因此大家对Rodinia超大陆各有自己的一套重建理论。庆幸的是，近年来，在我国古地磁学家的不断努力下，华南这一关键时期的古地磁结果得到了极大的完善。最重要的是，科学家在这一时期发现了真极移。真极移是板块和地幔整体相对于地球磁场的运动，一般的板块运动只是地球表层板块相对于地球磁场运动，而地幔与磁场无相对运动。一个容易理解的例子是旋转鸡蛋，如果你想立着旋转鸡蛋，它很快会躺下。因为它的短轴作为旋转轴时会更稳定。地球也一样，因为地球在长时间尺度上具有一定的塑形，因此它的形状会因为板块和地幔的运动而产生变化，当它出现上述鸡蛋旋转现象时，就会快速的调整自己的姿势，引发板块和地幔整体相对于地球磁场的运动，即真极移。

　　华南及Svalbard真极移事件的发现，为我们重建这一时期Rodinia超大陆提供了绝好的机遇。我们在综合前人研究的基础上，通过对云南新元古代澄江组地层多次古地磁、年代学、岩石磁性的研究证实和重新修改了华南这一期真极移事件。在此基础上，通过与Svalbard真极移事件的对比，完成了对Rodinia超大陆大多数古板块位置的重建（图4）。

图4.左图为华南与Svalbard真极移事件对比，右图为在左图真极移框架下的Rodinia超大陆的重建

　　我们的重建方案(图4)一方面表明华南位于Rodinia超大陆（西）北部，与Laurentia和Australia无直接接触；另一方面表明，Rodinia超大陆并不是一个之前大多数地球科学家认为的赤道方向延伸的超大陆，而是一个经向延伸的类似Pangea超大陆形态的古大陆。

　　Rodinia超大陆与盘古大陆的形成方式及形态的相似性及其后期演化对地球系统的不同影响，表明地球系统的浑沌性（Langmuir and Broecker, 2012），因此需要更多的研究对地球的历史进行精确的限定。

本研究得到了国家自然科学基金重点项目《华南地块南华纪-早古生代动态古地理重建》（No. 41230208）、国家留学基金委（No. 201808110036）及国土资源部古地磁与古构造重建重点实验室开放基金项目（No. KLPTR-04）的支持。

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参考文献：

1. Moores E M. Southwest US-East Antarctic (SWEAT) connection: a hypothesis[J]. Geology, 1991,19(5): 425-428.

2. Dalziel I W D. Pacific margins of Laurentia and East Antarctica-Australia as a conjugate rift pair: Evidence and implications for an Eocambrian supercontinent[J]. Geology,1991, 19(6): 598-601.

3. Hoffman P F. Did the breakout of Laurentia turn Gondwanaland inside-out?[J]. Science, 1991,252(5011): 1409-1412.

4. Nance R D, Murphy J B. Origins of the supercontinent cycle[J]. Geoscience Frontiers, 2013, 4(4):439-448.

5. Cawood P A, Hawkesworth C J. Earth’s middle age[J]. Geology, 2014, 42(6): 503-506.

6. Vine F J, Matthews D H. Magnetic anomalies over oceanic ridges[J]. Nature, 1963, 199(4897): 947-949.

7. Wilson J T. A new class of faults and their bearing on continental drift[J]. Nature, 1965, 207(4995): 343.

8. Cox A, Hart R B. Plate tectonics: how it works[M]. John Wiley & Sons, 1986.

9. Langmuir C H, Broecker W. How to Build a Habitable Planet: The Story of Earth from the Big Bang to Humankind-Revised and Expanded Edition[M]. Princeton University Press, 2012.