中、新元古代超级大陆问题(文摘及分析)

地学演绎 莫如波 2004.3.28

  许多地质学家支持元古代存在Rodinia超级大陆的假说,但是Rodinia的形成与裂解的模式尚未确定。1000~850 Ma被认为是新元古代Rodinia超大陆形成时期,而800~500 Ma为超大陆的裂解期(《华北中新元古代及早古生代地震灾变事件及与Rodinia的关系》科学通报.Vol.44 No.16.1999)

  Rodinia超大陆最初建立在SWEAT假说的基础上,通过对全球古地理再造研究,得出了全球主要陆块在中—新元古代汇聚成为一个超级大陆的认识。这一认识以Hoffman所建立的新元古时期超大陆复原图为代表。在其复原图中,以劳伦大陆为中心,周围汇聚了东冈瓦纳、西伯利亚、波罗的、非洲和南美地块。2000年以来,Rodinia超大陆研究面临的主要问题是Rodinia超大陆事件的时限不一致性问题,澳大利亚科学家Crys. Powell提出了全球主要陆块在中元古代末期并没有汇聚成一个统一大陆。(于海峰《参加加拿大"地质学会和矿物学会联合年会"以及"横穿西南格林威尔省"野外考查工作总结》)

  Powell等较早地引用了Rodinia一词来命名Hoffman 的再造,并利用古地磁数据推测Rodinia解体大约发生在720Ma。后来更多的研究者接受了这一名词。Rodinia不专指早期某一种再造方式,而是指主要存在于新元古代的超级大陆。 Condie (1999)根据初始地壳形成的峰期,认为早元古时期还存在两个规模较小的超大陆,第一个称为Nena,由劳伦、波罗的和西伯利亚大陆块体组成,第二个由Amazonia、La Plata、西非、刚果和北非组成的超大陆则称为Atlantica,这两个规模较小的超大陆嗣后构成了Rodinia超大陆的"核心"。他指出地史中晚太古代、Rodinia和Pangea等三个超级大陆的裂解时期分别发生于2.3-2.1Ga、0.7-0.6Ga和0.16Ga时期,而初始地壳增生的高峰期则出现在1.9-1.7Ga、0.6-0.4Ga和0.12-0.11Ga。Rogers等则认为在Rodinia超大陆存在以前,约1.8-1.5Ga期间可能存在一个规模很大的中元古超大陆,称为Coumbia。(陆松年《从31届国际地质大会分析前寒武纪质研究进展和走向》.地质论评.2001.第47卷.第1期)

  作者近年以来研究古大陆在地球史上的聚散过程,提出了1900Ma、1400Ma、800Ma和250Ma四个联合古陆。其出现周期约为5-6亿年。大陆聚散即联合古陆周期可能相当于双银河年。1400Ma、800Ma和250Ma三次拼合的联合古陆,除个别外,13个主体大陆地台都保持了主体轮廓不变,变化限于边缘碎块的裂离形成岛群及其后不同形式的重新拼贴。值得注意的是800Ma联合古陆成沿赤道的环形,250Ma和1400Ma联合古陆则呈纵向分布,成半球形。在地表古大陆聚散中,联合古陆的重复出现及其半球形的格局配置同沿赤道环形的格局配置交替出现,J.D.A.Piper重建的1900Ma联合古陆也是近赤道环形格局。这种交替出现的动力学意义值得研究。现知800Ma与250Ma两个联合古陆之间最为分散的时期是晚寒武世(约520Ma)。(地球动力学的演化观-地球的节律及其动力学解释)

  Zeng-Xiang Li等论述了我国华南在新元古代晚期Rodinia超大陆形成过程中的重要作用。他们认为华夏地块在大约10亿年同扬子地块缝合前可能曾和劳伦大陆(西北部)相连接;在Rodinia形成过程中,扬子地块可能是在澳大利亚和劳伦大陆之间被捕获的一个大陆碎片,大约10亿年时的缝合作用把澳大利亚克拉通、扬子地块和劳伦连接在了一起,从而形成了Rodinia超大陆的核心。他们认为超大陆形成后很快即发生了裂谷作用,Rodinia超大陆的解体大约在7亿年之后,此时华南也与邻近的大陆相分离。(李任伟.震旦纪地层黄铁矿硫同位素组成时-空变化特征及扬子地块与晚元古代超大陆关系的论证.地质科学.1996.第31卷.第3期)

  一般推测,大陆后来不断离合聚散,在15亿年前、10亿年前、7亿至5亿年前、2.5亿年前曾先后形成过超级大陆。(出现超级大陆 一)

   大約在11億年前,超大陸"羅迪尼亞"聚合而成,雖然它的正確大小與組成我們並不清楚,但它顯示北美洲當時位於羅迪尼亞的中心,北美東岸緊連著南美的西岸,而北美西岸則是連接著澳洲大陸與南極洲。
  羅迪尼亞大約在七億五千萬年前分裂成兩半,打開了古大洋(Panthalassic Ocean)。北美洲往南向著冰雪覆蓋的南極旋轉。羅迪尼亞大陸的北半部基本上包括了:南極大陸(Antarctica)、澳洲(Australia)、印度(India)、阿拉伯(Arabia),以及成為今天中國的一部份大陸碎塊(North China, South China),以逆時針的方向旋轉,向北穿越嚴寒的北極。
  介於分成兩半的羅迪尼亞大陸之間,是第三大陸 - 剛果地盾(Congo),它組成了中、北非洲的大部分。當羅迪尼亞大陸的兩半互相碰撞在一起的時候,剛果地盾就正好被擠在中間,因此在前寒武紀即將結束之際,大約距今五億五千萬年前,這三個大陸再次因為碰撞而形成了一個新的超大陸潘諾西亞(Pannotia),與這次碰撞相關的造山運動事件則被稱為泛非(Pan-African)褶皺造山活動。
  如同我們先前所提到,在前寒武紀晚期的地球氣候是非常寒冷的。我們可以在所有鄰近大陸上找到冰河的證據,但是為什麼嚴寒的氣候如此廣泛地分佈各地,至今仍困惑著地質學家們,曾經有很多假設被提出來,卻一一都被否定。其中一個假設認為:地球曾經傾斜到北極一側向著太陽,而南極一側則背對著太陽,這樣的情形導致地球有一半會受到太陽持續燒烤6個月,而另一半的地球則有6個月冷到結冰。雖然可能,但是並沒有任何一種機制可以說明地球的自轉軸可以傾斜到如此極端的狀況。
  另一個不盡相同的假設認為地球曾經被由岩石或冰所組成的"環"所圍繞,就像今天的土星和海王星一樣,這個"環"造成了地球上的陰影,冷卻了地球上的氣候。然而並沒有任何有關這個環的遺跡曾經被發現過。
  而目前最受認同的假設則是認為,當時整個地球的海洋都被冰凍,成為一個巨大的雪球,這個大雪球假說(Snowball Earth)同時可以解釋表層岩石中,同位素異常的特徵。
  現在我們知道在前寒武紀的晚期其實並沒有不尋常的現象進行,這三個假說由於沒有把當時古地理圖分析仔細,而顯得有些解釋得太過頭,對於前寒武紀"冰室世界"的神秘,我們今天已經能夠加以解釋,那是因為當時大陸的碰撞與超大陸的形成,許多大陸不是緊鄰北極就是南極,導致全世界進入一個全球的"冰室"(就像今天的世界),不過當時位於赤道附近的澳洲卻出現冰的遺跡,則是個很有趣的例外。
(古地圖Paleomap网站)

根据太阳系在银河系的位置推测中、新元古代超级大陆的变迁(Mrbosh)

  11~12亿年前,太阳系位于远银心点附近,地球自转有加快的趋势,超级大陆块更偏于北极,中国、北美阿拉斯加、西伯利亚、波罗的可能曾进入北极圈,右图应是10亿年前的情景。

  10~8.5亿年前,太阳系在近银心点附近运行,地球自转变慢,中国-澳大利亚-南极陆块与劳伦大陆(南美、北美)之间的大洋(PANTHALASSIC OCEAN)开裂但尚位于北半球,劳伦至波罗的系列陆块旋移至环赤道位置。中国可能曾位于北极而非洲可能位于南极,推测约9.5亿前左右也曾有过大冰期,但具体情况不明,塔里木古陆北侧和扬子古陆南缘的贝义西期冰碛层可能是这一期的冰碛物。

  8~7.5亿年前,太阳系向远银心点运行,劳伦大陆向南半球高纬度地区漂移,中国、澳大利亚、南极洲地块则向北极漂移,约在7.5亿年前冰川覆盖极地,中国的扬子、塔里木地块被冰盖覆盖(海冰?),形成南沱组冰碛层。

  6.5~5.9亿年前,太阳系向近银心点运行,劳伦大陆进入南极圈被冰盖覆盖,非洲(刚果Congo地盾)、南极洲、澳大利亚、中国等形成以赤道为中心近南北向的联合大陆块,中国的华北和塔里木地块位于北极地区被冰川覆盖,形成罗圈组冰碛层,华夏陆块则可能位于低纬或赤道地带。

中国科学报文摘:

    美地质学家认为-南极洲曾是北美洲的一部分
  根据地质证据和计算机重建图,两位美国地质学家认为,南极洲和北美洲大约在10亿年前曾是连在一起的。
  在南极洲和北美洛矶山脉两地找到的古岩石及沉淀物,存在着惊人的相似之处,计算机重建图中,10亿年前的北美洲岩石构造与南极洲类似年代的岩石极为吻合。两位地质学家推断,北美洲可能曾是南极洲和南美洲之间的一部分,10亿年前南极洲、北美洲和南美洲曾是连在一起的超级大陆块。
(赵富廷.中国科学报)

  美发现东西冈瓦纳古大陆碰撞证据
  美国得克萨斯大学罗伯特·斯坦领导的研究小组,发现了在6亿5千万年前,由于大陆移动,东西冈瓦纳古大陆碰撞形成巨大超大陆的证据。
  该研究小组是通过分析美“奋战”与航天飞机上的雷达探测结果而发现这个碰撞痕迹的。研究者确认,两块大陆碰撞地点在现在苏丹北部的撒哈拉大沙漠中。现在的澳大利亚、南极、印度对应于6亿5千万年前的东冈瓦纳古大陆,现在的非洲、南北美洲相当于当时的西冈瓦纳古大陆。这次得克萨期大学的研究人员首次发现了两大陆碰撞形成一巨大的冈瓦纳超大陆的碰撞区。
(万生.中国科学报)

  美科学家提出  地球大陆演变新观点
  据英《每日电讯报》报道 美国得克萨斯大学的伊安·达尔齐尔博士提出,在大亿7.5亿年以前地球表面上所在的大陆是连在一起的,形成一个母地超级大陆。
  有关人士指出,达尔齐尔博士的这一发现把地球的演变史又向前推进了5亿年,它有助于重现7.5亿年以前的地球面貌,揭示地球上大陆移动的所有线索,并使教科书关于地球大陆的演变史得到补充。
  达尔齐尔认为,母地超级大陆的解体正好与地球上生物进化史上的大剧变时间相吻合。超级大陆的解体会导致气候的变化,促进多细胞祖先的出现,它们是细菌与人类之间的一环。
  美国科学家说,根据达尔齐尔的理论,除了部分非洲地区和南美洲以外,在母地超级大陆时期,地球表面上各个大陆之间没有大洋,因此当时南极洲和美国的加利福尼亚州是邻居。
  达尔齐尔还认为,北美大陆是从超级大陆里脱胎出来的,后来同南美地盾和北欧相碰撞,最终又重新参加进去形成泛大陆。在泛大陆解体之前,英国的苏格兰还是北美的一部分。
(原.中国科学报)