撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS
美國宇航局在2017年10月的“冰橋行動”中拍攝到這樣一幅畫面，冰川和岩石在南極半島對峙。很久很久以前，整個地球都可能在“雪球地球”形成階段大範圍地出現圖中的場景。攝影：MARIO TAMA, GETTY
美國大峽谷堪稱巨大的地質圖書館，那裡的岩層告訴了我們地球發展史中的諸多故事。然而令人驚奇的是，部分規模可觀的岩層仿若憑空消失，它們代表著12億年前至2.5億萬年前的歷史片段。
這種缺失某一時期岩層的現象被稱作“大不整合面”，除了美國大峽谷，還有很多地方存在這一現象。代表寒武紀的岩層，其歷史可以追溯到5.4億年前，這些沉積岩中出土的化石蘊藏著複雜的多細胞生命。再往深處就是沒有化石的結晶基底巖，大約形成於10億年前，甚至更久。
那麼這些消失無影的岩層都去哪裡了呢？一支國際科考隊藉助多個證據鏈的分析，大膽推測“偷走”岩層的很可能是“雪球地球”，那段時期，地表的絕大多數區域都覆蓋著厚厚的冰層。
該科研團隊介紹，在那數以億年計的漫長歲月裡，三分之一的地殼或是被“雪球地球”的漂移冰川割鋸，或是被冰川侵蝕。受此影響，這部分沉積物被推至覆蓋了爛泥的海洋，隨後又在俯衝板塊的作用下被覆蓋物吸納。
該團隊發表在《美國科學院院報》上的文章稱，實際上，地球掩蓋了大多數地區約五分之一的地質歷史。這一觀點簡潔鮮明而又頗具挑釁意味，就連諸位作者都直言，此番言論必將挑起部分地質學家的舌戰。
“但我認為，我們可能已經手握重大證據來支持這一非比尋常的論點。”該文章的作者之一、來自伯克利地質年代學中心的博士後研究員C. Brenhin Keller說道。
地球化學之謎
雖然“雪球地球”的具體細節未有定論，其觸發與停止的機制仍有爭論，但科學界對7億年前這場災難的存在愈發趨於認同。類似於今天發生在南極洲的種種現象，當時“雪球地球”上的大部分冰川都具有無與倫比的侵蝕作用：冰川主體的巨大壓力致使底部融水充沛，對下方沉積物具有強力的掘蝕作用。冰川表面寒冷到極點，底部卻是暗流湧動。
在亞利桑那州的黑尾峽谷，寒武紀砂岩位於更古老的基岩“毗溼奴片岩”之上，這就是“大不整合面”現象。攝影：EARTH GALLERY PHOTOGRAPH, ALAMY
“大不整合面”經常作為一種侵蝕特徵來討論，但有些地質學家對如此大規模的地殼被徹底抹除的觀點表現出了畏縮。
然而，Keller在古老的鋯石中找到了新線索。這種礦物質會在結晶過程中固化於地球化學環境中，所以哪怕是過了數十億年，科學家依然能分離出鋯石以探明地球曾經的樣子。例如40億年前的鋯石就為我們提供了生命萌發時的線索。
最為特別的是，這些鋯石擁有種類繁多的放射性同位素，就像是檔案管理員一樣為我們保存了各類信息。研究者能借助鈾同位素精準地測出結晶物的形成年代；而鉿同位素有助於解讀地殼和覆蓋物的奧秘，因為不同的同位素對應著不同的地質狀況。
Keller及其團隊便利用大量鋯石樣本，小心翼翼地揭開地殼在44億年跨度中的地球化學發展史。他們發現，“雪球地球”學說中的起始年代出現了劇烈的地球化學變化，而且這一變化只能用大量地殼被改造為新的岩漿儲源來解釋。
這些鋯石中的氧同位素顯示，地殼還經歷了低溫水熱過程。這就意味著，它處於與冰水接觸的地殼表面，且被刮除，而不是處於更深處。
總而言之，這些證據清晰地表明地表發生了極為劇烈的侵蝕活動。雖然侵蝕活動就全球而言並不均勻，但總體計算下來，相當於3至5公里厚的岩層被清除。
可疑沉積物帶來的驚喜
雖然這些地球化學證據非常有效，但近日科學研討會上對相關論點的可能性大討論使得該文的作者們意識到，還有很多要點需要闡明。
該文作者之一、來自科羅拉多州波德西南研究所的行星學家Bill Bottke說道：“6到7億年前，地球失去了很多很多火山口。”一些古老的火山口仍然存在於穩定的大陸核心“克拉通”上，但這樣的火山口既少又相距甚遠。
對於如此神秘的現象，大規模的侵蝕活動看起來是個簡單而有效的解釋，但一直未找到真正的地質證據。在Bottke看來，地球極為擅長清除自己的痕跡。幸運的是，Keller關於“雪球地球”的地球化學理論為我們展現了一個合乎情理的解釋。
據另外一名作者、來自南安普頓大學的地球科學副教授Thomas Gerno介紹，在寒武紀初期，地質沉積速率出現了巨幅抬升。所有新生成的沉積物需要龐大的空間來安置，那麼似乎只有在此前經歷了大規模的侵蝕活動，方可使其成為可能。
正如研究者所指出的，問題就出在“雪球地球”末期與寒武紀初始之間的漫長時段中。在“雪球地球”的侵蝕活動結束之後，為什麼花了那麼長時間才形成新的岩層。
其原因可能來自於多方面，其中之一是“雪球地球”的侵蝕活動實在太過劇烈，以至於地球上已沒有多少地形地貌能供以侵蝕。“雪球地球”結束後，地球首先要做的就是“鍛造”新的土地，這需要時間。
萬有理論
伯明翰大學的地球科學名譽教授Ian Fairchild認為，不可能每件事物都配合的天衣無縫，但該理論似乎說得頗為合理，而且論據清晰。該教授並未參與本文所述研究項目。
Bottke希望研究團隊的理論是對的，但他也樂於見到該文章引起地質科學界的諸多爭論。他說道：“這些溝通對科學發展大有裨益。”
該文章還指出“雪球地球”的終點也是複雜形態生命的起點。因為冰川雕琢出峽灣這樣的淺海區域，隨著地球變暖，這些區域就是孕育生命的搖籃。另外，伴隨著大規模的地殼損耗，很可能會出現重大的地球化學反應和環境變化，潛在地促進了後續的生物演化。如果結論屬實，那麼該文章的影響將極為深遠。
本質上來說，古老冰川擦除地殼的活動或許直接促成了多細胞動物的多樣化。
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