破解百年谜题！西北大学有“突破性发现”

2月23日，西北大学早期生命与环境研究团队在《美国科学院院刊》（PNAS）上发表了题为“构造运动而非雪球地球时期的冰川作用造成全球大不整合（Tectonism rather than ‘Snowball Earth’ glaciation is responsible for the Great Unconformity）”的媒体关注和亮点文章，以全球视角破解了困扰科学界百年的地质谜题——全球“大不整合”的形成，并非此前认为的“雪球地球”冰川侵蚀。这一突破性发现，为理解地球演化与生命爆发的关联提供了全新视角。

大不整合（The Great Unconformity）是地质学界的经典谜题，特指记录生命大爆发的寒武纪地层不整合覆盖于前寒武系之上的地质现象，早在19世纪达尔文时代就受到科学界的关注，曾被美国古生物学与地层学家查尔斯·沃尔科特（Charles Walcott）称为“Lipalian”阶段，代表了地球和生命演化过程中缺少地质记录的一段空白期。

作为全球地质记录中发育范围最广和最具影响力的地层缺失，大不整合被认为与“雪球地球”、现代板块构造的起始、大洋富营养环境的形成、寒武纪大爆发等重大地质和生命事件关系密切。以往研究集中于北美地区普遍将其成因归因于寒武纪沉积之前不久（新元古代）的构造剥露或冰川侵蚀。

此次，西北大学博士研究生詹容若与导师段亮教授联合国内外合作者跳出区域研究的局限，以华北大不整合为核心研究对象，基于其上下的地层接触关系，通过下伏基底锆石和独居石U-Pb、黑/白云母Rb-Sr、锆石(U-Th)/He在内的多种（热）年代学和QTQt深时热史反演模拟，发现不同地区的大陆基底从中-上地壳到近地表的剥露和冷却均主要发生在古元古代的距今21至16亿年期间，精准锁定了时间。其次通过全谱系（高-、中-、低温）热年代数据集成和洲际对比，首次从全球视角解读了大不整合的成因，证明了古元古代哥伦比亚超大陆旋回调控下的长期构造剥露，而非新元古代 “雪球地球”期间的冰川侵蚀，才是驱动巨量地壳物质剥蚀和造成全球大陆内部普遍缺失超过10亿年的地质记录和发育大不整合的主要原因。

华北大陆内部广泛分布的间隔长达16.6亿年的大不整合（A，山西河津西硙口）：早寒武纪地层（~520百万年）直接覆盖于古元古代结晶基底（花岗片麻岩，~21.8亿年）之上；大陆边缘广泛发育长城系（17.5-16.0亿年）不整合于古元古代结晶基底（片岩，~20.1亿年）的地质现象（B，内蒙古乌海苏拜沟）。

除全球古大陆的多种热年代学数据外，多项同位素指标（87Sr/86Sr, δ18O, εHf, εNd）联合揭示的大陆风化强度的显著升高也同步发生于哥伦比亚超大陆旋回期间。纵观全球，许多古大陆上均发育结晶基底直接被相对平坦的古元古代固结纪（Stratherian）地层所覆盖的现象，表明古大陆的太古宙-古元古代基底均在哥伦比亚超大陆聚合之后被完全剥露至地表，为认识全球性“大不整合”的成因提供了有力的佐证。

地球系统演化背景下全球典型克拉通基底冷却和剥露历史。华北、波罗的、亚马逊和劳伦古陆内部基底从中-上地壳至近地表的冷却历史（A）；全球碎屑锆石年龄分布和海水 87Sr/86Sr同位素（B）以及锆石O-Hf同位素和全岩Nd同位素曲线（C）显示大陆风化强度的显著升高主要发生在距今21至16亿年的哥伦比亚超大陆聚合期间。

该研究由西北大学早期生命与环境团队段亮教授课题组联合中国科学院、意大利、美国等国内外研究团队合作完成，作者还包括中国科学院地质与地球物理研究所的万博研究员、美国哥伦比亚大学Nicholas Christie-Blick教授、意大利帕多瓦大学Massimiliano Zattin教授，以及西北大学的张兴亮、杨钊、王建强、苟龙龙教授。

该研究成果引起多家科学媒体的关注，《科学》（Science）期刊新闻专栏记者James Dinneen第一时间采访了我校段亮、张兴亮教授，相关内容以“岩石记录显示大不整合的形成时间比预想的更早（Ancient rocks point to an early start for the Great Unconformity—the biggest gap in Earth’s rock record）”为题在《科学》期刊的研究新闻栏目报道。

来源：西北大学 责编：王晨