[小科普：随我看地球 – 三十五集]

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陈蓉编发

作者：章纪君

一，地球是个"拼图狂魔"？

想象一下，你有一块超级大的拼图，每隔几亿年就会自己拆开、旋转、漂移，重拼，而且每次拼出来的图案还不太一样，听起来像是某种科幻设定，但这就是我们的地球几十亿年来孜孜不倦地在干的事儿。

科学家们发现，地球上的大陆并不是固定不变的，它们像一群桀骜不驯的"淘气蛋"，一会儿聚集，一会儿漂离。最夸张的时候，它们会全部聚合在一起，形成超级大陆(Supercontinent)。那么问题来了：这种"分久必合，合久必分"的现象，是随机的，还是存在某种周期性规律？现在我们知道，地球在其漫长的地质历史中，曾经经历了多次超级大陆(Supercontinent)的聚合与分裂。根据地质学和板块构造理论，有人认为超级大陆的周期约为年5~7亿年一次。今天，我们就来聊聊这场持续几十亿年的"地球拼图游戏"，看看科学家们是如何破解这个地质谜题的！

二，地球历史上曾经有几个超级大陆？

1，最古老的"老前辈" - 瓦巴拉大陆(Vaalbara)：这一概念最早由澳大利亚地质学家 A.Y. Glikson和南非地质学家 J.E.J. Martini于20世纪90年代提出。在太古宙早期(大约 36亿年前)，地球还是个"愣头青"，第一块疑似超级大陆的瓦巴拉(Vaalbara)开始出现。它是由南非的卡普瓦尔克拉通(Kaapvaal)和澳大利亚的皮尔巴拉克拉通(Pilbara)组成，取上述二个英文字的词尾，组成一个新词，叫"Vaalbara"。不过由于其年代过于久远，证据有限，所以更像是一个"疑似选手"。

2, 乌尔大陆(Ur), ~30亿年前存在于太古宙中期, 其范围包括今天的印度、澳大利亚、非洲和南极洲部分区域，比瓦巴拉更稳定，但规模较小。乌尔大陆(Ur)是由地质学家John J.W. Rogers于1993年提出的一个假想古大陆，被认为是地球上最古老的“超级大陆”之一。其名称源自德语“原始” (Ur)，象征其古老性。

3，第一个实锤超级大陆 – 凯诺兰大陆(Kenorland)。27亿年前地球终于拼出了第一个公认的，有真凭实据的超级大陆。这块大陆最早由加拿大和美国地质学家团队在 20世纪90年代由L.J. Pesonen等提出，其范围主要包括今天的加拿大、澳大利亚和南非的部分地区。不过，此大陆没能坚持太久，大约于24亿年前就裂解了。

4，哥伦比亚大陆(Columbia, 又称Nuna), 拼凑于元古代大约18-15亿年前。它是地质学界公认的地球历史上第一个明确重建的超级大陆，形成于约18亿~15亿年前（古元古代中期)，并在约14亿~12亿年前开始裂解。其名称由美国地质学家 J.J.W. Rogers 和 M. Santosh在2002年正式提出。它几乎包含当时所有主要陆块（劳伦、波罗的、西伯利亚、非洲等）。

5，大佬罗迪尼亚大陆(Rodinia)粉墨登场：

时间来到 10亿年前的元古代，地球又搭拼出了一个"巨无霸" - 罗迪尼亚。它被认为是迄今为止最庞大的超级大陆之一，几乎把所有陆地都拼在了一起(图1)。想象一下，如果你站在当时的罗迪尼亚大陆上，可能仅需几步就能从中国跨到南极！

罗迪尼亚大陆是由美国地质学家Paul F. Hoffman和Damian Nance等学者在 20世纪80年代末至90年代初正式提出的。“Rodinia”一词源自俄语“Родина”(意为“祖国”或“母大陆”)，象征该超级大陆是后来所有大陆的“摇篮”。

图1，9亿年前的罗迪尼亚大陆(Rodinia) 地理重建图 (图片来源：www.shamskm.com, Feb. 24, 2018)

不过，好景不长，罗迪尼亚在 7.5亿年前开始裂解，这次裂解被认为直接引发了后来的全球冰川事件(即"雪球地球-Snowball Earth)和寒武纪生物大爆炸事件, 为多细胞生物的爆发奠定了全球性环境基础。

6，潘诺西亚大陆(Pannotia), 拼接于新元古代末期(~6~5.4亿年前)。其特点是存在时间短，并快速分裂为冈瓦纳、劳伦西亚等大陆。部分学者认为它是罗迪尼亚大陆裂解后、盘古大陆(Pangea)形成前的一个重要过渡阶段。

此大陆由加拿大地质学家 Ian W.D. Dalziel(1997年)和美国学者L.M. Murphy(1997年)等学者正式命名并系统论证。“Pannotia”一词源手希腊语 “pan-”(泛)+ “notos”(南方)，意为"泛南方大陆”，因其主体位于南半球。

7，时间到了 3.3亿年前的古生代，地球再一次拼出了一个史上惊世骇俗的末代超级大陆 - 泛大陆，亦称盘古大陆或潘吉亚大陆(Pangaea，图2)，和它对应的一个超级大洋叫泛大洋(Panthalassa)。实际上泛大陆的亲生父母是南方的冈瓦纳大陆(Gondwana)和北方劳亚大陆(Laurasia)，由于这二块大陆的邂逅碰撞，诞生了这个超级大陆。泛大陆长得像个巨大的"C"字形，中间包围着古地中海(也称特提斯洋，Tethys)。恐龙就是在这块大陆上的霸主！

图2，3亿年前的泛大陆(Pangea) 地理重建图 (图片来源：www.visualcapitalist.com, May 1, 2020)

不过，这个泛大陆也没能逃脱分裂的命运，大约在 1.8亿年前开始解体，最终形成了我们今天熟悉的海陆分布格局。

三，超级大陆的形成有规律吗？

科学家发现，大陆在地质时间尺度上会反复合并形成超级大陆(如盘古大陆)，然后又反复分裂。这个一开一合的"拼图周期"通常会持续5–7亿年，科学家称之为"盘古大陆旋回(Pangea Cycle)"。这种旋回是由板块构造运动来驱动的，同时也被认为影响着全球的气候及海平面变化，甚至生物进化。

科学家认为产生这种周期可能有以下几种理由：

1，板块运动的"惯性"：地球的板块运动受地幔对流驱动，而地幔对流可能存在某种长期节律。2，大陆碰撞的连锁反应：当几块大陆撞在一起，会引发一系列地质活动，如造山运动，最终推动它们再次分裂。3，超级地幔柱的"拆家"行为：超级大陆形成后，会阻挡地幔散热，导致下方热量积累，最终形成超级地幔柱(Superplume)，把大陆"顶"裂。

然而，这个周期真的靠谱吗? 虽然盘古旋回听起来很有道理，但地质记录并不完全支持严格的周期性，比如，乌尔大陆和凯诺兰大陆之间的间隔才3亿年左右，又比如，凯诺兰大陆和哥伦比亚大陆竟隔10亿年之久，所以，并不符合5~7亿年的规律。另外，超级大陆的形状每次都不一样，说明拼合方式可能受随机因素影响。所以，目前的主流观点是：超级大陆的形成有某种准周期性，但不存在严格的时钟规律。

四，下一个超级大陆会是什么样？

既然超级大陆会反复形成，那未来地球会不会再次拼出一个新的超级大陆？答案是：会！一定会！不仅会，科学家还已经给它起好了很多响亮的候选名，其中较为著名的模型有"新盘古大陆(Novopangea)"，"美亚大陆 (Amasia)"，"终极盘古 – Pangea Proxima(又称Pangea II, Pangea Ultima, Neopangea)"，"奥里卡大陆(Aurica)"等。新盘古大陆模型假设，2.5亿年后太平洋会关闭消失，并导致澳大利亚、亚洲、北美洲, 南美洲，南极洲, 非洲等大陆的碰撞和融合，最终形成一个新的超级大陆 - 新盘古大陆(图3)。

图3，2.5亿年后的新泛大陆(Novopangea) 假想图 (图片来源: www.theconversation.com, Nov. 27, 2018, by Mattias Green et alia)

"美亚大陆 – Amasia)"也就是美洲 – 亚洲大陆。科学家推测，美亚大陆会形成于2.5亿年后。当美洲向西漂移，撞上亚洲，更会形成一个环绕北极的超大陆。

"终极盘古 – Pangea Proxima"形成时间估计在2.5~3亿年后，其拼接方式是：大西洋和印度洋闭合，非洲、欧洲，非洲，中东，南极和美洲重新拼合，形成一个类似盘古大陆的结构。

有个有趣的问题是，人类还能见证下一次超级大陆吗？很遗憾，不能，至少像我们现在这样的人类不能见到，因为超级大陆的形成是以亿年为单位的。根据过去的生命演化规律，几亿年后，如果地球仍然存在，"人类"应该不再是我们现在这个模样的人类。不过，我们能够通过计算机模拟和地质研究，可以提前观赏到未来的地球面貌演变。

五，超级大陆对地球气候和生命会有什么影响？

毫无疑问，大陆板块的分解和聚合会给地球带来一系列的影响，首当其冲的便是气候剧变。当超级大陆形成时，内陆会变得极度干燥，通常会形成超级大沙漠，导致生命的消亡和迁移。当超级大陆裂解时，火山活动增加，可能会导致全球变暖或冰期形成。气候变暖和冰期是地球历史上两种典型的极端气候模式，它们对生物的影响深远且复杂，涉及生态系统、物种演化及生物多样性等多个层面，比如，盘古大陆形成时(二叠纪末期)，发生了地球历史上最严重的生命大灭绝事件(96%海洋生物灭绝)。大陆裂解时，分散的陆地促进了物种分化，比如恐龙演化出不同种类。所以，超级大陆的拼合与分裂，就像是地球"重启按钮"，每次都能带来全新的生态格局。

总之，地球的板块运动就像一场漫长的"拼图游戏"，而我们人类只是其中的一个小小看客。或许在遥远的未来，地球会再次拼出一个全新的超级大陆，而那时的智慧生命(如果有的话)，也许会像现在的我们一样，好奇地研究这场持续几十亿年的地质奇迹。

地球上超级大陆的悲欢离合：一场持续几十亿年的"拼图游戏"

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