由于风化侵蚀，再加上板块构造不再向上推动，美国东南部的阿巴拉契亚山脉正在缓慢地缩小。在地球历史上，大约10亿年里，几乎所有的山脉都停止了增长，但具体原因仍然不确定。摄影：ROBB KENDRICK, NAT GEO IMAGE COLLECTION
撰文：MAYA WEI-HAAS
如果能回到10亿年前，你会发现，地球表面最吸引人的地方可能是这个世界平淡无奇。没有树木，没有虫子，也没有鸟从头顶飞过。唯一的生命是简单而又渺小、黏糊的原始汤。
发表于《科学》的一项新研究指出了另一个缺失的特征：高山。
现代地球的构造板块在不停地移动，仿佛缓慢的舞蹈，重塑着地球表面。大陆之间的碰撞使地壳变厚，让山脉抬升，向着天空延伸，比如喜马拉雅山。
但在地球深处，那些微小的锆石晶体中藏着一些线索，表明板块构造并不总是像今天这样。在18亿年前至8亿年前这段时间里，大陆似乎变得越来越“瘦”。这背后的确切原因仍是一个谜。不过，最薄的时候，陆地只有现在的三分之一；研究人员认为，这种变化的部分原因在于板块构造减速。
研究人员还推测，这层薄薄的地壳可能延缓了生命的进化，正如我们所知道的那样。微小的山脉会减缓地球岩石的侵蚀，从而减少海洋生物赖以生存的营养物质。
“当时就像一场海洋饥荒，”北京大学的地球化学家、新研究的首席著者唐铭说。但不久之后，大陆又开始变厚，大量营养物质推动进化向更大、更复杂的生命发展。
“这篇论文提出了更多问题，而非答案，”加拿大女王大学专门研究地质构造学的地球化学家Christopher Spencer说。但他表示，总体来说，这项研究可以作为“跳板”，让我们更好地理解现代世界的形成过程。
叩问岩石
唐铭在分析西藏南部喜马拉雅地区的花岗岩时，注意到锆石晶体中有一个奇怪的图案。随着地球内部岩浆冷却，形成了这些微小的时间胶囊，记录下了地球古代环境的化学印记，而且它们几乎坚不可摧。研究人员已经发现了近44亿年前，地球诞生后不久形成的锆石。
唐铭意识到，在西藏发现的锆石晶体的化学成分变化，与母岩形成过程中大陆厚度的变化同步。
唐铭说，之前科学家通过观察岩石中镧和镱元素的相对含量，来确定大陆的厚度。但利用岩石本身来窥探过去却很困难，因为自地球形成初期以来，几乎没有完整的岩石留存至今，地质历史上存在空白。
“这就像读一本缺了四分之三的小说，”澳大利亚莫纳什大学的地质学家Peter Cawood说，他没有参与此次研究。然而，锆石经久不变，让科学家得以了解这颗星球更完整的历史。
唐铭和团队开发了一种新的研究方法：用锆石来估算大陆的厚度：他们发现，晶体中铕元素的含量会随着大陆厚度的变化而改变，之前科学家已经用岩石化学方法测算出了大陆厚度的变化情况。
去年，唐铭和团队把新模型发表在《地质学》杂志上，然后开始利用这个新工具。他们收集了之前研究过的锆石数据，并描绘了它们随时间流逝的化学变化情况。这些锆石来自全球各地，数量超过1.4万块。他们发现了一个明显的模式：在所谓的“无聊的10亿年”里，地壳在不断变薄。
“我们没有预料到，”唐铭谈到这个模式时说。在地壳变薄的同时，古代造山运动的其他很多标志也消失了，科学在之前的岩石记录中发现了这些标志。与侵蚀有关的锶出现了明显变化，同样地，钼和铀从海洋岩石中完全消失；富含磷的岩石变得稀少。
“所有这一切都可以用大陆更平坦的模型来解释，”唐铭说。
粘稠的蛋糕
虽然这种地壳变薄的确切过程我们仍不确定，但唐铭和同事认为，这种变化可能部分源于板块构造减速。没有了持续上升，再加上风和水对岩石的侵蚀下，山峰慢慢变平。
研究团队认为，这种减速是因为无聊的10亿年里，地球表面热量分布有所变化，当时大陆基本上都集中在一个超大陆上。
唐铭认为，超大陆下方过多的热量会造成海洋地壳下变冷，影响构造板块运动。
然而女王大学的Spencer表示，地质构造变缓不完全符合地质记录。虽然板块没有在全球范围内出现骤变，但仍存在岩浆活动；近40%的北美大陆形成于这一时期。如果在南加州和拉布拉多之间画一条线，那么你会发现，东南方向的一切形成于18亿年前到10亿年前，Spencer说，如果没有活跃的构造运动，这是不可能发生的。
除了构造运动减缓的问题外，超大陆覆盖层的假设提出了另一种可能性：地面下方过多的热量削弱了上方的岩石。这种现象会导致地面变平，因为炙热的岩石无法支撑高大的山脉。
“有点像一个粘稠的蛋糕，”Cawood说。只要糖的结构是冷的，那就能保持形状；但一旦加热，糖就会开始渗出。
“我认为这才是论文的核心，”Spencer说。也许地壳变薄并不是因为造山运动趋于停止，而是这个过程的发生方式有所变化。
宾夕法尼亚州立大学的变质地质学家Andrew Smye没有参与此次研究，他说，多余的热量和薄薄的地壳或许可以解释碰撞过程中产生的一组特别的岩石，碰撞造就了罗迪尼亚超大陆。就这些岩石的深度而言，它们形成过程中的温度似乎比预期要高，热而薄的地壳可以解释这一点。
不过唐铭认为，断断续续的构造运动和变弱的地壳可能都起了作用；他说，10亿年前的地球是什么样，我们还有很多未知。他的团队的研究工作为无聊的10亿年增添了不少有趣的地方，并强调了一些科学家过去提出的观点：也许这个时期并没有那么无聊。
“我不认为无聊，它不是安静或者静止的，”Cawood说，他用“中间时期”形容这个时期。但他表示，名字无关紧要，重要的是这个时期明显不同于其他时期。
“很显然，当时发生了一些有意思的事情，”Smye说。