作者語：
相信很多人對《尋夢環(huán)游記》這部電影并不陌生，甚至每一次觀影都會被深深感動（圖 1）。在這部電影里，主人公的太奶奶 Coco 是過去與未來，消失與存在之間最重要的連接點。而當背景音樂《請記住我》響起時，我想起了幾年前逝去的太奶奶。
我的太奶奶是個和藹可親的人。小時候的我總喜歡躺在她懷里睡覺，因為每次我醒來她都會偷偷塞零食給我。但在她去世那一刻，那些記憶就只有我擁有了。于是，一個問題浮現在腦海：如何證明一件事物真實地存在過？
對于人來說，是存儲在大腦中的記憶。那么地球的記憶是什么呢？沒有神經元作為存儲中介，地球的記憶是幾經曲折終于測得的地質年代，還是被地質運動無數次改造巖石的記錄？
一、曲折的地球測年史
17 世紀，在近代科學運動的影響下，物理神學運動試圖通過科學說明地球創(chuàng)世的歷史。在這種思潮的影響下，愛爾蘭大主教詹姆斯?厄謝爾于 1650 年（James Ussher）根據《圣經》推演出: 世界是在公元前 4004 年 10 月 23 日創(chuàng)造出來的。于是，那時的歐洲基督徒大都相信地球只存在了不到 6000 年。
當然科學不會止于此，地質學家都堅信地球年齡遠不止 6000 年，但如何通過科學方法定年是一個問題。艾薩克?牛頓首先對這一問題發(fā)起了挑戰(zhàn)，他假設地球為一個炙熱的大鐵球，經過實驗和換算，牛頓認為表面溫度下降至現今水平所需要的時間可能需要 5 萬年。在牛頓之后，布豐經過實驗將這個時間增加到 7.5 萬年（甚至私下認為是 300 萬年）。不過牛頓畢竟不熟悉熱力學，最后開爾文在 1862 年（Lord Kelvin）做了改進工作，而他的結果是年齡在 0.2~4 億年之間。
除了熱力學方法之外，英國地質學家約翰?菲利普斯（John Phillips）在 1841 年通過模擬沉積速率的方法，計算出地球的年齡約為 9600 萬年。但同時代的查爾斯?萊爾（Charles Lyell，《地質學原理》的作者）等地質學家表示難以接受這么短的地質年齡。達爾文認為風化作用將巖石改變至現狀至少要有 3 億年，這樣才能滿足漫長的遺傳變異積累和自然選擇過程。此外，還有科學家利用測定海水含鹽量以及測定月球速率的方法推算出地球時間。但是，受限于當時的科技水平，推理出的數字都遠遠低于真實的地球年齡。
人類能夠測定真實地球的年齡還得等到 20 世紀初，這與一個耳熟能詳的人物 — 盧瑟福（Ernest Rutherford）相關。1905 年，盧瑟福在耶魯大學做了一個關于放射性測年的科學報告。盧瑟福意識到鈾裂變會產生氦氣，只要測定巖石中的氦氣質量就能估算出年齡，經過對一些巖石的初步測量，地球的年齡被推至 5 億年，盧瑟福認為實際年齡會更長，因為氦氣可能會泄露一部分。
不過放射性測年是十分困難的，這種方法對儀器的靈敏度和精確度提出了很高的要求，想要再進一步并不容易。芝加哥大學的核物理教授哈里森?布朗（Harrison Brown）和他的學生克萊爾?派特森（Clair Patterson）（圖 3）最先在這個領域取得突破。鈾鉛測年法的建立是十分曲折的，派特森測量的結果總是有很大的誤差，排除了各種影響后，他最終意識到了是隨處不在的鉛污染的原因。為了排除鉛污染對實驗結果影響，他甚至為此建造了世界上第一個超凈實驗室。在曲折的探索之后，布朗教授的團隊終于第一次得到地球的真正年齡 ——45.5 億年
時至今日，盡管各種放射性同位素測年方法已經逐漸完善，地球的歷史卻依然難以理清，尤其是那些遠古的事件。因為時間跨度越大，使用的同位素半衰期越長，分辨率越低，誤差也會越大。因此，那些遠古歷史的細節(jié)，人們也就很難得知了。
二、殘缺的巖石記錄
【2.1 缺失的地層】
1869 年 5 月 24 日，自學成才的獨臂地質學家約翰?韋斯利?鮑威爾（John Wesley Powell）帶領一支科學考察隊，對美國西部的格林河和科羅拉多河流域諸多峽谷（圖 4）進行探索。然而，當他們進入峽谷后，一連幾個星期都沒有消息傳出。不久，芝加哥論壇報就發(fā)了頭條新聞，說鮑威爾團隊已經被卷入致命的急流中，永遠地在峽谷中消失了。正當大家一籌莫展時，鮑威爾團隊卻又神奇地出現在公眾眼前。不過，仍然活著的鮑威爾倒確實在大峽谷發(fā)現了一宗消失事件，而這一消失事件困擾了地質學家 150 多年。
原來，在鮑威爾進入科羅拉多河畔后，他看到了一大片堅硬的結晶巖石，這些巖石大多數是花崗巖和片巖，與一般的巖石水平堆疊不同，這些巖層沿著垂直方向排列。而在這些結晶巖層之上，是一層 305 米厚的水平紅色砂巖帶。
但是，在鮑威爾考察完垂直結晶巖后，他估計這部分巖石本應該達 3050 米，但實際測量后卻發(fā)現有整整 2000 多米厚的巖石竟然完全消失了。他將這一怪事稱為“地層大角度不整合”（The Great Unconformity）。鮑威爾的觀察確實沒錯。100 多年后，同位素定年的結果表明：這些結晶巖中最年輕的部分大約 17 億歲，而上層的紅色砂巖最古老的卻只有 5.5 億歲。也就是說中間差了十多億年，那些記錄著十億年歷史的巖層消失了。
實際上，早在 18 世紀以前，現代地質學之父詹姆斯.赫頓在英國海岸的懸崖上就發(fā)現了類似的現象，于是他提出了赫頓不整合，也就是現在教科書里的地層不整合（圖 5）。地層不整合在全球都很常見，但碰巧的是，這次缺失的 10 億年地球歷史之后出現了兩件令人費解的事件：一個是 5.4 億年前的寒武紀生命大爆發(fā)（Cambrian explosion），一個是距今約 8 億到 5.5 億年之間的“雪球地球”大冰期（Snow ball earth）。因此，一種假說認為，“雪球地球”大冰期的濕冰川有能力侵蝕和搬運三千米到五千米厚的巖石層，這或許是 10 億年地層缺失的原因。同時，也有人猜測這次地層缺失導致了寒武紀生命大爆發(fā)。不過，不同的假說有各自的瑕疵，如何解釋這樣的缺失，同樣成為人們構造地球歷史的一部分。
【2.2 消失的大陸】
在地球形成之初（約 45.5 億年），地球內部釋放的熱量是今天的 2-4 倍，到處是紅色的“汪洋大?！?。今天，我們只能通過火山噴發(fā)時的熔巖湖（圖 6）想象那時的環(huán)境。在這一時期，地表不會大規(guī)模結晶巖石形成大陸（圖 7 左），即使形成了巖石也很快被高溫熔化，很難保存下來。
最早的陸地大約誕生在 43.5-44 億年前，在形成之后的 40 多億年歷史里，隨著板塊運動與火山爆發(fā)以及板塊之間的俯沖作用，地球表面的物質被帶到地球深處，融化，消失。只會保留那些耐受高溫的巖石。即使少量巖石保存下來，也經過了充分的變質改造，如：大別山－蘇魯超高壓變質帶。地球歷史上出現過若干次的超級大陸，例如：盤古（Pangea）大陸，羅迪尼亞（Rodinia）大陸等。
目前，我們已知的地球上最古老的巖石是在加拿大地盾西北地區(qū) Slave 克拉通的 Acasta 片麻巖，具有 40.25 億年的古老年齡。但我們幾乎無法尋找到更早的巖石，因為很難有巖體能耐受早期的高溫條件。我們也很難再恢復消失的大陸，因為所有的證據都來自于巖石的記錄，但越古老的巖石，被改造得越強，恢復起來也就越難。如何恢復這種地球的記憶，是促進地球科學前進的重要動力。
三、消失本身也是記憶
萊伊爾在《地質學原理》中指出“現在是認識過去的鑰匙”?！皩⒔裾摴拧钡默F實主義方法讓地質學家孜孜不倦地探尋著地質時間里的蛛絲馬跡。但在漫長的地質歷史長河里，地球的面貌發(fā)生很大的變化，并不是每一次變化都會留下痕跡。這些消失的痕跡阻礙著人類對遠古時代地球發(fā)生的未知事件的探索，成了地球消失的記憶。
但歷史也告訴我們不必悲觀。200 多年前，“現代地質學之父”詹姆斯?赫頓（James Hutton）說，“真正的地質時間可能遠遠超出了人類的想象”。但他沒有想到，僅僅一個多世紀之后，人類就得到了地球真正的年齡。查爾斯.萊爾（Charles Lyell）很早就注意到了 6500 萬年前生物多樣性的“斷層”，但他只能歸因于化石丟失或者本身就沒有形成化石。一百年后，Walter Alvarez 發(fā)現那些不含化石的粘土層的銥含量極高，而銥在地球上很稀少，但在流星中卻很常見。因此，Walter 最終提出了恐龍大滅絕的災變論。由此可見，新技術的出現將在未來繼續(xù)揭示地球的未解之謎，而比較行星學研究或許能填充地球缺失的歷史。
探險家麥哲倫曾說：“從比奇到盟重，從盟重到蒼月島，再又回比奇，由此地球是圓的!”。但實際是無論人類是否環(huán)球旅行，地球始終是圓的。地球已經演化出了人類宜居的環(huán)境，這代表著巖石記錄的消失也是地球演化歷史的一部分。
物換星移，滄海桑田，留給人類的地質痕跡總是有限的，但或許消失本身就是認識地球的一種重要的信息。
本文來自微信公眾號：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：葉祥鷹
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