十亿年地质模型解释了大峡谷中的大不整合面

两个相邻岩层之间可能会消失数亿年。在大峡谷等地方，较年轻的沉积岩沉积在更古老的结晶地基上，留下了巨大的间隔未被记录。令人困惑的不仅仅是是什么移除了缺失的材料，而是为什么所产生的边界在如此巨大的区域中得以幸存。

《自然》杂志上的一项研究提供了将该边界与地球深处的循环联系起来的解释。卧龙岗大学博士生桑托什·杜加纳 (Santosh Dhungana) 和导师尼古拉斯·弗拉门特 (Nicolas Flament) 模拟了地幔流如何改变大陆海拔。他们的结果表明，长期的隆升为景观准备了侵蚀，而后来的下沉则使沉积物掩埋并保护了它们。

该作品探讨了大不整合面的形成和生存。它提出了一个广泛的地质环境，其中冰川和其他表面过程可以去除岩石。它并没有确定每个缺失的区间是同时形成的，也没有确定一种机制可以解释每个位置。

不整合面标志着地质记录中由侵蚀、没有沉积的时期或两者兼而有之引起的空白。通常，较年轻的沉积层堆积在较老的沉积层之上。在不整合面处，序列会跳跃，因为一些干预历史从未在本地积累或不再存在。

大不整合面包括持续约 2 亿年至超过 10 亿年的间隙，具体取决于位置。尽管边界上方第一个沉积物的年龄各不相同，但寒武纪岩石通常覆盖在更古老的地基之上。该论文描述了整个北美地区的沉积物的年龄从大约 6.35 亿年到 4.82 亿年不等。

在评估解释时，这种变化很重要。广泛的边界不一定代表具有相同日期的全球性事件。它现在的外观可以结合侵蚀、缺失的沉积、后来的掩埋以及随后因地点而异的变化。

因此，研究人员询问什么可能有利于大片大陆内部类似的长期历史。他们提出的驱动因素是地幔对流，即地壳下方热的、主要是固体的岩石的极其缓慢的循环。这种运动可以改变陆地海拔，而无需建造狭窄的山脉。

地质学家将由此产生的海拔广泛变化称为动态地形。上升的地幔可以支撑大面积的大陆，而环流的变化会减少这种支撑。在地质时期，当大陆穿过下面的水流时，地表可能会上升或下沉。其影响可以延伸数千公里、长达数百万年。

该团队研究了六种可追溯到十亿年前的地幔对流模型。这些模型利用古代板块运动的重建来限制地球内部的演化。不同的假设使研究人员能够测试主要模式是否在多个版本的模拟中持续存在。

他们专注于 350 公里以上深度的浮力和粘度变化，从计算中排除较浅的贡献。这一选择强调了整个大陆范围内的平稳变化。研究人员还将模拟的深部地幔结构与地震成像推断的结构进行了比较，并研究了它们与过去火山省的关系。

该方法有一个重要的局限性：它往往会高估长波长高程变化的大小约两倍。研究人员因此强调了面积是上升还是下降，以及这些趋势何时发生变化。他们的论点更多地依赖于运动的顺序，而不是对隆起高度的精确估计。

受欢迎的序列始于寒武纪之前新元古代的长期隆起。较高的大陆表面仍会暴露在岩石去除过程中。后来的沉降或下沉会使海水前进，沉积物在破旧的土地上堆积。

冰川仍然是这个解释的一部分。该论文认为，仅仅温和的大陆倾斜不足以产生足够的河流侵蚀来解释失踪的物质。成冰期冰河时期的持续隆升可能反而有利于雪球地球（大约 7.2 亿至 6.35 亿年前）期间的广泛冰川侵蚀。

区别在于深度驱动程序和执行物理删除的进程之间。地幔流可以造成长期暴露，而冰川则侵蚀暴露的岩石。随后的下沉可以保护较新沉积物下方的表面，而不是使其容易受到新的破坏。

“有时，缺失的东西可以告诉我们更多关于地球的故事，而不是我们所能看到的，”弗拉门特说。该团队的中心思想是形成和保存需要一个有利的顺序。仅解释侵蚀并不能解答为什么如此古老的边界仍然可供地质学家研究。

这些模型突出了北美古代核心劳伦西亚；波罗的海，与北欧有关；和华北地区。这些区域通常经历了早期隆起和后期沉降的结合，有利于边界的保留。研究人员将这些模式与各大洲保存的沉积物体积记录进行了比较。

一次主要的上升周期和随后的下沉尤其有利。反复的隆起可能会侵蚀较早的边界并用较新的边界取代。因此，澳大利亚和南美洲不同的历史模型有助于解释为什么广阔的地表不能在任何地方都同样良好地生存。

劳伦西亚的巨大面积和其边缘相对有限的改造也有利于保存。大峡谷提供了引人注目的暴露，但后来的隆起和河流切割帮助揭示了已经存在的边界。创造古老的表面和将其暴露于今天是其历史​​的不同阶段。

非洲并没有遵循海拔趋势和保存的沉积物之间同样简单的关系。大陆内的山脉和排水系统使这种联系变得复杂。这些差异表明为什么地幔流必须与区域构造、侵蚀和沉积物输送一起考虑，而不是完全替代它们。

随着时间的推移，重建变得不太确定，地幔模型强烈依赖于它们。六次模拟的结果也各不相同，包括波罗的海和华北地区隆起的时间和强度。替代板重建提供了一种重要的方法来测试解释的稳健性。

这项研究还提出了有关古代海洋的问题。大陆侵蚀和后来的洪水可能会改变沉积物输送、浅海和海水化学。这些变化可能影响了动物多样化的环境环境，但模型并没有直接证明进化原因。

这种区别很重要，因为寒武纪爆发涉及生物和环境变化，需要自己的证据。作者将侵蚀、沉积和海洋化学确定为进一步研究的主题。将深层环流与这些过程联系起来将使框架延伸到岩石边界本身的分布之外。

目前，该模型为为什么大不整合面在某些地区形成并保存得特别好提供了可检验的解释。它的优势在于将缺失的岩石与后来的保存联系起来。下一个挑战是确定该序列在地球遥远过去的不同重建下是否一致。

这些资源探索了相互竞争的解释、古代洪水和重建缺失的地质历史的局限性。

研究结果可在《自然》杂志在线获取。