地球大龜裂？

升龍

地球演化究竟是怎樣進行的？這一直是目前科學界熱衷討論的前沿問題。近年來，大連理工大學唐春安教授提出了一個全新的地球演化與全球變暖假說——“地球大龜裂”，也稱“鍋蓋理論”，引起了很多人的關注。

板塊構造假說已經提出五六十年，并被地球科學界基本不加懷疑地接受。但是，板塊構造假說并不是一個有關地球演化歷史全周期的理論，它所描述的板塊，只是魏格納大陸漂移后形成的格局，只有近2億年的歷史。在太古代地球演化的早期，地球處于液態(tài)演化階段，沒有巖石圈。當時的地球表面只有可以隨意流淌的熔巖，沒有大陸，沒有海洋，沒有生命。地球演化過程不僅涉及板塊形成、漂移和俯沖，還涉及地殼形成、海洋誕生、火山與溢流事件、生物演化與滅絕、雪球事件與冰河期及全球變暖等諸多重大地質事件。地球為什么時而冷若冰霜，時而熱如煉獄？它們之間究竟有沒有內在聯(lián)系？

地球形成固態(tài)地殼好比火鍋被蓋上了鍋蓋

對于地球系統(tǒng)的演化而言，由于地球系統(tǒng)屬于內能外泄型的巨型宏觀開放系統(tǒng)（以地球形成初期原有的熱能和半衰期可達數(shù)十億年的放射性元素衰變熱為主，伴隨有太陽能的輸入和地球輻射熱的輸出），任何地質作用過程都是地球內能耗散的過程。

地球從形成初期的熔融液態(tài)演化到具有巖石圈的固態(tài)地球，其中最重要的標志，就是地球的液態(tài)表面因冷卻發(fā)生相變，形成了固態(tài)地殼。這一過程好比逐漸變冷的火鍋被蓋上了鍋蓋。鍋蓋效應，導致地球像高壓鍋反復噴氣一樣產生溫度的周期性變化。在地球誕生、成長和消亡的全生命周期中，地殼的形成、裂解、聚合，曾多次像鍋蓋一樣封閉地球。這種巖石圈封閉地球的作用必然引起地球內部升溫，從而產生高溫、高壓的積累。經過漫長地質年代的間歇期，以地球內部放射性衰變?yōu)橹鞯臒岱e累，必然造成巖石圈的逐漸膨脹，從而引起地殼應力增加，直至地殼破裂，造成地球內部的熔巖災難性地爆發(fā)，并以猛烈的形式向太空釋放熱量，成為地球變冷的本質原因之一。

只要地球不斷膨脹就逃脫不了以龜裂形式脹裂

龜裂現(xiàn)象隨處可見。池塘干裂、陶瓷冷縮等等，都會因為表面層產生拉應力而形成龜裂。龜裂也會在不同尺度上發(fā)生。如6億年前的細胞分裂、孩童玩耍的泥團，甚至地球表面的洋中脊裂谷系。

龜裂是一個力學系統(tǒng)以能量最小、路徑最短原理形成多邊形裂紋的臨界自組織現(xiàn)象。球殼破裂行為的研究，可能對于解釋板塊構造和大陸裂解有重要的指導意義。當人們重構岡瓦那大陸在2億年前裂解初期的塊體邊界分布時，發(fā)現(xiàn)由2萬多公里長的裂縫所組成的多邊形塊體令人稱奇的規(guī)則。不僅如此，當分析勞倫古陸從勞亞古大陸分裂的情況時，人們也發(fā)現(xiàn)了類似的“幾何多邊形”現(xiàn)象。

運用數(shù)值計算方法，可以模擬球殼在內部溫度上升過程中膨脹并產生表面龜裂的現(xiàn)象。根據(jù)模擬結果可以推測，地殼在溫度膨脹作用下的力學狀態(tài)，完全能夠滿足產生地殼龜裂的力學要求。只要有關地球內部放射性衰變產熱的假說成立，地球在內部溫度作用下膨脹的事實就不可否認。那么，只要地球不斷膨脹，就終將逃脫不了以龜裂形式脹裂的命運。這一發(fā)現(xiàn)的重要科學價值在于，它為地球演化歷史中可能出現(xiàn)全球尺度或超大陸尺度的地殼裂解找到了一種理論解釋，從而可能為全球尺度的冰期、地球變暖乃至生物大滅絕等災害事件，提供了一種新的驅動機制解。

地球破裂造成的熱平衡波動致冰河期形成

根據(jù)地球大龜裂假說，可以發(fā)現(xiàn)地球大破裂具有兩種制冷效應。第一種是大龜裂誘發(fā)大規(guī)模火山噴發(fā)或玄武巖溢流，從而造成大量釋放熱量。根據(jù)能量守恒原理，地球內部逐漸積累的熱量不能補充因地殼快速破裂而損失的熱能，地殼變冷勢在必然。第二種制冷機制涉及大龜裂造成地殼底部大規(guī)模降壓，這種大規(guī)模降壓可能產生大規(guī)模降壓熔融。而熔融是一個吸熱過程，降壓熔融過程中的吸熱，必然導致周圍地殼降溫。降溫的高低，則與地殼破裂的程度有關。

因此，根據(jù)地球大龜裂假說，冰河期的形成可能與地球自身破裂所造成的熱平衡的波動有關，是地球大龜裂的必然結果。資料表明，新元古代冰期就是發(fā)生在羅迪尼亞超大陸裂解之時或之后。有學者認為超大陸裂解是形成這次冰期的直接原因之一。

生物大滅絕事件可能與地球大龜裂有關

對于地質歷史上出現(xiàn)的多次大規(guī)模滅絕事件的原因，學界一直眾說紛紜。其中一次最著名的滅絕事件導致了恐龍的消亡。較為主流的觀點認為，大約6500萬年前一顆小行星撞擊了地球，導致了這場浩劫。但是波士頓大學的馬修·杰克森和他的同事們提出了另一種觀點，他們認為當時大量的巖漿通過裂隙噴出地表，從而抹去了地球上無數(shù)的生命。如印度的德干玄武巖區(qū)形成的時間，恰好與恐龍滅絕的時間相符。地球大龜裂造成地球演化過程中的熱-冷轉換，必然間歇性地打斷生物演化的進程，造成可能的全球性生命浩劫。

越來越多的證據(jù)表明，地質歷史上出現(xiàn)的許多大滅絕，似乎都和規(guī)模巨大的巖漿噴發(fā)活動同時出現(xiàn)。大約2.5億年前，地球上95%海洋生命、70%陸地生命慘遭厄運，科學界稱之為“二疊紀末大滅絕”。有關這次滅絕的原因，我國學者金玉等早在2000年就在《科學》雜志撰文，認為大規(guī)模巖漿噴涌活動是這次大滅絕的元兇。他們發(fā)現(xiàn)，大滅絕在不到50萬年的時間里發(fā)生，并與西伯利亞玄武巖溢流事件的時間吻合。加拿大卡爾加里大學研究人員的研究成果也再次證實了這個答案。他們認為，造成二疊紀末大滅絕的原因，就是大規(guī)模的火山爆發(fā)導致海量的碳燃燒，由此產生的有毒煙霧云對全球陸地和海洋產生了巨大而廣泛的影響。

如果地球大龜裂假說所推論的溫度周期模型正確，那么，不僅可以容易地推定生物滅絕事件與地球大龜裂造成的巖漿活動有關，而且可以推定，在生物的演化進程與溫度周期之間，也應該存在密切的聯(lián)系，這為從地球熱周期活動出發(fā)研究生物進化與滅絕的規(guī)律提供了新的思路。

大陸漂移與停滯應該與溫度周期相關

地質學家張祖還先生早就計算過，如果沒有其他放熱機制干預，只要經過幾億年的積累，地球內部的放射性衰變熱就可使整個地殼達到熔化程度。因此，即使通過地球破裂可以釋放熱量，但在地球出現(xiàn)極端高溫時，部分薄殼發(fā)生熔融是可能的。

14億至13億年及2億年左右，地球曾經出現(xiàn)過薄殼熔融是地球大龜裂模型中的一個大膽推測，并認為這是大陸可以產生漂移的基本前提。盡管目前還難以找到令人信服的證據(jù)來證明這一點，但通過對地球演化過程中地層鋯含量分布的分析，對于14億到13億年間和2億年左右地層鋯石含量分布極少的事實，只有大膽地假設地球一定處在罕見的極端高溫時期，才能更好地理解。這兩個“罕見的極端高溫”階段，很可能出現(xiàn)過部分薄殼熔融。如果這個命題成立，那么，魏格納的大陸漂移問題就迎刃而解了。

根據(jù)地球大龜裂模型中的溫度周期假設，既然地球進入高溫期可能出現(xiàn)局部熔融，進入寒冷期則會出現(xiàn)再次凝固。那么，大陸漂移的速度應該與溫度周期相關。當?shù)厍蜻M入高溫期時，巖熔活動活躍，大陸可以裂解、漂移。而當?shù)厍蜻M入寒冷期時，巖熔活動停滯，大陸的漂移也可能出現(xiàn)停滯。這一推斷與美國華盛頓哥倫比亞特區(qū)卡內基研究所的兩名研究人員西爾韋和貝恩在《科學》雜志報告的成果是一致的。他們經過研究發(fā)現(xiàn)，大陸并不是一直在運動，板塊構造運動曾有過全部停止的時刻。他們通過調查鈮、釷和氦的兩種同位素在古巖石中的分布情況，發(fā)現(xiàn)這些元素都是地球內部溫度隨著時間流逝而逐漸冷卻的可靠指標。這一冷卻過程很可能意味著板塊構造活動的相應減緩或停止。