美洲聯(lián)合板塊：新大陸的形成

北美洲與南美洲的碰撞，戲劇性地改變了地球的氣候。這個(gè)變化很可能早于我們的想象。

有些事給人留下難忘的印象，甚至還有一點(diǎn)兒怪異。比如，看著一艘集裝箱運(yùn)貨船滑過一座山脈就是這樣。不過此刻，就在巴拿馬，這卻是平常景象。每年大約有15000艘船只行駛在這條著名的運(yùn)河上，這條運(yùn)河切斷了一條曾改變世界的地峽。

巴拿馬運(yùn)河的建設(shè)者花了10年以上的時(shí)間，炸開橫跨中美洲的通道，他們的努力是值得的。1914年，運(yùn)河開通之前，往返于大西洋和太平洋的船只難以避開好望角附近的危險(xiǎn)航線。正是這條運(yùn)河，將航程縮短了一半，拯救了無數(shù)的生命，并且有助于建立支持現(xiàn)代世界的全球貿(mào)易系統(tǒng)。

而在幾百萬年前，就在這同一個(gè)地區(qū)，發(fā)生了一件更具久遠(yuǎn)意義的事件。這次的事件，是由于一條航道的封閉而不是開通造成的。

2000萬年前，這個(gè)世界完全是另一番模樣。雖然板塊構(gòu)造論曾把歐洲大陸安排得幾乎和現(xiàn)在完全一樣，但有一個(gè)至關(guān)重要的區(qū)別是：北美洲和南美洲被一條深海水道——中美洲海道——所分離。

被我們稱為巴拿馬的大陸橋封閉了這條海道，這是過去6500萬年來所發(fā)生的最重要的地質(zhì)事件之一。它對(duì)世界的海洋、氣候和生物有著重要影響，也許人類的進(jìn)化也與此密切相關(guān)。

現(xiàn)在，古生物學(xué)家通過對(duì)這條運(yùn)河的仔細(xì)發(fā)掘找到一些證據(jù)，將戲劇性地改變我們對(duì)大陸碰撞的理解。如果這些證據(jù)得到證實(shí)，它將不只是使地質(zhì)學(xué)家感到不安，甚至?xí)淖兾覀儗?duì)促使世界氣候變化的原因的理解，并且對(duì)全球變暖及其后果的預(yù)測，也有著極其重要的意義。

20世紀(jì)80年代，巴拿馬市熱帶研究所的地質(zhì)學(xué)家托尼·科茨，將有關(guān)巴拿馬出現(xiàn)的正統(tǒng)解釋拼湊起來：它始于一系列火山噴發(fā)，在一個(gè)叫做加勒比板塊的小地殼構(gòu)造板塊上，形成中美洲海道西南面的一個(gè)群島。由于板塊向東北方向漂移，這個(gè)群島便進(jìn)入海道，部分地填補(bǔ)了這一空隙，這是在大約400萬年前。

到了300萬年前，隨著接連不斷的構(gòu)造隆升和沉積物的堆積，兩個(gè)大洲被一個(gè)大陸橋連接起來。這個(gè)大陸橋就是我們今天所稱的巴拿馬——它改變了世界。

中美洲海道的這次封閉，將大西洋和太平洋分割開來，完全改變了海洋環(huán)流模式。由于海道封閉，這兩大洋的海水再也不能混合，它們的鹽度開始有了差別。從大西洋蒸發(fā)的海水被信風(fēng)帶到西面，變?yōu)橛晁淙胩窖?，使得大西洋的海水較咸，而太平洋的海水較淡?！@種鹽度梯度調(diào)動(dòng)了巨大的海洋循環(huán)，驅(qū)動(dòng)著現(xiàn)代地球的氣候系統(tǒng)。

同時(shí)，過去流經(jīng)這個(gè)地峽的溫暖的大西洋洋流，改道向偏北方向流動(dòng)，形成了墨西哥灣流。這被認(rèn)為是對(duì)世界的顛覆，形成了現(xiàn)代冰河期——直接導(dǎo)致北極區(qū)冰蓋的形成。這個(gè)變化還“重置”了降雨模式，形成了非洲大草原。而正是非洲大草原，吸引我們的祖先從樹上來到地面。

從局部來看，這是一個(gè)瘋狂的時(shí)代。只在南美洲進(jìn)化成的奇妙而怪異的生物，如樹懶、有袋類動(dòng)物、食蟻獸和犰狳，竟會(huì)分布在北美洲！同時(shí)，北美洲的動(dòng)物，豬、狗、劍齒虎、駱駝科動(dòng)物、馬和大象，卻到了南美洲！它們的遷徙更為成功！大量南美洲動(dòng)物群已經(jīng)絕跡，而在前往巴塔哥尼亞（南美洲一地區(qū)）的沿途，仍可找到北美洲原產(chǎn)地的動(dòng)物。

探尋生命

每一種經(jīng)歷橫貫大陸的大遷徙的陸生動(dòng)物，都必須分批穿越一條僅80千米寬的地峽，這使得巴拿馬成了古生物學(xué)家的夢幻天堂，而眼下正是發(fā)掘它的最佳時(shí)機(jī)。因?yàn)榘湍民R運(yùn)河管理局在運(yùn)河中段有一個(gè)拓寬計(jì)劃，而富含化石的新沉積物將重見天日，研究人員很可能首次發(fā)掘出比已確定的300萬年的碰撞年代更為久遠(yuǎn)的遺址，并一直深入到火山巖基巖。

現(xiàn)在，時(shí)間已經(jīng)非常緊迫。研究者只剩下1年時(shí)間，運(yùn)河水就將永遠(yuǎn)淹沒遠(yuǎn)古的秘密。

哥倫比亞科學(xué)家卡洛斯·賈拉米洛憋足了勁，要充分利用這個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì)，深入研究中美洲的過去。在過去幾年里，他和他的研究小組已小有成就。在已有證據(jù)的基礎(chǔ)上他們推斷，美洲兩塊大陸的碰撞不是發(fā)生在300萬年前，而是發(fā)生在北極區(qū)冰蓋形成之前的2200萬—1900萬年。

鑒于這種說法尚不完善，因此還有爭議?？拼恼f：

“賈拉米洛將把他的旗幟插到極地，有些人會(huì)贊同，有些人會(huì)否定。如果他是對(duì)的，這確實(shí)是一個(gè)引人入勝的發(fā)現(xiàn)，不過，它將掀起軒然大波?！?/p>

首先，賈拉米洛得面對(duì)幾條證據(jù)線，而這幾條證據(jù)線指向正統(tǒng)的觀點(diǎn)：大約300萬年前，地峽就已封閉。也就是說，從那時(shí)、而不是之前的北美化石中，可以看到樹懶的骨頭和糞便。加勒比海出土的化石證據(jù)指向了同樣的年代。

這段地峽封閉所造成的影響之一，是從美洲沿太平洋海岸寒冷而富含營養(yǎng)的深水中產(chǎn)生巨大的上升流，將大西洋切下來，從而造成了溫暖、清澈而貧瘠的加勒比海。差不多同時(shí)，由于偏愛清澈、溫暖的海水的物種增加，而喜歡富含營養(yǎng)物的海水的物種減少，珊瑚多樣性也改變了。

但海洋古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，300萬年前的加勒比海卻不是這樣，在經(jīng)歷過一次大碰撞之后，那兒呈現(xiàn)出生物多樣性?！皩?duì)于一個(gè)熱帶海洋來說，加勒比海現(xiàn)在的生物多樣性顯然太差了。地峽形成前的珊瑚種類是現(xiàn)在的2倍?！焙Ｑ蠊艢夂?qū)W家亞倫說，“我想，我們所看到的正是大滅絕的影響?！?/p>

也許，對(duì)于正統(tǒng)觀點(diǎn)所認(rèn)定的日期來說，最引人注目的證據(jù)來自大約300萬年前北極區(qū)的冰川作用。人們普遍認(rèn)為，冰川作用是由墨西哥灣流的出現(xiàn)引發(fā)的。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，向北涌來的溫暖海水可能導(dǎo)致北極冰蓋的形成，這似乎是違反直覺的，但邏輯卻十分清晰。墨西哥灣流給出了冰蓋形成所缺少的另一個(gè)因素：水分。溫暖的海水蒸發(fā)，然后以雨或雪的形式降落，要么直接落入北冰洋，要么間接通過西伯利亞的大江大河稀釋了海水，以比較溫和的溫度形成了冰。冰蓋一經(jīng)形成，便將熱量反射到大氣層里，使極帶進(jìn)一步冷卻下來。

這就是那個(gè)公認(rèn)的理論。但如果賈拉米洛是對(duì)的，那么，極區(qū)的凍結(jié)就可能與墨西哥灣流沒有關(guān)聯(lián)了，而我們也不得不另外找尋一個(gè)有關(guān)冰蓋形成的全新的故事版本。這將提出一個(gè)有關(guān)未來以及過去的重要問題：格陵蘭島冰川融化的洋流將影響墨西哥灣流（反之亦然，更不用說）也變得可預(yù)測了。

這種如果和也許的前提是，賈拉米洛是正確的。那么，證據(jù)在哪里呢？“托尼·科茨進(jìn)行他的研究時(shí)，還沒有機(jī)會(huì)看到這些奇異的遺址，而且也沒有我們今天所擁有的技術(shù)。實(shí)際上，他是白手起家的?！辟Z拉米洛說，“托尼只能看見火山巖基巖頂部的沉積物，并根據(jù)那兒發(fā)現(xiàn)的遺跡確定它們的年代。但現(xiàn)在，我們能看見火山巖基巖本身?！?/p>

利用一種叫做熱年代學(xué)的工具，賈拉米洛的同事、地質(zhì)學(xué)家卡米洛·蒙特斯，已能確定由加勒比板塊（承載著初始階段的巴拿馬）和南美洲板塊之間的碰撞所形成的主要抬升的年代。蒙特斯說，在2200萬—2500萬年前，從我們的運(yùn)河現(xiàn)場到哥倫比亞的每一個(gè)地方，都可以看見這種信號(hào)。

上升的巖漿

這種技術(shù)基于一個(gè)事實(shí)，那就是：火山巖是由上升的巖漿形成的。巖漿從一個(gè)腔體中涌出，然后冷卻形成晶體，最后破裂。只要你知道一種特殊的晶體（比如鋯石）破裂的溫度，就可以利用這些破裂來計(jì)算出，它是在多少年前被一次火山噴發(fā)或大陸碰撞抬升的。

另一項(xiàng)新技術(shù)，也被應(yīng)用到極為接近2000萬年前的巴拿馬和南美洲的研究中。如今，檢測沉積物可確定和追溯到它們腐蝕山脈的年代，這些沉積物有時(shí)分布幾百千米寬。利用這種“起源”技術(shù)（通過測量如鈾和鉛這樣的元素比值），研究小組檢測了在哥倫比亞加勒比海沿岸的卡塔赫納附近發(fā)現(xiàn)的2000萬年前的沉積物，并找到了它們的根源。賈拉米洛認(rèn)為，這顯然來自2000萬年前巴拿馬一座被風(fēng)化的山脈。如果巴拿馬巖石太緊湊，不到150千米寬的話，這些沉積物就只能到達(dá)卡塔赫納。

也許早期碰撞最具說服力的證據(jù)，要數(shù)從運(yùn)河發(fā)掘出的明顯是2200萬年前的南美洲動(dòng)植物殘骸了。賈拉米洛說：“我們發(fā)現(xiàn)了許多動(dòng)物，包括澳洲淡水鱷、河龜和蛇。我們還在清理大量的沉積物，尋找微小的骨頭、種子和果實(shí)，簡直就是披沙揀金?！?/p>

但即使賈拉米洛是對(duì)的，巴拿馬在大約2000萬年前確曾撞擊過南美洲，也不一定就意味著那時(shí)的中美洲海道是封閉的。關(guān)鍵問題是，南美洲在碰撞時(shí)的位置。那時(shí)，巴拿馬已經(jīng)與之相連呢，還是僅僅是一系列的島嶼？如果是后者，那么這次碰撞就沒有封閉這條地峽。

賈拉米洛再次在巴拿馬運(yùn)河現(xiàn)場找到了他的答案：在2200萬—2300萬年前已變成化石的殘骸，顯示出一個(gè)包含大型哺乳動(dòng)物的成熟森林。賈拉米洛說：“我們發(fā)現(xiàn)了從馬到駱駝到熊的一切，還有大樹干。他堅(jiān)持認(rèn)為，在大碰撞時(shí)，巴拿馬已經(jīng)與北美洲連到一起了。他認(rèn)為，如果它是一個(gè)島，我們就應(yīng)該能夠見到不同于大陸的動(dòng)物，但事實(shí)上，它們?nèi)潜泵乐奁渌貐^(qū)都有的典型的動(dòng)物群。

現(xiàn)在賈拉米洛相信，歐洲大陸的封閉早在普遍認(rèn)為的年代（300萬年以前）之前很久就發(fā)生了。不過他承認(rèn)，很可能兩大板塊碰撞后又用了1500萬年，才形成一個(gè)完整的大陸橋。這也可能就是他看見鱷魚和烏龜，而沒有看見其他大型動(dòng)物的原因：這一灣淺淺的海峽很可能阻隔了這些大型動(dòng)物渡過這個(gè)分水嶺。

叢林區(qū)

賈拉米洛還坦言，他沒有找到約2000萬年前北美洲動(dòng)物南移的證據(jù)。但他同時(shí)指出，這可能是因?yàn)樵谀厦乐逕釒У貐^(qū)還沒有有關(guān)那個(gè)年代的可發(fā)掘的遺址。他說：“我們才剛剛開始發(fā)掘哥倫比亞板塊碰撞帶，不過我們得首先清除叢林，更不用說在哥倫比亞革命武裝力量游擊隊(duì)的控制N-r作所冒的風(fēng)險(xiǎn)了?！?/p>

關(guān)于兩三百萬年前加勒比海珊瑚的滅絕，賈拉米洛認(rèn)為，一直都有許多珊瑚滅絕，包括2200萬年前發(fā)生的滅絕。這也許與地峽的形成有關(guān)。他援引最近取得的證據(jù)說，300萬年前的滅絕可能是由海洋化學(xué)改變引起的，與海道的封閉無關(guān)。

對(duì)賈拉米洛早期理論進(jìn)一步的支持證據(jù)，可能在晚些時(shí)候就能得到。在遠(yuǎn)離新澤西州的海岸，一項(xiàng)國際海洋鉆探計(jì)劃剛剛啟動(dòng)。這一計(jì)劃將提取海床下3000米深處的巖芯樣本，以探明4000萬年前的洋流。賈拉米洛已請求氣象科學(xué)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的研究人員，模擬當(dāng)中美洲海道變得較狹窄及較淺時(shí)海洋環(huán)流流過的情形，看看墨西哥灣流可能在何時(shí)出現(xiàn)。

也許賈拉米洛最感棘手的問題是，該如何解釋北極區(qū)是怎樣獨(dú)立于墨西哥灣流之外結(jié)冰的。他猜想，也許別處的板塊構(gòu)造，或是二氧化碳的減少使得北極區(qū)變得更冷？另一種可能性是，大約300萬年前地軸的傾斜度輕微的改變，使照射到北半球的陽光減少。

對(duì)正統(tǒng)觀點(diǎn)的挑戰(zhàn)，賈拉米洛并不孤立，這可能使他受到鼓舞。瑞士聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院的氣候?qū)W家杰拉爾德·豪格，也認(rèn)為歐洲大陸的碰撞應(yīng)該在更早的年代。他肯定地說，有證據(jù)證明，2000萬年前早期的墨西哥灣流遠(yuǎn)比今天要弱得多。他說，盡管如此，他仍有無可辯駁的證據(jù)（直到450萬年前，大西洋的鹽度與太平洋的鹽度并無差別）證明，那時(shí)的中美洲海道仍保持了部分貫通。直到那時(shí)，淺淺的海峽還為兩大洋提供著充分的交流。而正是這種鹽度的不平衡，驅(qū)動(dòng)著我們今天所看到的強(qiáng)大的墨西哥灣流。

在冰川作用問題上，豪格的所持另一種觀點(diǎn)更讓人困惑。他認(rèn)為，在導(dǎo)致北極大凍結(jié)的諸因素中，墨西哥灣流并未起任何作用，事實(shí)上，它起了反作用?！拔曳Q之為巴拿馬悖論，”他說，“地球冷卻了千年，在大約450萬年前達(dá)到凍結(jié)成冰的臨界條件。但那時(shí)巴拿馬封閉引發(fā)的強(qiáng)大的墨西哥灣流，使這一地區(qū)變暖，致使冰期延遲到270萬年前?！?/p>

到底誰是對(duì)的呢？是巴拿馬的出現(xiàn)誘發(fā)了北極區(qū)的冰川作用，還是延遲了冰川作用？或者沒有作用？當(dāng)我們試圖模擬氣候變化的結(jié)果時(shí)，答案便顯得尤為重要。曾改變了世界的這道地快，始終是科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

（張小寧 插圖）