科技日报记者 操秀英
中外科学家首次从深部探测视角发现众多被埋藏的“失落大陆”——“冈瓦纳”大陆的碎片，重建了“大冈瓦纳”超大陆，为解码5亿年前地球系统巨变之谜提供了钥匙。该研究成果近日发表在《科学进展》（Science Advances）上。
在地球演化史上，埃迪卡拉纪–寒武纪过渡期（约5.5—5.0亿年）堪称最扑朔迷离的重大转折期。这一时期，地球经历跨圈层剧烈动荡：地幔动力学发生转变，海平面与大气成分大幅波动，海水化学性质反复震荡，后生动物门类集中出现，拉开“寒武纪生命大爆发”的序幕。
科学界普遍认为，全球性地球系统巨变多由超大陆聚合、裂解的“旋回”驱动。按经典定义，超大陆须覆盖现存大陆地壳至少75%的面积，盘古、罗迪尼亚均符合标准，但这两个超大陆存在时间却不是5亿年前。而同期最可能的候选者冈瓦纳大陆，传统重建面积仅占约64%，始终被挡在“超大陆俱乐部”门外。没有公认的超大陆，就难以用超大陆旋回解释埃迪卡拉纪–寒武纪过渡期的全球极端扰动，这一难题久攻不克。
中国地质科学院地质研究所研究员王涛等中外科学家团队用深部物质探测技术打开了新局面。该团队长期研究中亚造山带和青藏高原深部物质组成，近年来，依托“深时数字地球”国际大科学计划（DDE, Deep-time Digital Earth），建立了全球岩浆岩数据库和研究平台，特别是具有经纬度的同位素数据库。他们与之江实验室合作，研发智能化技术，提取老文本中的样品经纬度，突破了老数据缺失空间坐标的瓶颈。本次研究就是基于覆盖亚洲、中欧、北美、澳洲等的25346条高质量全岩钕同位素数据库。
“我们使用了特殊的技术来获取老文本中的坐标和位置，将研究从亚洲扩展到了全球。” 王涛说。论文合作者、澳大利亚科廷大学教授威廉・柯林斯将钐-钕同位素比作失落大陆的“指纹”：“它们就像一台时光机，即使岩石所在的山脉只有 2000 万年历史，也能帮我们识别5亿年前的古老地块。”
同位素填图结果出人意料：欧亚、北美和澳洲年轻的造山带深部，埋藏着大量前寒武纪古老地壳碎片——它们正是冈瓦纳大陆解体后漂移、增生并被掩埋的 “失落碎片”。将这些碎片 “拼回” 后，冈瓦纳面积跃升至全球大陆地壳的80%，跨过75%的超大陆门槛，可与盘古、罗迪尼亚两个公认的超大陆比肩。
“我们将其命名为‘大冈瓦纳’（Greater Gondwana），确认其为名副其实的超大陆。”王涛说，更重要的是，这一超大陆的聚合与裂解峰值恰好与5亿年前全球多圈层联动巨变的时间吻合，进一步印证了其作为驱动力的角色。
“大冈瓦纳”的确立，为破解地球巨变提供了完整的动力学链条。超大陆聚合催生了横跨地球周长79%的“俯冲环带”，柯林斯将其类比为远古版环太平洋“火环”：“大量火山气体，特别是水和二氧化碳，对气候变化和生物多样性都绝对至关重要。” 火山活动释放的温室气体改变大气—海洋碳循环，大陆隆升侵蚀又将磷、铁等营养输入海洋，共同为寒武纪生命大爆发创造了条件。
研究同时提示，判定超大陆不应只看面积，更要考量其驱动全球环境—生物联动的能力。有意思的是，此次发现是“意外”惊喜：团队原本在建设数据库、研究亚洲复杂大陆深部物质组成，却拼出“大冈瓦纳”超大陆。这种长期积累中的“意想不到”，往往正是原始创新的来源。对于后续研究，王涛表示：“如果我们扩大数据库，也许会得到意想不到的新发现和结果。”
该研究应用智能化技术和高质量数据集，给地球深部做物质检测“CT”，发现埋藏的、失散的大陆碎片，创建“大冈瓦纳”超大陆，提供了深部地幔动力学、板块运动、海洋—大气化学演化与生命爆发相互关联的完整因果链，为深时地球系统演化研究提供了全新范式。
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