图上的菲奥德兰公园，连同新西兰的地质奇境，都只是神秘的第八大洲西兰洲的一部分。新西兰东海岸下方封存的古超大陆碎片，或将帮助科学家破译西兰洲繁杂的过往。图源：WESTEND61 GMBH, ALAMY STOCK PHOTO
科学家发现的碎片，可追溯到13亿年前，有助于科学家追寻神秘的“失落大陆”西兰洲的历史。
撰文：MAYA WEI-HAAS
2018年夏，当美国加利福尼亚州的热浪翻腾时，Rose Turnbull坐在一间没有窗户的地下室里整理着细沙。作为一名常驻新西兰的地质学者，她当时正在加州州立大学一位同事的实验室里努力寻找着锆石的微小晶体。她希望这种晶体能解开世界第八大洲西兰洲（Zealandia）的奥秘。
这项工作需要熟练的双手外加辛苦的付出。Turnbull在网络直播软件上展示时，把镊子举到鼻子外面蘸了一点点油，防止沙粒在取出时在房间里乱跳。
这些晶体来自从新西兰的岛屿上采集的岩石，在西兰洲近520万平方公里的海面上，新西兰是为数不多凸出海面的几个岛屿之一。西兰洲直到最近才被科学家们承认，是迄今为止发现的最薄、最年轻、被水淹没最多的大陆。Turnbull在新西兰地质学与核科学研究所（GNS Science）工作，与其同事试图探究更多关于这一非凡大陆形成过程的信息。
他们的发现让他们自己都很惊讶：在新西兰的南岛和斯图尔特岛的东侧下隐藏着一块十亿年历史的超大陆。这一发现表明，西兰洲可能不像以前认为的那样年轻，这可能巩固其大陆地位。
研究论文的作者、美国佛蒙特大学结构地质学专家Keith Klepeis说：“大陆有点儿像是冰山，你在表面看到的东西远非这头巨兽的全貌。”
这一发现近日发表在《地质学》期刊，或将有助于破解科学家们困惑已久的谜题。多数大陆都包含一个名为古陆核的岩石核心。这一核心起码有十亿年历史，作用相当于建造大陆的稳定地基。然而，直至现在，西兰洲已发现的最古老的大陆地壳也只有约5亿年历史，在地质尺度上相对年轻。因此，如果西兰洲确实是一个大陆，那么为什么它的古陆核似乎丢失了呢？
此次新发现的古岩石碎片，可能就是西兰洲丢失的碎片的一部分。Turnbull说，这一发现“一锤定音，我们就正坐在一块大陆上。”
该论文的作者、加州州立大学专攻花岗岩的地质专家Joshua Schwartz认为，这项工作还为西兰洲或任何大陆地壳的形成过程提供了线索。
他说：“地球最外面的一层被我们称作地壳，所有的生命活动都存在于这薄薄的一层里。”我们在大陆地壳上生活、种庄稼、抽水、采矿等等。“本质上来说，我们所有的生命都建立在地壳之上。”
寻找失落的大陆
几十年来，科学家一直在寻找西兰洲的踪迹，但要将它确切定义为大陆却困难重重。Schwartz说：“地质学的小秘密在于，对于大陆并没有真正的硬性定义。”
其中一个主要界定要素是岩石的成分。新西兰周围的海床，并非由多数海洋地壳里的镁铁矿岩石构成。相反，那里的岩石都是富含二氧化硅的类型，如花岗岩，这些岩石更常见于大陆地壳。这些岩石覆盖了一大片区域，与周围更典型的海洋地壳相比，它们也明显更厚、更隆起。
2017年，新西兰地质学与核科学研究所Nick Mortimer带领的一个科学家团队勾画出了西兰洲的范围，并提出了更多令人信服的理由，将西兰洲称为一个大陆。然而，他和他的团队并未提到一个怪异的地方：西兰洲缺少明显的古陆核。
“这很怪异。”Klepeis说道。大陆地壳比起海洋地壳更容易浮起，因此，它趋向于抵制将地表岩石收回地幔的过程。这些岩石的稳定古陆核，为大陆随着时间而生长提供了基础，板块构造运动缓慢推进，将弧形列岛和其他陆块沿着板块的边缘堆积起来。
打个比方，正在新墨西哥州度假的Schwartz介绍说，“我目前位于怀俄明古陆核以南。”这片区域的岩石，有些能追溯到30多亿年前，是构成北美洲稳定内部的几个古陆核之一。然而，Schwartz脚下的圣达非市的岩石，则是最近一系列岛屿与古海岸相撞后才与整个大陆相连的。
直到如今，似乎西兰洲最古老的地壳是在大约5亿年前开始成形的，那时的西兰洲还是超大陆冈瓦那大陆的边缘。西兰洲有更古老岩石的痕迹，包括27亿年历史的地幔碎片，但更古老的地壳却一直难觅踪迹。
这篇新论文集中研究了采自新西兰南岛和斯图尔特岛的169个样品。一些样品是Turnbull和她的团队在多次前往该地区时收集到的，还有一些来自新西兰的岩石目录。因此，这些收集地点遍布了所有南部岛屿。
回到实验室后，他们碾碎了岩石，根据密度和磁性将沙粒分类，直到剩下的都是以锆石晶体为主的细沙。之后，Turnbull挑选出几千颗锆石晶体，将其转移到显微镜载玻片上，然后用环氧树脂覆盖并抛光，最后进行化学分析。
“那是一个全身心投入的过程。” Turnbull说道。
晶体中的故事
随着数据出现，一段预料之外的故事徐徐展开。研究人员利用一种方法，不仅模拟了锆石的年龄，还模拟了熔化形成锆石的母岩的年龄。他们所记录下的年龄数据显示，在这两个南部岛屿的东部边缘有一大片锆石，它们来自可追溯到13亿年前的地下岩石。
那时，全世界所有的陆块都缓慢地朝着碰撞的方向前进，最终形成了名为罗迪尼亚的超大陆。研究团队认为，这次全球大碰撞和后来的分裂很可能产生了一窝一窝的岩浆，而这些岩浆成了现在埋藏在新西兰地下深处的非常古老的岩石板，西兰洲后来就是在这块古陆核碎片上建立起来的。
锆石上似乎也有初期的西兰洲最终从母超大陆分离的痕迹。
这是因为这种晶体中含有少量的氧同位素O-18。研究团队发现，这种化学指纹在镶嵌在花岗岩中的锆石中很少见。美国史密森国家自然历史博物馆专门研究岩浆迭代的地质化学专家Juliana Troch称，要形成这种岩石，“必须要集齐大量不同的东西”。
最关键的要素就是热量，它能帮助把渗透水中的O-18在周围的岩石上留下印记。据该研究团队称，罗迪尼亚超大陆下面灼热的地幔喷流可能削弱了部分地壳，导致它在7.5亿年前解体，在锆石的母岩上留下了O-18的印记。
锆石晶体本身，以及包裹它们的岩石，直至5亿年到10亿年之前才形成，当时的火山喷发融化了这些隐藏的部分罗迪尼亚超大陆地壳。岩浆缓慢地上升，结晶成镶嵌着锆石的花岗岩。地质构造变动最终将这些小小的“时空胶囊”带到了地面，让Turnbull和她的团队意外地捡到。
Turnbull说：“这是科学中的经典事件。我们所发现的东西，并不一定是我们当初想要发现的。”
一块新生的大陆
有趣的是，尽管此次发现表明西兰洲地壳比之前想的古老得多，但与其他大陆相比，它仍然相当年轻。如今，所有的几个大陆，如非洲、欧洲、亚洲、澳洲、北美洲、南美洲和南极洲的岩石都已有30亿年以上的历史。Schwartz解释说，目前还没有明确的年龄界限来定义大陆和古陆核，但它们通常都有漫长的历史，说明了这些地貌的预期持久力。
或许西兰洲只是一个年轻的大陆。Schwartz说：“你所看到的是围绕中央罗迪尼亚超大陆碎片的大陆创造过程，就像是一个古陆核的诞生。”
然而，要把西兰洲大陆起源弄清，还需要做更多工作。澳大利亚詹姆斯库克大学的地质化学专家Alex McCoy-West认为，这项研究的结论来自于地下的痕迹，而他们手中并没有罗迪尼亚超大陆碎片，所以尽管该团队发现了稀奇的化学物质，但其步骤仍有一些不确定性。
他说：“如果我们确实找到了真正的证据，那就太了不起了！”
不过，地球大陆周期性地拼合成超大陆，然后又撕裂开，仿佛在跳华尔兹，这项工作有望帮助科学家更好地理解这一过程。
澳大利亚昆士兰大学的地质学家Jack Mulder说：“该研究强调，即使在非常非常年轻的岩石中也仍然可能发现非常古老的碎片。”（他并未参与本研究。）
Turnbull补充说，在西兰洲的地界内需要寻找的还有更多。“这会让我们热衷于不断出去探索。”
（译者：高召锋）
