北美洲与南美洲的碰撞,戏剧性地改变了地球的气候。这个变化很可能早于我们的想象。
有些事给人留下难忘的印象,甚至还有一点儿怪异。比如,看着一艘集装箱运货船滑过一座山脉就是这样。不过此刻,就在巴拿马,这却是平常景象。每年大约有15000艘船只行驶在这条著名的运河上,这条运河切断了一条曾改变世界的地峡。
巴拿马运河的建设者花了10年以上的时间,炸开横跨中美洲的通道,他们的努力是值得的。1914年,运河开通之前,往返于大西洋和太平洋的船只难以避开好望角附近的危险航线。正是这条运河,将航程缩短了一半,拯救了无数的生命,并且有助于建立支持现代世界的全球贸易系统。
而在几百万年前,就在这同一个地区,发生了一件更具久远意义的事件。这次的事件,是由于一条航道的封闭而不是开通造成的。
2000万年前,这个世界完全是另一番模样。虽然板块构造论曾把欧洲大陆安排得几乎和现在完全一样,但有一个至关重要的区别是:北美洲和南美洲被一条深海水道——中美洲海道——所分离。
被我们称为巴拿马的大陆桥封闭了这条海道,这是过去6500万年来所发生的最重要的地质事件之一。它对世界的海洋、气候和生物有着重要影响,也许人类的进化也与此密切相关。
现在,古生物学家通过对这条运河的仔细发掘找到一些证据,将戏剧性地改变我们对大陆碰撞的理解。如果这些证据得到证实,它将不只是使地质学家感到不安,甚至会改变我们对促使世界气候变化的原因的理解,并且对全球变暖及其后果的预测,也有着极其重要的意义。
20世纪80年代,巴拿马市热带研究所的地质学家托尼·科茨,将有关巴拿马出现的正统解释拼凑起来:它始于一系列火山喷发,在一个叫做加勒比板块的小地壳构造板块上,形成中美洲海道西南面的一个群岛。由于板块向东北方向漂移,这个群岛便进入海道,部分地填补了这一空隙,这是在大约400万年前。
到了300万年前,随着接连不断的构造隆升和沉积物的堆积,两个大洲被一个大陆桥连接起来。这个大陆桥就是我们今天所称的巴拿马——它改变了世界。
中美洲海道的这次封闭,将大西洋和太平洋分割开来,完全改变了海洋环流模式。由于海道封闭,这两大洋的海水再也不能混合,它们的盐度开始有了差别。从大西洋蒸发的海水被信风带到西面,变为雨水落入太平洋,使得大西洋的海水较咸,而太平洋的海水较淡。’这种盐度梯度调动了巨大的海洋循环,驱动着现代地球的气候系统。
同时,过去流经这个地峡的温暖的大西洋洋流,改道向偏北方向流动,形成了墨西哥湾流。这被认为是对世界的颠覆,形成了现代冰河期——直接导致北极区冰盖的形成。这个变化还“重置”了降雨模式,形成了非洲大草原。而正是非洲大草原,吸引我们的祖先从树上来到地面。
从局部来看,这是一个疯狂的时代。只在南美洲进化成的奇妙而怪异的生物,如树懒、有袋类动物、食蚁兽和犰狳,竟会分布在北美洲!同时,北美洲的动物,猪、狗、剑齿虎、骆驼科动物、马和大象,却到了南美洲!它们的迁徙更为成功!大量南美洲动物群已经绝迹,而在前往巴塔哥尼亚(南美洲一地区)的沿途,仍可找到北美洲原产地的动物。
探寻生命
每一种经历横贯大陆的大迁徙的陆生动物,都必须分批穿越一条仅80千米宽的地峡,这使得巴拿马成了古生物学家的梦幻天堂,而眼下正是发掘它的最佳时机。因为巴拿马运河管理局在运河中段有一个拓宽计划,而富含化石的新沉积物将重见天日,研究人员很可能首次发掘出比已确定的300万年的碰撞年代更为久远的遗址,并一直深入到火山岩基岩。
现在,时间已经非常紧迫。研究者只剩下1年时间,运河水就将永远淹没远古的秘密。
哥伦比亚科学家卡洛斯·贾拉米洛憋足了劲,要充分利用这个千载难逢的机会,深入研究中美洲的过去。在过去几年里,他和他的研究小组已小有成就。在已有证据的基础上他们推断,美洲两块大陆的碰撞不是发生在300万年前,而是发生在北极区冰盖形成之前的2200万—1900万年。
鉴于这种说法尚不完善,因此还有争议。科茨说:
“贾拉米洛将把他的旗帜插到极地,有些人会赞同,有些人会否定。如果他是对的,这确实是一个引人入胜的发现,不过,它将掀起轩然大波。”
首先,贾拉米洛得面对几条证据线,而这几条证据线指向正统的观点:大约300万年前,地峡就已封闭。也就是说,从那时、而不是之前的北美化石中,可以看到树懒的骨头和粪便。加勒比海出土的化石证据指向了同样的年代。
这段地峡封闭所造成的影响之一,是从美洲沿太平洋海岸寒冷而富含营养的深水中产生巨大的上升流,将大西洋切下来,从而造成了温暖、清澈而贫瘠的加勒比海。差不多同时,由于偏爱清澈、温暖的海水的物种增加,而喜欢富含营养物的海水的物种减少,珊瑚多样性也改变了。
但海洋古生物学家发现,300万年前的加勒比海却不是这样,在经历过一次大碰撞之后,那儿呈现出生物多样性。“对于一个热带海洋来说,加勒比海现在的生物多样性显然太差了。地峡形成前的珊瑚种类是现在的2倍。”海洋古气候学家亚伦说,“我想,我们所看到的正是大灭绝的影响。”
也许,对于正统观点所认定的日期来说,最引人注目的证据来自大约300万年前北极区的冰川作用。人们普遍认为,冰川作用是由墨西哥湾流的出现引发的。这种观点认为,向北涌来的温暖海水可能导致北极冰盖的形成,这似乎是违反直觉的,但逻辑却十分清晰。墨西哥湾流给出了冰盖形成所缺少的另一个因素:水分。温暖的海水蒸发,然后以雨或雪的形式降落,要么直接落入北冰洋,要么间接通过西伯利亚的大江大河稀释了海水,以比较温和的温度形成了冰。冰盖一经形成,便将热量反射到大气层里,使极带进一步冷却下来。
这就是那个公认的理论。但如果贾拉米洛是对的,那么,极区的冻结就可能与墨西哥湾流没有关联了,而我们也不得不另外找寻一个有关冰盖形成的全新的故事版本。这将提出一个有关未来以及过去的重要问题:格陵兰岛冰川融化的洋流将影响墨西哥湾流(反之亦然,更不用说)也变得可预测了。
这种如果和也许的前提是,贾拉米洛是正确的。那么,证据在哪里呢?“托尼·科茨进行他的研究时,还没有机会看到这些奇异的遗址,而且也没有我们今天所拥有的技术。实际上,他是白手起家的。”贾拉米洛说,“托尼只能看见火山岩基岩顶部的沉积物,并根据那儿发现的遗迹确定它们的年代。但现在,我们能看见火山岩基岩本身。”
利用一种叫做热年代学的工具,贾拉米洛的同事、地质学家卡米洛·蒙特斯,已能确定由加勒比板块(承载着初始阶段的巴拿马)和南美洲板块之间的碰撞所形成的主要抬升的年代。蒙特斯说,在2200万—2500万年前,从我们的运河现场到哥伦比亚的每一个地方,都可以看见这种信号。
上升的岩浆
这种技术基于一个事实,那就是:火山岩是由上升的岩浆形成的。岩浆从一个腔体中涌出,然后冷却形成晶体,最后破裂。只要你知道一种特殊的晶体(比如锆石)破裂的温度,就可以利用这些破裂来计算出,它是在多少年前被一次火山喷发或大陆碰撞抬升的。
另一项新技术,也被应用到极为接近2000万年前的巴拿马和南美洲的研究中。如今,检测沉积物可确定和追溯到它们腐蚀山脉的年代,这些沉积物有时分布几百千米宽。利用这种“起源”技术(通过测量如铀和铅这样的元素比值),研究小组检测了在哥伦比亚加勒比海沿岸的卡塔赫纳附近发现的2000万年前的沉积物,并找到了它们的根源。贾拉米洛认为,这显然来自2000万年前巴拿马一座被风化的山脉。如果巴拿马岩石太紧凑,不到150千米宽的话,这些沉积物就只能到达卡塔赫纳。
也许早期碰撞最具说服力的证据,要数从运河发掘出的明显是2200万年前的南美洲动植物残骸了。贾拉米洛说:“我们发现了许多动物,包括澳洲淡水鳄、河龟和蛇。我们还在清理大量的沉积物,寻找微小的骨头、种子和果实,简直就是披沙拣金。”
但即使贾拉米洛是对的,巴拿马在大约2000万年前确曾撞击过南美洲,也不一定就意味着那时的中美洲海道是封闭的。关键问题是,南美洲在碰撞时的位置。那时,巴拿马已经与之相连呢,还是仅仅是一系列的岛屿?如果是后者,那么这次碰撞就没有封闭这条地峡。
贾拉米洛再次在巴拿马运河现场找到了他的答案:在2200万—2300万年前已变成化石的残骸,显示出一个包含大型哺乳动物的成熟森林。贾拉米洛说:“我们发现了从马到骆驼到熊的一切,还有大树干。他坚持认为,在大碰撞时,巴拿马已经与北美洲连到一起了。他认为,如果它是一个岛,我们就应该能够见到不同于大陆的动物,但事实上,它们全是北美洲其他地区都有的典型的动物群。
现在贾拉米洛相信,欧洲大陆的封闭早在普遍认为的年代(300万年以前)之前很久就发生了。不过他承认,很可能两大板块碰撞后又用了1500万年,才形成一个完整的大陆桥。这也可能就是他看见鳄鱼和乌龟,而没有看见其他大型动物的原因:这一湾浅浅的海峡很可能阻隔了这些大型动物渡过这个分水岭。
丛林区
贾拉米洛还坦言,他没有找到约2000万年前北美洲动物南移的证据。但他同时指出,这可能是因为在南美洲热带地区还没有有关那个年代的可发掘的遗址。他说:“我们才刚刚开始发掘哥伦比亚板块碰撞带,不过我们得首先清除丛林,更不用说在哥伦比亚革命武装力量游击队的控制N-r作所冒的风险了。”
关于两三百万年前加勒比海珊瑚的灭绝,贾拉米洛认为,一直都有许多珊瑚灭绝,包括2200万年前发生的灭绝。这也许与地峡的形成有关。他援引最近取得的证据说,300万年前的灭绝可能是由海洋化学改变引起的,与海道的封闭无关。
对贾拉米洛早期理论进一步的支持证据,可能在晚些时候就能得到。在远离新泽西州的海岸,一项国际海洋钻探计划刚刚启动。这一计划将提取海床下3000米深处的岩芯样本,以探明4000万年前的洋流。贾拉米洛已请求气象科学与环境实验室的研究人员,模拟当中美洲海道变得较狭窄及较浅时海洋环流流过的情形,看看墨西哥湾流可能在何时出现。
也许贾拉米洛最感棘手的问题是,该如何解释北极区是怎样独立于墨西哥湾流之外结冰的。他猜想,也许别处的板块构造,或是二氧化碳的减少使得北极区变得更冷?另一种可能性是,大约300万年前地轴的倾斜度轻微的改变,使照射到北半球的阳光减少。
对正统观点的挑战,贾拉米洛并不孤立,这可能使他受到鼓舞。瑞士联邦技术学院的气候学家杰拉尔德·豪格,也认为欧洲大陆的碰撞应该在更早的年代。他肯定地说,有证据证明,2000万年前早期的墨西哥湾流远比今天要弱得多。他说,尽管如此,他仍有无可辩驳的证据(直到450万年前,大西洋的盐度与太平洋的盐度并无差别)证明,那时的中美洲海道仍保持了部分贯通。直到那时,浅浅的海峡还为两大洋提供着充分的交流。而正是这种盐度的不平衡,驱动着我们今天所看到的强大的墨西哥湾流。
在冰川作用问题上,豪格的所持另一种观点更让人困惑。他认为,在导致北极大冻结的诸因素中,墨西哥湾流并未起任何作用,事实上,它起了反作用。“我称之为巴拿马悖论,”他说,“地球冷却了千年,在大约450万年前达到冻结成冰的临界条件。但那时巴拿马封闭引发的强大的墨西哥湾流,使这一地区变暖,致使冰期延迟到270万年前。”
到底谁是对的呢?是巴拿马的出现诱发了北极区的冰川作用,还是延迟了冰川作用?或者没有作用?当我们试图模拟气候变化的结果时,答案便显得尤为重要。曾改变了世界的这道地快,始终是科学家关注的焦点。
(张小宁 插图)