撰文/何其祥 許靖華

海底探索史話之海洋探索從源頭說起(下)

撰文/何其祥 許靖華

長期以來，人們簡單地認(rèn)為現(xiàn)代大洋的鹽分來自陸地巖石的風(fēng)化作用。按照這一模式，如果大洋的體積不再增加，大洋水的鹽度勢(shì)必隨著時(shí)間的推移而愈來愈高。

然而，大洋水體并非是鹽的簡單積聚場(chǎng)所。在水和某些鹽類向大氣圈蒸發(fā)的同時(shí)，某些鹽類也必然以礦物的形式從水體中析出，轉(zhuǎn)移到巖石圈中；或是被生物吸收，轉(zhuǎn)移出水圈?！?/p>

洋盆形成的歷史梗概只是海洋起源問題的一個(gè)方面。

在地質(zhì)歷史上，大洋與大陸出現(xiàn)過多次的分合。海底擴(kuò)張、大陸漂移、板塊運(yùn)動(dòng)究竟始于何時(shí)，地學(xué)界迄今尚無共識(shí)。由于缺少未變質(zhì)的地質(zhì)記錄，對(duì)于7億年前海洋的演化，尚難勾畫出一個(gè)清晰的輪廓?，F(xiàn)在掌握的沉積記錄表明，板塊運(yùn)動(dòng)至少在7億年前的元古代就已經(jīng)開始了。有人說也許還可以再有20多億年的壽命。

大約7億年前的元古代末期，地球上只有一個(gè)超級(jí)大洋和一個(gè)超級(jí)大陸。這個(gè)超級(jí)古陸也稱為羅迪尼亞大陸，是由以前分處各地的幾個(gè)大陸拼接而成的，泛非-貝加爾構(gòu)造線便是它們的一條構(gòu)造縫合線。距今 5.7億年的寒武紀(jì)，地球上出現(xiàn)了4個(gè)大洋和4個(gè)大陸。4個(gè)大洋分別是古海西寧海、古加里東海、古烏拉爾海和古特提斯海；4個(gè)大陸分別是北美洲、歐洲、亞洲和岡瓦納古陸。那個(gè)超級(jí)大洋還沒有消失，它可能就是太平洋的前身。

距今3.7億年左右的泥盆紀(jì)古歐洲與古北美洲板塊碰撞，合并成歐美大陸，古加里東海消亡，形成加里東山脈。距今3億年的晚石炭紀(jì)，歐美大陸沿海西寧構(gòu)造帶與岡瓦納古陸拼接，古海西寧海消亡。約在2.25億年前的二疊紀(jì)，亞洲沿烏拉爾構(gòu)造帶與歐洲大陸合并，重新組成歐亞大陸，古烏拉爾海消亡。古特提斯洋呈三角形楔入古陸之中，逐步演化成特提斯海。這時(shí)作為太平洋前身的超級(jí)大洋依然存在。

距今大約1.9億年的侏羅紀(jì)早期，沿著墨西哥灣到直布羅陀一線又發(fā)生張裂。承襲泛古洋的太平洋分出一支切入墨西哥灣，稱為太平洋海。它與由東向西延伸過來的特提斯海連在一起，把一個(gè)超級(jí)大陸一分為二，即北邊的勞亞古陸和南邊的岡瓦納古陸。這時(shí)，現(xiàn)代太平洋已正式形成，它的西北部洋殼的年齡為2億年，就是那個(gè)時(shí)代留下的歷史記錄。待到距今1.35～1.1億年間的早白堊世，南大西洋開始張裂，成為新生洋盆，接著，歐洲與北美洲分道揚(yáng)鑣，岡瓦納古陸和勞亞古陸也開始破裂。在距今0.7億年的晚白堊世，大西洋、印度洋和南大洋相繼形成。

兩個(gè)古陸崩解后形成了歐亞大陸、北美大陸、南美大陸、非洲大陸、印度次大陸和南極洲－澳大利亞大陸。從距今0.65億年的古新世開始，格陵蘭與斯堪的納維亞分裂，挪威海與格陵蘭海形成，北冰洋與大西洋連通。距今0.53億年的始新世初，澳大利亞裂離南極洲，并開始向北漂移；距今 0.4億年的始新世晚期，印度與亞洲主體碰撞，特提斯海東段關(guān)閉；約0.18億年前的中新世期間，阿拉伯與亞洲主體碰撞，特提斯海西段部分關(guān)閉，遺留下西通大西洋的地中海；約0.035億年前的上新世時(shí)，北美與南美重新碰撞，巴拿馬地峽升起，切斷了大西洋與太平洋的直接通道，強(qiáng)烈地改變了大洋水的環(huán)流系統(tǒng)。我們?cè)谏厦鏀⑹隽搜笈栊纬傻臍v史梗概。但是，這只是海洋起源問題的一個(gè)方面。而要真正弄清楚海洋起源，還不得不涉及海水的起源和變化。這又是一個(gè)充滿爭論的命題。

人類終于站到了自然史科學(xué)殿堂的門口，對(duì)海洋起源的認(rèn)識(shí)有了一些眉目。

一般認(rèn)為，在地球演化的早期，原始地球在繼續(xù)吸積、擴(kuò)大的同時(shí)，氣體與固體粒子開始分離，形成了原始的大氣圈。原始大氣不斷地在向星際空間逸散，對(duì)于地球水圈的形成并無多大的貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，來自地球內(nèi)部的揮發(fā)物質(zhì)，通過火山之類的地球排氣作用不斷地補(bǔ)充和替換著原始大氣，逐漸形成一個(gè)次生的大氣圈。

在起始階段，地球溫度比較高，這個(gè)次生大氣圈是還原性質(zhì)的。幾乎所有的揮發(fā)性氣體，都以氣體的形式保存在大氣之中。只有當(dāng)?shù)乇頊囟戎饾u降低，到達(dá)沸點(diǎn)以下時(shí)，H2O冷凝為水，原始水圈或原始海洋才開始形成。從巖石中溶解出來的二氧化硅與某些陽離子反應(yīng)，形成了主要是由含鋁粘土礦物組成的沉淀物，這便是原始大洋最早的沉積物。地球內(nèi)部向外不斷排氣。大洋水隨著時(shí)間的推移而不斷積累增長。水量的增長早期較快，中期趨緩，晚期又增快。海納百川，地球上終于出現(xiàn)了漫無邊際的汪洋大海。資料表明，大部分海水是在地質(zhì)時(shí)期的后期形成的。

地球水圈形成后，從距今35億～20億年，也許延續(xù)到距今15億年，是酸性、缺氧的原始大洋水逐步向現(xiàn)代大洋水過渡的時(shí)期。當(dāng)時(shí)大氣圈中的含氧量遠(yuǎn)低于現(xiàn)在的水平，大洋水中的氧含量則更低，沉積巖的母巖也比后來的母巖更偏基性。礦物、巖石在缺氧的大氣中崩解，變?yōu)樗樾?，這些碎屑又在缺氧的海洋環(huán)境里堆積起來。

人們已經(jīng)在古老的沉積地層中發(fā)現(xiàn)了許多缺氧的證據(jù)。例如，我們?cè)?0億年以前的地層中，很少見到碳酸鹽巖，碳質(zhì)沉積物主要以石墨和油母巖的形式出現(xiàn)；在18億～20億年以前的沉積巖中，常見還原型礦物的碎屑，如黃鐵礦和瀝青鈾礦的碎屑。雖有磨圓等淺水搬運(yùn)的特征，但是都沒有遭到氧化。還有一種巖石，是距今32億～20億年的古老地層中所特有的。那就是在世界許多地方都可以見到的條帶狀磁鐵石英巖。我國鞍山地區(qū)的富鐵礦就屬于此種類型，因此在中國也稱為鞍山式鐵礦。

早期大洋水的酸堿度pH值較現(xiàn)代海水低得多。它與偏基性火成巖之間的化學(xué)反應(yīng)不斷地改變著原始大洋的成分。早期大洋水中的負(fù)離子可能主要是碳酸根和碳酸氫根離子而不是氯離子。這時(shí)海洋中已有真核細(xì)胞的綠色植物出現(xiàn)，生物造氧能力大大增強(qiáng)，大量游離氧的生成不僅可以滿足海洋中各種氧化反應(yīng)的需要，且可向大氣圈逸散，逐步形成具有現(xiàn)代特點(diǎn)的大洋水和大氣圈，形成高度氧化的地面條件。

長期以來，人們簡單地認(rèn)為現(xiàn)代大洋的鹽分來自陸地巖石的風(fēng)化作用。按照這一模式，如果大洋的體積不再增加，大洋水的鹽度勢(shì)必隨著時(shí)間的推移而愈來愈高。然而，大洋水體并非是鹽的簡單積聚場(chǎng)所。在水和某些鹽類向大氣圈蒸發(fā)的同時(shí)，某些鹽類也必然以礦物的形式從水體中析出，轉(zhuǎn)移到巖石圈中；或是被生物吸收，轉(zhuǎn)移出水圈。所以現(xiàn)代大洋的化學(xué)成分在總體上維持著一種鹽類收支平衡的穩(wěn)定狀態(tài)，它不是鹽類的單純累積區(qū)，而是大陸（和很少部分的大氣）物質(zhì)向海底傳輸和部分再返大氣的中間站。大洋成為這樣一個(gè)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，始于15億～20億年前，那時(shí)高級(jí)生命還沒有出現(xiàn)。

人類終于站到了自然史科學(xué)殿堂的門口，對(duì)海洋起源的認(rèn)識(shí)有了一些眉目。但是，還有太多的問題有待解決，需要科學(xué)家更加努力地去求索。