【地質科學】老爺爺大峽谷

■ 大峽谷是個老峽谷?近來對西大峽谷所作的礦物分析研究顯示,峽谷的深度有很大部分在七千萬年前就形成了。

圖片來源:Rebecca Flowers

編譯│張孝耘

這個橫切過美國亞利桑納州地面的大坑到現在仍然引起爭議,而今又有新的分析認為,亞利桑納州大峽谷的某些部分可能比原本以為的更老上了數百萬年,其關鍵證據來自鄰近區域礦物標本中氦原子的濃度和分布。但也有不少科學家指出,這個發現是否能一舉改寫這個世界奇景形成的方式和時間仍有疑問。

波爾德市科羅拉多大學(University of Colorado, Boulder)的地質學家雷貝卡‧佛勞爾斯(Rebecca Flowers)是這份研究報告的主要作者,她表示,關於大峽谷年齡和歷史的爭論已風風火火的持續了150年,「如果歷史像一般人以為的那麼簡單的話,大峽谷的起源就不會成為一個長期熱門的議題了」。

多年來科學家運用各種方法來推斷大峽谷的年齡,例如,估計沉積物從峽谷的一端移動到另一端的速度,以及研究峽谷內地層構造形成的年代等等,有些研究推算出大峽谷某些部分才五到六百萬年左右,有些則推算出一千七百萬的年齡。

佛勞爾斯和帕沙第納市加州理工學院(California Institute of Technology in Pasadena)的地質學家肯尼斯‧法利(Kenneth Farley)則另闢蹊徑,他們是藉著峽谷岩石中一種稱為磷灰石(apatites)的礦物磷酸鈣(calcium phosphate)中氦氣的濃度來推算大峽谷年齡。氦氣是一種惰性氣體,在這些礦物中會隨著時間推移而產生數種變化,例如,它的濃度會隨著磷灰石中鈾和鍺的放射性衰變而增加。佛勞爾斯解釋說,如果磷灰石深埋地下,溫度保持在70°C以上,氦就會從礦石中擴散逸出,但當岩石從地下隆起,或者由於向下的侵蝕作用而露出地表時,岩石就會冷卻,而溫度一旦下降,氦氣就會被封在磷灰石中,然後開始累積,所以磷灰石中的氦濃度可以幫助科學家估計岩石冷卻的時間。

佛勞爾斯和法利從大峽谷的東西兩端各採集了四組岩石樣本加以分析,其研究結果發表在十一月二十九日《科學》期刊(Science)網路版上。他們根據樣本中氦濃度出現的模式認為,大約在七千萬年前大峽谷西段有很大一部分已被切割到和目前深度相距數公尺內的地方,而且峽谷的侵蝕在近代並未急劇增加。這個結果不但和以往認為的五、六百萬年相去甚遠,而且大約是以前其他研究團隊所估計出的最老年齡的四倍。

但是有些研究者表示,這尚不足以蓋棺論定大峽谷的年齡。紐約州立大學日內西奧校區(State University of New York, Geneseo)的地質學家理查‧楊(Richard Young)說:「我很喜歡這個研究,他們用的許多方法都非常有趣,但是也有很多支持大峽谷比較年輕的證據。」

位於土桑的亞利桑那大學(University of Arizona in Tucson)地球科學榮譽教授威廉‧狄更生(William Dickinson)表示,「確實如此,在這位地質學家眼中,大峽谷的樣貌非常年輕。不過雖然這(古老的大峽谷)不是現在大部分人接受的看法,但也並非是全新的觀點。」

有些認為大峽谷比較年輕的推論是以二十世紀中期的田野調查為基礎,當時的記錄描寫了古代沉積物如何在峽谷中流動的情形,顯示出大峽谷東側的沉積物直到五百至六百萬年前才出現在峽谷的最西端。經常有學者引用這些田野資料來佐證大峽谷在那之前還沒形成,包括近至二00八年發表在《地質學》(Geology)期刊上的研究。但是佛勞爾斯表示,那些五、六百萬歲的沉積物只顯示了河水的流向,並不能因而斷定峽谷的年齡,舉例來說,古河水道會因不同地質年代地貌坡度的改變而改變,而且也有可能峽谷東西兩端是各別形成後,到了近期才合而為一的。

另一方面,以前也有其他的研究認為峽谷有些部份年齡很老,例如其中一個研究分析了大峽谷外面臨近地區岩洞的形成,指出侵蝕作用可能在一千七百萬年前就開始了。但這些研究結果的爭議處在於那些岩洞並不直接位於河道上,所以該調查地點的地下水位不能真正反映大峽谷邊緣的水位。

加州理工學院(California Institute of Technology)地質學家布萊恩‧渥尼克(Brian Wernicke)並未參與目前這項研究,但過去曾和佛勞爾斯合作過。他認為,外表可以騙人,但證據說明一切,而這就是佛勞爾斯和法利的研究取向特別有力之處,「此一熱力變化留下的印記是我們僅有的確切數據」。

渥尼克說:「光從景觀地形很難看出侵蝕的歷史,而這個研究鞏固了重大的侵蝕在七千萬年前已經發生了的論點。」

儘管如此,不是每個人對這個研究的舉證都心服口服,像是阿布奎基市新墨西哥大學(University of New Mexico, Albuquerque)構造地質學者(structural geologist)卡爾‧卡斯壯(Karl Karlstrom)就形容該研究的結果是個「飛進了左外野」的嚴重失誤。卡斯壯的研究團隊也分析了磷灰石中的氦濃度,其採樣處在西大峽谷距離佛勞爾斯和法利 採樣地點的下游約兩公里的地方。卡斯壯說他們初步的分析結果支持年輕大峽谷的論點,並將發表報告指出,那些岩石在一千五百萬到兩千萬年以前的溫度仍在攝氏50° 到 60°之間,表示它們那時的位置低於地殼表面一公里以上。

雖然對於大峽谷年齡和侵蝕現象的歷史有很大的爭議,但卡斯壯說,「這是很有意義的爭論,需要這個領域的學者們合力對各種證據加以評估。」

 

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報導出處:A Grand Old Canyon

責任編輯:Nita Hsu

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