地质学家利用大峡谷寒武纪岩石的新见解改写教科书
自地球形成后不久，地球长达 46 亿年的历史就以单细胞生命为主。大约 5 亿年前发生了一件戏剧性的事情，被称为寒武纪“生命大爆发”，在此期间，岩石记录中保存了令人难以置信的生命形式多样性。这些化石包括大量不同的动物，它们进化成了至今仍生存的动物群（包括人类）。新墨西哥大学研究人员和一个扩大的合作团队最近发表的一篇论文被作为《GSA Today》 2024 年 11 月刊的首席科学文章，题为“大峡谷的寒武纪：经典地层模型的改进”。
犹他州立大学教授卡罗尔·德勒说： “大峡谷的通托群蕴藏着丰富的沉积层和化石，记录了大约5亿年前的寒武纪生命大爆发，当时第一批长有硬壳的动物迅速繁殖，海平面上升，大陆被海洋生物所覆盖。”
德勒是该论文的主要作者，新墨西哥大学兼职教授兼古生物学家弗雷德·桑德伯格 (Fred Sundberg) 为共同作者，其他共同作者包括新墨西哥大学杰出教授卡尔·卡尔斯特罗姆 (Karl Karlstrom) 和劳里·克罗斯 (Laurie Crossey)、丹佛自然科学博物馆的詹姆斯·哈加多恩 (James Hagadorn)、博伊西州立大学的马克·施密茨 (Mark Schmitz) 和内华达大学拉斯维加斯分校的史蒂夫·罗兰 (Steve Rowland)。
除了研究进展外，本文还介绍了地质科学教育方面的进展，这些进展建立在经典的海侵模型（海洋冲刷大陆）之上，该模型由 Eddy McKee 于 50 年前在这些岩石上开发而成。McKee 模型是全球许多地质学学生的必修课，该模型假定沉积环境会逐渐加深和逐渐变化。
“我们对通托群沉积的新模型更加细致入微，显示出海洋和非海洋环境的混合，在没有沉积物沉积时的断层或不整合，以及更快的演化速度，”卡尔斯特罗姆说。“由于大峡谷的通托群完全暴露，它比以前更加仍然是世界上最重要的寒武纪类型地段之一。”
“我们的发现提醒我们，科学是一个过程，”哈加多恩说。“我们在大峡谷的工作以一种非常个人化的方式将人们与科学联系起来，大峡谷是世界上最著名和最受喜爱的景观之一。”
5 亿年前的三叶虫化石留下了梯子状的痕迹。图片来源：新墨西哥大学
此外，先进的工具为岩石沉积速度提供了新的见解，并为三叶虫和其他早期动物等海洋物种多样化的速度提供了线索。
“我们新的串联铀-铅测年方法正在精确测定序列中每一层和三叶虫生物带之间过渡的年龄，”施密茨说，“我们发现不同的三叶虫物种向外辐射，然后以不到一百万年的速度迅速灭绝。”
该方法包括研磨沉积岩样本，并分离出沉积物中沉积的数百颗沙粒大小的锆石晶体。首先使用初步的快速测年方法获取颗粒的 U-Pb 比值，然后使用更复杂（且精确）的实验室方法对最年轻的颗粒进行精确测年。
克罗西说：“沉积岩很难确定年代，但沉积物的沉积时间和埋藏在其中的化石的年龄肯定比最年轻的颗粒的年龄要年轻，因此，通过大量的年代测定，我们就能确定沉积物的年代。”
德勒表示，与麦基的模型相比，该团队的新模型为学生和研究人员提供了更深入地了解寒武纪生命大爆发的关键途径。
“从通托群 500 米厚的地层中，我们了解到海平面上升和灾难性热带风暴的影响——可能比今天的毁灭性飓风更强大。这发生在一个没有陆地植物的世界，当时地球气温极高，没有冰。海平面如此之高，以至于像通托群这样的沉积物沉积在大多数大陆之上，而这些环境使得地球上的动物多样性迅速扩张。”
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