北美大陆可能比其任何一个居民都更具游牧性。
小飞机向右倾斜飞行。从在左边的我的座位上我可以看到在冰上的飞机阴影。雪橇使飞机看上去像一只将要落到水上的鸭子，伸展出有蹼的脚。当驾驶员使飞机平飞后，一片巨大的峭壁映入眼帘，暗褐色的岩石与逐渐消失在地平线上的纯洁雪白的冰雪形成鲜明的对照。
这些陡峭倾斜的前寒武纪砂岩层被手风琴状的褶皱弄得很不正常。我拍摄了几张照片。当我们环绕峭壁飞行时，另一种景观映入眼帘。在砂岩的顶部有一层几乎与背景一样白的薄薄的岩石，即寒武纪灰岩。“太奇妙了，”当我再次举起我的相机时我这样想。“这儿的基本地质情况与北美洲西部很相似。”
我的同事和我曾到过南极洲的彭萨利拉山脉来研究这一冰雪覆盖大陆的两个地质分区——东部南极洲和西部南极洲——有怎样的联系。东南极洲是一块位于澳大利亚、印度和非洲之南的古老的前寒武地盾；而西南极洲则是地质上年轻而活动的环太平洋火山“火环”的一部分。东南极地盾的隆起边缘与西南极洲在横贯南极山脉相遇，而彭萨科拉山脉则是其往北的延伸。
这完全是一次漫长的旅行：乘民用喷气式飞机从洛杉矶到新西兰要花14个小吋，乘一架装有雪橇的大力神运输机从新西兰到南极洲的麦克默多站又要花10个小吋，最后，还要花5个小时跨越南极大陆才到达彭萨科拉山脉，途中要经过南极点。这时，在安营扎寨之后，我们最终来到了靠近拍打洛杉矶海滩的同一大洋的南部边缘处的山脉。
然而，我们还必须到达岩石露出处。在南极洲，这样的旅行很费吋间。在选择了一处可能没有冰川裂缝的着陆点之后，我们的驾驶员降下飞机的高度以便进行一次“雪橇滑行”，即是给起落架施加一点重压但又为再次起飞保持足够的空速。我们盘旋着并仔细检查雪橇留下的轨迹。冰川裂缝可能会隐藏在雪层之下，但是这儿没有发现任何能说明问题的存在有令人沮丧的裂缝的迹象。再转一圈后，我们开始降落并迅速停下来以便减少与积雪下面的粗冰相撞的可能性。然而，这仍是一次十分颠簸的着陆，尽管飞机看上去只受了一些表面的损伤。为安全起见我们用绳索将自己串在一起然后开始步行穿过风雪来到峭壁的底部，只留下焦急的驾驶员在检查飞机。
彭萨科拉山脉露出的两种不同类型岩石之间的界面是地球历史上最基本的界面之一。在45亿年前地球诞生之后就迎来了一段被称作前寒武纪的、长达40亿年的时间间隔。到这一时代的末期——距今大约7亿5千万年，当第一批软体多细胞动物开始发展之时——正是我们刚看到的在下面的Patuxent组褐色砂岩沉积的时候。该地层沉积在大陆地盾内张开的一个裂谷中。当裂谷加深时，河流就注入其内，使它们所携带的泥沙沉积到谷底。
距今大约5亿4千万年时，多细胞动物的激增宣告了寒武纪的到来。无数古杯亚纲动物的锥形骨骼聚集在砂岩之上伸展的浅海内。这些骨骼在东南极陆地的边缘形成暗礁，最终转化成灰岩。Patuxent组的顶部岩层被称作纳尔逊灰岩。由于古杯亚纲是一类暖水动物，因此现在位于东南极地盾西部边缘的地方在寒武纪期间一定是位于热带纬度处。
导致Patuxent砂岩沉积的裂谷事件反映出东南极陆块与其它一些大陆块之间的分离。这一分离在距今约7亿5千万年时将太平洋盆张开。随后，来自岛屿火山的火成岩以及从俯冲海底刮掉的物质都聚集在东南极陆块之上，并形成了西南极洲。这一裂谷形成作用发生在潘基亚（Pangea）超大陆——现在的大陆是从潘基亚超大陆分离开来的——形成之前很久的时候。潘基亚只是在古生代末期才形成，大约在距今2亿5千万年的时候。它在中生代侏罗纪时期，也就是距今约1亿7千万年的时候开始分裂，形成了大西洋海盆和其它几个年轻海盆。
继续沿山背向峭壁顶端走去，我们看到了寒武纪地层最低部分的岩层——它们位于纳尔逊灰岩之下——是由粉红色砾岩和粗粒砂岩所组成。当海水扩展到加深的裂谷以及沉降边缘时，它就会将前寒武纪岩石破碎磨擦成漂砾、卵石和砂粒。随着我们不断向上爬，沉积物越来越细，直接位于纳尔逊灰岩之下的石英砂岩有着我们过去所见过的面貌。它们富含被称作Skolithas的直立蠕虫孔。
这些管孔是古老过滤进食动物的仅有痕迹。这类动物从沉积物中吸取养分然后在其孔洞周围留下粘土质残余物。“就像北美西部那样，”我大声地指出，“但是另一方面也像苏格兰西北部的德内斯岩石一样。”的确，在距今5亿4千万年时由于扩展而淹没了大部分大陆的海水——正如象在威斯康星州这些地方有着寒武纪海滨所表明的那样——所沉积下来的地层在所有大陆都是非常相似的。
对比山脉……
然而，对确立一位地质学家的见解来说，什么也比不上对岩石的亲身经验。在我1987年对横贯南极山脉的最初印象中就留下了一个一直是我经常思考的问题：在前寒武纪末南极洲从之分离出的大陆会是西部北美吗？或者在那遥远的时代它们的边缘是否仅仅位于更古老的太平洋盆地两侧的相似环境中？
这个问题的答案具有影响深远的意义。这一时期的全球古地理（Paleogeography）情况（“Paleo”是地质学家用于表示“古代的”的一个前缀）至今仍是一个谜。知道各大陆那时是怎样分布的就能提供出在寒武纪以前巨大的环境变化的线索。在前寒武纪晚期有过几次冰期存在，而且海水的化学成份，据推测还有大气的化学成份都发生了很大的变化。多细胞动物进化出来了，这预示着大量的多种多样的生物的来临，其中包括脊椎动物（当然也有人类〉的遥远祖先。
显然很难确切地描绘出一颗不断变化着的、大陆在移动着的行星上的远古地理情况。Alfred Wegener（魏格纳）和大陆飘移说的其他先驱者都曾经注意到南、北美洲的在大西洋边缘被切断的几条山脉同大西洋彼岸的欧洲和非洲的山脉都能连接符合得很好。今天，海底的磁性数据和卫星影象所显示出的断裂——看来颇像铁路轨道，大陆就沿着这些轨道滑动分开——使我们得以非常准确地重新复原潘基亚超大陆。
许多方面的证据表明潘基亚并不是各大陆的最初构形。当含铁岩石从熔岩中固化时，它们就在地球磁场的方向上被磁化。由前中生代熔岩凝固而成的岩石的磁化情况在北美和非洲有很大的不同，这表明在更早的时代这两个大陆是分开移动的。作为古代洋底一部分的火山岩也在诸如法马蒂纳带（阿根廷）、莫桑比克带（非洲）和更古老的阿巴拉契亚带这样的潘基亚山脉中被发现。这些早古生代和前寒武纪的蛇绿岩——这是这类岩石的称呼——证实了当此超大陆形成时先前的一些大洋盆地被闭合。当二十世纪六十年代富有想象力的加拿大地球物理学家J. Tuzo Wilson（威尔逊）被加拿大东部沿海（Maritime）各省的阿巴拉契亚山脉早古生代蛇绿岩所迷住时，他问道：“大西洋是否是张开，闭合，然后再重新张开的？”
在重新复原潘基亚出现以前的大陆构形时，我们从洋底没有得到任何启示。尽管那时太平洋盆早已存在，但是这样古老的洋底早已插入到洋盆周围的大陆之下了，因此地质学家们没有任何潘基亚以前大陆漂移的海洋“轨道图”（railway map）。我们不得不求助于来自大陆本身的证据，正如魏格纳在现代海洋学和人造卫星出现之前试图复原潘基亚时不得不做的那样。
在潘基亚内部有一些古老的大陆边缘尚未有明显的与之相配的对应物。北美洲和南美洲的太平洋边缘以及南极洲和澳大利亚的太平洋边缘全都是在接近前寒武纪结束的时候形成的，也就是在距今7亿5千万年到5亿5千万年之间形成的。劳伦古陆——北美的祖先地盾——的阿巴拉契亚边缘也是在那时与另一个大陆断裂分开的。自从威尔逊提出他那个著名的问题以来，该边缘的对应物通常被认为是西欧和西北非。但是对这一拼接还没有过硬的证据。
1989年作为以美国为东道主的国际地质会议的一部分，我领导了又一次到南极洲的野外考察。这次考察的目的是要促进将南极洲地质学纳入全球地学的主流中去，长期以来南极洲地质学都是很少一群意志特别坚定的人（即使是在地质学家中）的私人领域。参加的人有研究喜马拉雅山、欧洲阿尔卑斯山、阿巴拉契亚山、落基山和其它许多地区的专家们。，
不久以后，这些科学中的一位，Eldridge M. Moores在戴维斯加利福尼亚大学图书馆随便翻阅时无意中发现了一篇由加拿大地质调査局的Richard T. Bell和Charles W. Jefferson所写的短文。他们指出西加拿大和东澳大利亚的前寒武纪地质之间的相似性并断定，加拿大和澳大利亚的太平洋边缘是可以拼接在一起的。由于受到最近这次考察的启发，Moores意识到这可能意味着美国和南极洲的太平洋边缘曾经是拼接在一起的，这是一个与我自己的想法相似的想法。在进行了相当快速的文献检索之后，他送给我一张突出了劳伦地盾和东南极地盾内部构造相似性的地图。“这疯狂吗？”他问道。
一些位移大陆内部构造上的相似性可以作为从前曾拼接在一起的强有力的证据。Moores特别注意到一篇报道，其中引证说在沿横贯南极山脉的地方——在一种称为Shackleton（沙克尔顿）以著名的英国探险家Ernest Shackleton爵士的姓氏命名山脉的地方——有着在年龄和特征上与那些位于大部分新墨西哥州和亚利桑那州之下的岩石相似的岩石。他还指出，那些具有与格林威尔省特有的岩石相似的、约有10亿年年龄的岩石已在靠近南极洲海滨的一处地方发现。格林威尔省是一个沿北美东部和南部边缘分布的从拉布拉多到得克萨斯的古老岩石带。他把他的假说——这些大陆曾经拼接在一起——称为SWEAT，代表西南美国-东南极洲（Southwest U.S.-East Antarctica）。
由于受我的这一问题最终会有一个答案的可能性所激发，我在奥斯汀得克萨斯大学我们的研究所内用PLATES软件将Moores的复原进行了重现。这一程序使我们能将大陆碎块组合在一起然后以几何精度使它们在地球上移动。更晚一些时候，我的同亊Lisa M. Gahagan和我就消除了在边界符合上的不确定之处：这两个古老断裂边缘的规模和基本形状的确是相容的，而且，得克萨斯的格林威尔岩石与亚利桑那和新墨西哥的较古老岩石之间的边界伸入到了位于沙克尔顿山脉和沿威德尔海冻结海岸的某些微小岩石露头之间的南极洲内——这刚好是我所知的在冰下有着相似边界的地方。看来，正好在我脚下的这些岩石，也就是在得克萨斯州形成亚诺隆起并用来建造得克萨斯州议会大厦的这些岩石，仿佛借助电子技术也在南极洲得到了重现！
如果北美大陆的西部边缘曾与东南极大陆和澳大利亚相连接，那么某个别的大陆也一定是从阿帕拉契亚边缘断裂开的。现在在哈佛大学的Paul F. Hoffman和我认为劳伦地盾的东侧楔入南美的两个前寒武地盾中，也就是所谓的阿马佐尼亚（Amazonia）地盾和拉普拉塔（Rio de la Plata）地盾。在计算机屏幕上操作这三个地盾时，我想到劳伦地盾的拉布拉多格陵兰凸出带可能来自于智利和南部秘鲁之间的南美边缘的凹进处，该凹进处通常被称为阿里卡海湾。无论是凸出带还是海湾据认为其时代都是晚前寒武纪的。尽管它们具有相同的大小和基本形状，但当阿帕拉契亚山脉和安第斯山脉隆起之时它们也受到广泛的变形。如此精确的几何符合是未曾预料到的。
我的想法为安第斯地质学中的一个长期存在的谜提供了一个可能的解释。沿着年轻而活动的秘鲁边缘却发现了有着19亿年年龄的结晶岩石。皇家安大略博物馆的Hardolph A. Wasteneys对来自南部秘鲁海岸的阿雷基帕地块的锆石晶体作过年龄测定。他证实当距今13亿年到9亿年之间格林威尔山脉形成时这些岩石受到了高度变质。因此它们可能是格林威尔省延伸进南美洲的部分。
南美大陆与劳伦古陆东部边缘相连结的假说出乎意料地使我的经历兜了一圈。我是在苏格兰长大的并且也是在苏格兰的岩石上开始我的地质工作的。苏格兰西北部和水下的罗科尔（Rockall）高原——位于不列颠诸岛的西部边缘附近——在北大西洋海盆的张开接近完成之前仍是北美大陆的一部分。苏格兰位于拉布拉多-格陵兰凸出带的最前端。当苏格兰高地的岩石在阿里卡海湾落户（通过电子技术）时，这些我于本世纪六十年代攻读博士学位时研究过的岩石看来是延伸进入了同样古老的秘鲁和玻利维亚的岩石之中。既然对苏格兰高地的岩石研究得非常之好，那么它们就可以对从前的南美-北美的连结提供关键性的检验。
根据SWEAT假说和泛美连结，我们就能尝试复原晚前寒武纪时期全球大陆和海洋的分布情况。大多数地质学家认为大陆和海盆所占有的相对面积自从晚前寒武纪以来都未发生过变化，因此，如果南极洲、澳大利亚、北美洲和南美洲的若干部分被聚合成一个超大陆（现在命名为洛丁尼亚）的话，那么在别的地方就必定有广阔的海洋存在。在这些大陆内被捕获的蛇绿岩残余，说明这些海洋位于印度和今天的东非之间（莫桑比克洋）以及非洋和南美洲之内（分别是泛非洲和巴西洋）。
在距今约7亿5千万年到5亿5千万年之间这些洋盆遭到破坏，而非洲、澳大利亚、南极洲、南美洲和印度的所有前寒武陆核都合并成冈瓦纳超大陆。正是在这段时间间隔内太平洋洋盆在劳伦陆块和东南极-澳大利亚陆块之间张开。对纽芬兰火山岩进行的同位素年龄测定结果表明在劳伦古陆和南美洲之间的洋盆直到寒武纪开始时才张开。因此，北美洲可能是在一个两阶段过程中分出的。
名片
要重建北美的迁移路径需要一种必不可少的信息：古老岩石的磁化情况。这类数据可以使地质学家指出岩石形成时的纬度和方位。但是由于地球磁场是轴对称的，因此古磁测定结果无法告诉我们岩石形成时的原始经度。例如，今天在冰岛和夏威夷的熔岩可以向1亿年以后的地质学家显示出这些岛屿的纬度和方位，但无法显示出它们在经度上的很大不同。这些岛屿在不同的大洋内，但到那时这一点并不是显而易见的。
传统的对劳伦古陆的复原总是将它的阿帕拉契亚边缘对着古生代期间的西北非。我决定另外标绘北美大陆同冈瓦纳古陆的相对位置，这是基于下述事实，即这块大陆的经度并未受到古磁数据的限制。结果表明，正如我的一位研究生称之为的那样，北美洲在古生代时期是从南极洲附近开始围绕着南美洲在“兜圈子”。
当阿根廷拉普拉塔大学的Luis H. Dalla Saida，Carlos A. Cingolani和Ricardo Varela看到这一“兜圈子”的素描图时，他们均激动不已。他们最近提出，其根部出露于阿根廷北部安第斯山脉中的一个古生代造山带，可能是当另一个大陆与冈瓦纳古陆相撞时形成的。而且，这一法马蒂纳造山带的西部边缘包括了寒武纪灰岩和下奥陶纪灰岩（它们的年龄为距今5.45亿年到4.90亿年），在这些灰岩中都含有北美所特有的三叶虫。他们推论道，或许这是北美与南美在奥陶纪期间（距今4亿5千万年时）相撞时所留下的一个“地质名片”。
看来北美洲在前寒武纪末与南美洲断裂分开之后移动得很远。在寒武纪期间，当冈瓦纳古陆经受冰川作用时，北美洲却位于赤道处，然后洋底俯冲到南美克拉通之下，南、北美洲在奥陶纪期间再次相撞。我们认为，在佐治亚州突然中断了的阿帕拉契亚山脉的较古老的一部分曾经延续到法马蒂纳造山带。这样的解释就将华盛顿特区在中奥陶纪时置于靠近秘鲁的利马处。
在南北美奥陶纪碰撞之后，这两个大陆再次分离，显然将含有特征三叶虫的北美灰岩留在了阿根廷西北部。我的阿根廷同事和我认为这些岩石的被撕去就留下了称为沃希托海湾的墨西哥湾的祖先。安第斯火山从灰岩之下带上来的岩块最近被测定出年龄大约为10亿年，恰好与那些位于沃希托海湾的格林威尔省的岩石年龄相同。
有可能北美大陆和南美大陆在北美洲最终与西北非洲相撞形成潘基亚超大陆之前又一次相撞。研究秘鲁安第斯山古生代沉积岩的法国地质学家们发现，这些沉积岩是由必定是从附近一个陆块侵蚀来的碎屑所组成。他们认为这一陆块占据着现今为太平洋所覆盖的区域，它是秘鲁阿雷基帕地块的延伸部分。
然而，它也可能是北美洲的延伸部分。正如海德堡大学的Heinrich Bahlburg所指出的那样，古老的北美暖水动物群与南部非洲和福克兰群岛（即马尔维纳斯群岛）的冷水动物群共存于南美西北部年龄为4亿年（泥盆纪）的地层内。连同称为阿卡德造山运动的北美东海岸的变形，以及沿南美边缘山脉构造的被截断，这些证据都表明劳伦古陆在泥盆纪时期擦过南美的西北部。在墨西哥的瓦哈卡甚至还有含南美三叶虫的奥陶纪灰岩——这是另一个名片。只有在北美最终离开原始安第斯边缘之后，现代的安第斯科迪勒拉山系才开始形成。
大约过了1亿5千万年之后，北美大陆转而与北欧、亚洲和冈瓦纳大陆相撞。潘基亚超大陆——它含有乌拉尔山、比利时和法国北部的阿摩里卡山脉、沃希托山脉和最年轻的阿帕拉契亚山脉这些缝合线——是由这些大陆的碰撞而形成的。在经过5亿年的漫游之后，北美大陆最终找到了一个休息处。但是并没有休息很久。在经过7千5百万年之后当潘基亚分裂时，北美大陆又与非洲分开了，并向着它现在的位置移动。
在1993-1994年南半球的夏季期间——在我首次瞥见彭萨科拉山脉和模糊感觉到北美大陆的漫游之后6年——我又返回了南极洲。这次还有我的同事Mark A. Helper、两位研究生和两位登山运动员。我考察了威德尔海附近的沙克尔顿山脉和科茨地。根据我的计算机模拟，这是北美格林威尔岩石在距今7亿5千万年时伸到的地方。研究南极洲的地质学家长期以来都把这些地区看作是异常的。
在我们对科茨地的Littlewood Nanataks的考察结束之后，我们用绳子将自己系在一起，收拾起我们的冰斧然后爬回到另一架小飞机上。拾到我们的包裹——以及轰隆航行的飞机——是我们这一天的任务。根据这些样品得出的第一批古地磁数据看来是支持了SWEAT假说。在我的同事Wulf A. Gose和James N. Connelly的实验室内，我们仍在忙于剖析这些岩石。
【肖波/译 郭凯声/校】
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