東非大裂谷部分區域的裂谷演化程度,可能比過去認知更進一步。最新研究發現,位於肯亞北部、鄰近衣索比亞圖爾卡納裂谷帶(Turkana Rift Zone),裂谷軸下方的結晶地殼已大幅變薄。研究團隊認為,當地已進入大陸裂谷演化中的重要「頸縮」階段;若目前的伸展與地殼弱化作用持續,未來在數百萬年的地質時間尺度上,可能進一步朝海洋化階段發展。

《ScienceAlert》報導,參與研究的哥倫比亞大學地球科學家羅文(Christian Rowan)表示,研究團隊發現圖爾卡納地區的裂谷化程度「比任何人之前認識到的都更進一步」,當地地殼也比過去預期更薄。

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非洲大陸並非固定不動,而是持續受到板塊運動影響。東非大裂谷系統正是大陸地殼持續伸展的重要區域,整體反映西側努比亞板塊與東側索馬利亞板塊之間的相對分離。不過,兩大板塊之間另存在多個微板塊,南部及馬達加斯加周邊的板塊構造也較為複雜。

研究團隊此次重新分析過去在肯亞北部圖爾卡納地區取得的地震反射、地震學及鑽井等資料,以估算地下地殼構造。結果顯示,裂谷軸下方的結晶地殼厚度僅約12.7公里,誤差約2.8公里;相較之下,裂谷兩側地區的地殼厚度則可超過35公里,顯示裂谷中心已經歷相當程度的伸展與變薄。

依據大陸裂谷演化模型,當原本較厚的大陸地殼持續伸展,並逐漸變薄至約10至15公里時,通常代表裂谷進入所謂的「頸縮」(necking)階段。這並非以15公里作為絕對分界,而是裂谷演化程度的重要特徵之一。

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羅文指出,隨著地殼持續變薄,其整體力學強度也會降低,使伸展變形更容易集中在裂谷軸附近,進一步促進裂谷作用發展。

如果目前的板塊伸展與地殼弱化機制持續,圖爾卡納裂谷未來數百萬年間可能進一步朝下一階段發展,也就是所謂的「海洋化」(oceanization)。在此過程中,大陸地殼將進一步變薄甚至破裂,地幔物質上湧並產生岩漿,最終可能形成新的海洋地殼。

不過,研究人員也強調,進入頸縮階段並不代表未來一定會形成新的海洋。地質學上已有部分裂谷在大幅伸展與變薄後停止發展,因此圖爾卡納裂谷能否最終完成大陸裂解,仍取決於板塊作用力及地殼弱化機制是否能長期持續。

目前類似但更進一步的裂谷演化現象,已可在非洲東北部的阿法爾(Afar)地區觀察到。阿法爾是全球少數已進入早期海洋化階段的陸上裂谷之一;相較之下,圖爾卡納目前仍主要處於頸縮階段。

研究團隊進一步推測,圖爾卡納裂谷約在400萬年前,由較早期的大陸伸展階段逐漸轉入目前的頸縮階段。當時廣泛的火山活動逐漸改變,伸展變形也重新集中至裂谷軸附近,而地殼變形模式與沉積環境隨之出現明顯變化。

值得注意的是,這一時間點也大致與圖爾卡納地區古人類化石紀錄開始變得大量且較為連續的時期重疊。

圖爾卡納地區長期以來因出土大量早期人族化石,被視為研究人類演化的重要區域。不過,研究團隊此次提出另一項可能性,也就是當地豐富的化石紀錄,除了反映古人類曾在當地活動之外,也可能受到裂谷演化所形成的特殊地質與沉積環境影響。

隨著裂谷進入頸縮階段,伸展變形逐漸集中於裂谷軸,部分盆地持續沉降,並形成更大的沉積空間,使沉積物得以較快速且連續地堆積。這類環境可能更有利於生物遺骸被迅速掩埋及長期保存,進而提高化石形成與保存的機率。

換言之,圖爾卡納地區大量古人類化石的出土紀錄,未必完全代表早期人類特別集中生活於此,也可能部分受到「保存偏差」影響,也就是當地地質條件比其他地區更有利於保存並暴露古老遺骸。

研究團隊指出,圖爾卡納裂谷的構造演化、盆地沉降及沉積環境變化,在塑造當地豐富的古人類化石紀錄方面可能扮演重要角色。不過,目前這項關聯仍屬研究假說,未來仍需要更多地質、沉積學及古人類學資料進一步驗證。

此外,所謂「非洲形成新海洋」也並非人類時間尺度上的近期事件。對地質學而言,數百萬年屬於相對短暫的時間,但對人類而言仍是極其漫長的年代。現階段可以確定的是,東非大裂谷的地殼伸展與板塊相對分離仍在持續,而圖爾卡納裂谷的演化程度也比過去認知更加成熟;至於當地最終是否會完成大陸裂解並形成新的海洋盆地,目前仍無法斷言。

這項研究成果已刊登於國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)。