东非图尔卡纳裂谷不仅埋藏着丰富的古人类化石，还因板块运动引发的剧烈火山活动而闻名。如今，一项4月23日发表于《自然-通讯》的研究发现，该地区下方的地壳比以前认为的要薄得多，表明非洲大陆长期以来一直在分裂，这也为那里为什么保存了这么多的古人类遗骸提供了新的解释。
东非地壳正在断裂。图片来源：AI/ScienceDaily
图尔卡纳裂谷横跨肯尼亚与埃塞俄比亚，全长约500公里，是更大的东非大裂谷的重要组成部分。东非大裂谷从埃塞俄比亚东北部的阿法尔洼地，一路延伸至莫桑比克，将非洲板块与阿拉伯板块、索马里板块分隔开来。在图尔卡纳地区，非洲板块与索马里板块正以每年约4.7毫米的速度缓慢分离。
当板块分离时，一种被称为裂谷作用的过程会将地壳向两侧拉伸，使地表在应力作用下出现褶皱和裂缝，而来自地球深处的岩浆则借此向上抬升。并非所有裂谷都能将大陆完全分裂，但研究表明，图尔卡纳裂谷似乎正走在这条彻底分裂的路上。
论文第一兼通讯作者、美国哥伦比亚大学的Christian Rowan表示：“我们发现，该区域的裂谷发育程度更为显著，地壳也比所有人预想的要薄。东非的大陆分裂进程比先前认为的走得更远。”
研究团队分析了一批罕见的高质量地震数据。通过研究声波在地层中的传播规律，并结合多种地质成像技术，研究人员绘制了地层沉积结构，并确定了裂谷下方的地壳厚度。
结果显示，裂谷中心区域的地壳厚度只有约13公里，而裂谷外围区域地壳厚度超过了35公里。这一显著差异标志着地壳正在经历一种被称为“颈缩”的地质过程。
颈缩是指地壳中部被持续拉伸并不断变薄，就像一块软糖被拉扯时中间会收窄成细长的“颈”。随着地壳变薄，结构也变弱，进而加速了裂谷扩张。Rowan解释说：“地壳越薄、强度越弱，这有助于持续地撕裂，最终地壳完全破裂。”
论文作者Anne Bécel指出：“地壳已到达了破裂的临界阈值，这也是该区域更容易分离的核心原因。”
不过，大陆演变是在巨大的时间尺度上展开的。图尔卡纳裂谷在约4500万年前开始分裂；在约400万年前大规模火山喷发后，裂谷开始颈缩。而距离下一阶段的洋壳化，或许还需要数百万年的时间。届时岩浆将顺着裂缝大量涌出，形成新的海底，而来自印度洋北部的海水最终也会涌入此处。
研究还发现，该区域曾发生过一次中途“夭折”的早期裂谷事件，后者并未造成大陆的分离，但使地壳变得更薄更弱，为当前的大规模裂谷活动埋下了伏笔。Rowan表示：“这一发现颠覆了传统的大陆分裂理论。”
图尔卡纳裂谷是目前全球唯一正处于颈缩阶段的活跃大陆裂谷，因此为科学家研究这一构造演化关键环节提供了难得的天然样本。
论文作者Folarin Kolawole说：“本质上，我们正在亲眼见证塑造全球所有裂谷边缘的核心地质过程。”这类地质活动与地球气候、生态系统密切相关，能够帮助科学家重建远古的地貌、植被与气候变迁。“借助这些研究，我们还能预判未来短期和长期的地质与环境变化。”Bécel补充说。
这项研究也为解释该区域为何化石资源异常丰富提供了新的线索。图尔卡纳裂谷已发现了1200多件过去400万年间的古人类化石，占非洲古人类化石总量的1/3，长期被视为人类演化的核心摇篮。
Rowan团队提出了新的观点：约400万年前的大规模火山活动结束后，颈缩作用导致裂谷区域整体沉降。地势低洼的环境让细颗粒沉积物迅速堆积起来，形成了完美的化石封存条件，从而保存了连续的化石记录。
这意味着图尔卡纳裂谷可能未必是古人类演化的唯一重要地点，而是一个因特殊地质条件让保存古人类化石变得更容易的地方。该假说仍有待进一步验证，但无疑为古人类研究开辟了新的方向。
Rowan表示：“其他学者可结合这项研究展开深入的探索。同时，这些地质数据可融入气候-构造耦合模型，解析板块运动与气候变化如何共同塑造人类演化进程。”
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