在大峡谷中，岩石中有一条线，仿佛时间从这里凭空消失了。古老的结晶岩构成了它的底部，而寒武纪生命大爆发时期沉积形成的砂岩则构成了顶部。"这被称为大不整合，是地质记录中的一个空白，"澳大利亚伍伦贡大学的地球科学家尼古拉斯·弗拉芒说道。"这个空白可能跨越2亿年——这还不算特别惊人——也可能超过10亿年。"
在最近发表于《自然》杂志的一项研究中，弗拉芒和他的同事桑托什·杜恩加纳提出，这个空白的形成得益于地球深处的作用力。根据他们的模型，地幔中缓慢流动的热岩石流在数亿年间将整片大陆向上推升，使冰川得以将其磨蚀，随后大陆又下沉，让新的沉积物掩埋了这道伤痕。岩石记录中最大的空洞，或许正是地球内部深处活动留下的印记。
冰与海
北美大不整合面上最古老的沉积物距今约6.35亿至4.82亿年。地质学家已在北美大部分地区以及北欧和中国北部部分区域追踪到了这一现象。"似乎确实发生过某些事情，尤其是在北美，"弗拉芒说。
此前主流的解释是冰川作用。大约在7.2亿至6.35亿年前，冰川曾抵达热带地区，一些科学家认为整个地球曾被冰雪覆盖，这一情景被称为"雪球地球"。"冰盖在磨蚀、刮擦地表方面非常有效，"弗拉芒解释道。他表示，冰川侵蚀岩石的效率大约是河流的10倍。但如果整个地球都被冰封，那么大不整合现象应该在各处都能找到。而事实并非如此。
其他解释还包括裂谷作用（地壳的拉伸与延展）以及全球海平面下降。但裂谷作用主要发生在大陆边缘，而海平面变化本应对所有大陆产生类似的影响。"毫无疑问当时发生了大规模的冰川作用，毫无疑问海平面在历史上也经历过变化。问题在于，这些因素是否足以拼凑出大不整合这个谜题？"弗拉芒说。
第四种观点认为，地幔本身的运动使大陆上升或下沉，这一过程被称为"动态地形"。"这个想法早就有人提出，但一直没有经过定量验证，"弗拉芒说。于是，他的团队着手进行了这项研究。
熔岩灯般的地球
从地表以下约100至200公里处，一直延伸到近3000公里深处，地球的地幔在缓慢地对流。"可以把它比作一个熔岩灯，有些物质上升，有些物质下沉，"弗拉芒解释说。"冷岩石下沉，热岩石上升。"
地幔是固态的，但一块岩石仍可能在大约2亿年的时间里，从地表缓慢移动到地球深处。这种运动会牵动地表。在冷的洋底板块于俯冲带下沉进入地幔的地方，地面会被向下拉；而在热地幔上升的地方，地面则会被向上推。不过，这种上下运动的幅度目前仍存在争议。"简单来说大概是几百米，具体精确数值目前仍有待确定，"弗拉芒说。
杜恩加纳和弗拉芒运行了六组模拟实验，追溯了过去10亿年间地幔对流的情况，这些模拟由板块构造在这段时间内的运动重建数据驱动。随后，他们将地面以相似方式升降的区域进行分组，以此寻找大不整合可能形成的地点，以及它可能一直保存至今的地点。不过弗拉芒表示，这些模拟的初始设定仍存在不确定性。
古老岩石中的磁性记录揭示了大陆离赤道的距离，但无法揭示其经度位置。"有些大陆可能被放在了错误的半球，"弗拉芒承认道。古老的洋底早已被重新循环进入地幔，在模型中必须完全从零开始重建。尽管如此，这些模拟结果仍呈现出一致的故事脉络。
劳伦大陆（北美古老核心区域）在大约9.3亿至5.1亿年前，其边缘几乎没有发生俯冲作用，这与今天的非洲颇为相似，因此它位于地幔上升流之上，被向上推升。六个模型中有五个显示出劳伦大陆经历长期隆升、随后在寒武纪发生下沉的这一模式。对于北欧和华北地区而言，六个模型中有四个显示出了这一模式。
但弗拉芒的团队得出结论，仅靠隆升本身的力度，还不足以剥蚀掉足够的岩石来形成大不整合。
冰川的磨蚀作用
"隆升可以使整片大陆产生倾斜，但它不太擅长制造陡峭的坡度，"弗拉芒说。他认为，拼图中缺失的那一块，正是冰川——即便在低洼地区和平缓坡地上，冰川也能磨穿岩石。模型显示，在雪球地球事件发生时，隆升过程仍在持续进行中。"这种持续的缓慢隆升，再加上随之而来的冰川侵蚀，二者共同作用，"弗拉芒解释道。"它们并非彼此关联，只是恰好在时间上重合了。"当大陆在寒武纪下沉时，海水涌入并掩埋了被侵蚀的地表。
弗拉芒团队建立的模型也解释了为何这一空白在北美如此明显，而在其他地方却难以寻觅。与各大陆保存下来的沉积记录相比较，北美和欧亚大陆呈现出一次长期隆升、随后一次长期下沉的模式，研究人员将这种模式解读为形成大不整合的理想条件。
而南美洲和澳大利亚则经历了两次循环。"这可能会形成两个不整合面，这样一来，大不整合现象就更难被辨识出来了，"弗拉芒说。非洲则完全是另一种情况——当时它被山脉所环绕包围，其侵蚀和沉积过程更多是由山脉所塑造的，而非地幔。
但如果地幔确实会定期经历这种上升下沉的循环，那么剩下的问题就是：为什么我们只能看到一个大不整合，而不是很多个？
独一无二的存在
研究团队表示，大不整合在地质记录中之所以独一无二，是因为多种因素的结合：一次持续超过9亿年的升降循环，一次恰好在合适时机发生的近乎全球性的冰川作用，以及越往远古追溯就越难解读的岩石记录。
弗拉芒推测，可能还存在一个更古老的"候选者"，与24亿年前的一次冰川作用有关，但那个年代的岩石缺乏化石，而化石正是让较年轻的沉积物更易于测定年代的关键。"沉积物中若含有生命遗迹，就更容易把握时间线，"他说。不过，他的研究或许有助于解释大不整合形成之后紧接着发生的事情。
雕刻出大不整合的剧烈侵蚀作用，将岩石物质冲刷进入海洋，这或许恰好在寒武纪生命大爆发前夕为海洋提供了养分——当时海水中的钙元素变得丰富起来。"正是在那时，生命学会了调动钙元素，从而形成骨骼和外壳，"弗拉芒说。不过他也承认，地幔动力过程很可能并非促成寒武纪生命大爆发的唯一因素。"我认为说地幔决定了这一进程的节奏，这种说法是有误导性的。但我认为它是共同作用的诸多力量之一。"
《自然》杂志，2026年。DOI: 10.1038/s41586-026-11156-5