在东非图尔卡纳裂谷下方，科学家发现地壳正在变薄至一个临界点，这表明该大陆正在逐渐分裂。这种“颈缩”过程标志着裂谷作用已进入高级阶段，最终可能导致数百万年后形成一个新的海洋。令人惊讶的是，正在分裂陆地的同一股地质力量，或许也能解释为何该地区拥有如此丰富的化石记录。图尔卡纳可能并非人类的发源地，而只是这段历史保存得最为完好的地方。
研究结果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。
由移动的构造板块塑造的巨大裂谷
图尔卡纳裂谷横跨肯尼亚和埃塞俄比亚约500公里，是更大的东非裂谷系的一部分。这一巨大系统从埃塞俄比亚东北部的阿法尔洼地一直延伸到莫桑比克，将非洲构造板块与阿拉伯板块和索马里板块分隔开来。在图尔卡纳地区，非洲板块和索马里板块正以每年约4.7毫米的速度缓慢分离。
随着这种分离的发生，一个称为裂谷作用的过程将地壳侧向拉伸。这种应变导致地表弯曲和破裂，使得来自地球深处的岩浆向上涌升。
并非所有裂谷都会将大陆完全分裂。然而，在这种情况下，图尔卡纳裂谷似乎正走在这一路径上。
科学家探测到出乎意料的地壳变薄
“我们发现该区域的裂谷作用比任何人认识到的都要更先进，地壳也更薄，”研究主要作者、哥伦比亚气候学院下属拉蒙特-多尔蒂地球观测站的博士生克里斯蒂安·罗恩说。“东非的裂谷进程比之前认为的更进一步。”
为了得出这一结论，罗恩及其同事分析了一组罕见的高质量地震数据，这些数据是与行业合作伙伴及由已故古人类学家理查德·利基创立的图尔卡纳盆地研究所合作收集的。通过研究声波如何穿过地下层并结合其他成像方法的结果，团队绘制了沉积结构图，并确定了裂谷下方地壳的深度。
沿裂谷中心，地壳厚度仅约13公里。在更远的地方，厚度超过35公里。这种巨大的差异指向了一种被称为“颈缩”的过程。
“颈缩”标志着关键的构造阶段
该术语描述了地壳如何在中间拉伸并变薄，类似于一块盐水太妃糖被拉开时形成的狭窄“颈部”。随着地壳变薄，它也变得更脆弱，使得裂谷作用更容易继续。
“地壳越薄，就越脆弱，这有助于促进裂谷作用的持续，”罗恩说。最终，地壳可能会完全断裂。
“我们已经达到了地壳破裂的‘关键阈值’，”拉蒙特地球物理学家、研究合著者安妮·贝塞尔说。“我们认为这就是它更容易分离的原因。”
即便如此，这些变化也是在巨大的时间尺度上展开的。图尔卡纳裂谷开始张开于约4500万年前，研究人员估计颈缩作用是在约400万年前的广泛火山喷发后开始的。可能还需要几百万年才能进入下一阶段，即“洋化作用”。在那一阶段，岩浆将穿过裂缝上升形成新的海底，来自北面印度洋的海水最终可能会涌入。
早期失败裂谷作用的证据
团队还发现了早期裂谷事件的迹象，该事件并未导致大陆的完全分裂。相反，它使地壳变得更薄、更脆弱，为当前的活动阶段奠定了基础。
“这挑战了一些关于大陆如何分裂的传统观点，”罗恩说。
由于图尔卡纳裂谷是已知第一个正在经历颈缩作用的活跃大陆裂谷，它为科学家提供了一个研究构造演化这一关键阶段的难得机会。
“本质上，我们现在拥有了前排座位，可以观察一个从根本上塑造了世界上所有裂谷边缘的关键裂谷阶段，”同样来自拉蒙特的合著者福拉林·科拉沃尔说。这些过程与其他地球系统密切相关，有助于研究人员重建过去的景观、植被和气候模式。“然后我们可以利用这些知识来了解未来会发生什么，即使在较短的时间尺度上，”贝塞尔说。
重新思考人类演化的化石记录
这些发现也为该地区非凡的化石记录提供了新视角。图尔卡纳裂谷已产出了过去400万年中超过1200件人族化石，约占非洲此类发现总量的三分之一。许多科学家长期以来将该地区视为人类演化的一个关键中心。
罗恩和同事提出了另一种可能性。
在约400万年前的广泛火山活动之后，颈缩作用的开始导致裂谷内的陆地沉降。这种沉降创造了细粒沉积物快速堆积的条件，这对于保存化石非常理想。
“条件适宜保存连续的化石记录，”罗恩说。
这意味着图尔卡纳裂谷作为人类祖先演化的地点可能并不具备独特的重要性，而更像是一个地质条件使其更容易记录这段历史的地方。
这一观点仍是一个假设，但它为研究开辟了新途径。“但其他研究人员现在可以利用我们的结果来探索这些想法，”罗恩说。“此外，我们的结果可以输入到与气候耦合的构造模型中，以真正探索变化的构造和气候如何影响了我们的演化。”
研究团队还包括来自西华盛顿大学的保罗·贝特卡和来自剑桥大学的约翰·罗恩。