原文来源：Pierce J, Evans D, Polomski D, et al., 2025. Magnetostratigraphic constraints on the late Ediacaran paleomagnetic enigma. Science Advances, eady3258.
https://doi.org/10.1126/sciadv.ady3258.
研究背景和科学问题
埃迪卡拉纪是地球系统演化过程中的关键阶段，体现了深部过程与表生环境的协同演化。这一时期发生了诸多重大事件，包括Rodinia超大陆的最终裂解和Gondwana大陆的逐步聚合、早期多细胞生命的出现、全球气候剧烈波动和大气增氧事件等。准确重建埃迪卡拉纪古地理格局，对于理解地球各圈层之间的相互作用具有重要意义。然而，当前对该时期的古地理重建仍面临诸多困难，主要原因是古地磁数据之间存在显著不一致性，表现出快速大幅的极移现象。由于现有古地磁数据的时间分辨率和年龄约束精度有限，导致目前存在多种假说，包括板块快速运动、真极移以及异常地磁场行为（如非偶极子场、赤道偶极子场成分增强或地磁场长期变（时间尺度大于数百年的地磁场变化）加剧）等。那么，埃迪卡拉纪复杂的古地磁数据究竟源于板块快速运动或真极移，还是地磁场本身的不稳定性？如何构建一个既符合古地磁数据又与地质证据相协调的古地理模型？该研究以摩洛哥Anti-Atlas山脉的Ouarzazate群为研究对象，开展磁性地层学研究，并结合高精度锆石化学剥蚀-热电离质谱法（CA-TIMS）定年，旨在通过精确约束视极移速率，揭示埃迪卡拉纪复杂古地磁数据的成因，并进一步构建该时期的古地理格局。
科学内涵
研究思路：准确约束视极移速率是理解埃迪卡拉纪古地磁数据复杂性成因的关键，而这依赖于高分辨率的古地磁记录和高精度的年代学控制。摩洛哥Anti-Atlas山脉位于西非克拉通西北缘，广泛出露的埃迪卡拉纪Ouarzazate群为一套厚约2500 m的火山岩夹少量沉积岩序列，变质程度低，形成于580–540 Ma。尽管Bou Azzer地体Ouarzazate群的早期研究已获得两个差异显著的可靠古地磁极，指示了较快的视极移速率，但由于这两个古地磁极分别来自不同采样地，其视极移速率的估算可能受到地层对比不确定性的影响。该研究对同一地区的Ouarzazate群开展了系统的磁性地层学和高精度年代学研究。首先，通过在多个剖面进行磁性地层学研究，并利用区域尺度的标志层（特别是图1中粉色线标出的古冰蚀面）确保剖面之间地层对比的可靠性，进而对不同剖面的古地磁数据进行区域一致性检验，评价其原生性。此外，该研究还利用埃迪卡拉纪末的砾石层开展古地磁数据质量检验，进一步支持其原生性。其次，Ouarzazate群的沉积速率较高，开展磁性地层学研究有望获得高时间分辨率的古地磁数据。最后，在古地磁采样剖面的底部、中部和顶部进行高精度CA-TIMS测年，为研究剖面建立可靠的年代标尺。采用这种高分辨率可靠古地磁数据和高精度年代标尺相结合的研究思路，成功实现了对埃迪卡拉纪晚期视极移速率的精确约束，为解决该时期古地磁数据复杂性以及揭示地磁场特征提供了关键证据。
核心发现1：埃迪卡拉纪晚期地磁场长期变增强，但其时间平均场仍符合地心轴向偶极子场模型。该研究从四个剖面的Ouarzazate群采集了250多个古地磁样品（以火山岩为主，含少量沉积岩），获得了可靠的高解阻温度（660–680 °C）特征剩磁。利用剖面顶部埃迪卡拉纪末的砾石层开展了数据质量检验，确认上述特征剩磁为原生组分。各采点内部样品的特征剩磁方向一致，但不同采点的Fisher平均方向随层位逐渐变化（图1），并沿西南–东北向大圆分布（图2D）。基于三个高精度锆石CA-TIMS年龄数据（567.935 ± 0.035/0.17/0.65 Ma、566.78 ± 0.19/0.24/0.65 Ma和562.220 ± 0.079/0.16/0.62 Ma），结合火山岩的离散喷发特征，建立了剖面BA01的贝叶斯年龄模型（图2D），确定了每个古地磁采点的年龄，亦即每个采点特征剩磁方向对应虚地磁极的年龄，进而精确约束了视极移速率（图2C）。特征剩磁的倾角在567.935 Ma和566.78 Ma之间发生快速变化（图1），按照传统古纬度变化计算，其视极移速率高达约100°/Myr（图2C），远超板块运动（＜2°/Myr）或真极移（5-10°/Myr）所能解释的范围。考虑到地球外核液体运动的时间常数约为千年量级，Ouarzazate群火山岩虚地磁极这种万年尺度的大幅变化与埃迪卡拉纪地球发电机的长期变相符。因此，该结果表明埃迪卡拉纪晚期地磁场存在增强的长期变。尽管长期变增强，但沉积岩的剩磁获得过程相对缓慢，能够平均掉地磁场短期波动。剖面BA07中红层的Fisher平均虚地磁极与火山岩（来自剖面BA01、BA04和BA08）的Bingham平均虚地磁极的置信椭圆重叠（图3），表明时间平均地磁场是稳定的。此外，红层古地磁数据显示西非当时位于高纬度地区（67.6°），与研究区冰川活动记录一致，进一步支持时间平均地磁场符合地心轴向偶极子场模型。
图1 摩洛哥Bou Azzer地体Ouarzazate群的磁性地层和年龄。左下角图中红色五角星为本研究采样区。粉色、蓝色和绿色线为剖面BA01、BA04、BA07和BA08地层对比的区域标志层。剖面BA01和BA08的特征剩磁等面积投影图位于中间，通过线条与其采点相连。剖面BA07和BA04的特征剩磁等面积投影图分别位于左侧和右侧。黄色五角星为本研究年龄样层位。所有特征剩磁方向均经过地层校正。剖面BA07的特征剩磁方向没有经过倾角浅化校正。
图2 U-Pb年龄、年龄模型、视极移速率和采点特征剩磁方向的Bingham平均。（A）U-Pb测年结果。样品RA03采自剖面BA01、BA07和BA08的底部流纹岩；样品MR34采自区域对比标志层冰川活动相关的冰蚀面之下；样品MR41采自剖面BA01、BA08和BA07最上方的流纹岩层，该层位于埃迪卡拉纪末的砾岩层之下，该砾岩层样品的特征剩磁结果通过了砾石检验。（B）剖面BA01的贝叶斯年龄模型，年龄样MR41位于最上面古地磁样品之上约200米。该模型结合了火山岩的离散喷发特征，表现为随地层向上的阶梯式年龄序列。黑色圆和红色星分别为年龄样和古地磁采点。（C）采点虚地磁极的累积视极移曲线，采点年龄为（B）中年龄模型的内插值。插图为视极移速率是180°/Myr、90°/Myr、45°/Myr和7°/Myr的斜率。其中，7°/Myr为快速真极移速率（Rose and Buffett, 2017）。（D）剖面BA01和BA08的采点特征剩磁方向的等面积投影及其Bingham平均。数据点旁的数字为采点编号，与图1等面积投影图中的一致。灰色数据点来自剖面BA04，该剖面与剖面BA01、BA07和BA08的地层对比不够精确。图中给出了Bingham平均值及其置信椭圆以及利用Bingham参数计算出的大圆。
核心发现2：在具有相对古经度约束的古地理重建中，西非位于高纬度地区。在~570–565 Ma期间，西非和劳伦是全球仅有的同时具有火山岩和沉积岩记录的克拉通。该研究对这两个大陆这一时期的古地磁极进行了重新计算，火山岩虚地磁极采用Bingham法平均，其置信椭圆长轴沿地球经线分布，沉积岩虚地磁极采用Fisher法平均（或倾角浅化校正的Kent法）。随后在全球背景下对西非和劳伦进行了古地理重建（图3），重建过程为：将沉积岩古地磁极置于地理南极，将两个大陆火山岩的置信椭圆长轴对齐。重建结果显示，西非位于高纬度地区，与其冰川活动记录一致，劳伦位于低纬度地区，两者之间具有相对古经度约束（图3）。这一格局符合冈瓦纳大陆聚合及埃迪卡拉纪晚期至寒武纪Iapetus洋打开的构造背景。
图3 西非（蓝色）和劳伦（橙色）的古地理重建（沉积岩数据采用Fisher法平均，火山岩数据采用Bingham法平均）。来自沉积岩的古地磁极用于约束古纬度；基于增强长期变地磁场为偶极子场，来自火山岩的古地磁极用于约束相对古经度。星号为古地磁采样区。实线/虚线三角形为高/中置信度的冰川沉积（置信度取决于冰川沉积的证据和~565 Ma的年龄约束）。BA: Bou Azzer；C-W: Clanzschwitz-Weesenstein；Dh: Dhaiqa；Fa: Fauquier；Gr: Granville；Gw: Gwna；Ip: Iporanga；Ka: Kahar；Or: Orellana；SA: Serra Azul；R17: Robert et al. (2017)。根据D. Evans和B. Eglington全球构造综合重建，确定了其它缺少同期火成岩和沉积岩古地磁数据克拉通（标出了现代海岸线和政治边界）位置，显示西非和劳伦重建符合全球尺度古地理背景。
重要启示
启示1：埃迪卡拉纪复杂地磁场特征及未来研究方向。全球埃迪卡拉纪古地磁数据的复杂性长期困扰研究者，表现为一个大陆的古地磁极在短时间内可以从极区迅速移至赤道地区，这很难解释。长期以来，存在板块快速运动、真极移和异常地磁场行为等多种争议。该研究以西非Ouarzazate群为研究对象，基于高分辨率古地磁结果和高精度测年数据，精确约束了视极移速率，揭示出埃迪卡拉纪晚期具有增强长期变的稳定地心轴向偶极子场特征。这为未来埃迪卡拉纪古地磁研究提供了重要参考，即高分辨率古地磁研究和高精度年代学相结合的工作思路。华南板块广泛出露埃迪卡拉纪地层，变质程度低，均为沉积岩，缺乏同期火山岩。尽管其底界和顶界年龄已有很好约束，但层序内的绝对年龄控制仍较薄弱。旋回地层学可建立高分辨率（万年尺度）的浮动天文年代标尺，若与高分辨率（磁性地层级别）古地磁研究相结合，有望进一步揭示埃迪卡拉纪地磁场特征，推动该时期古地理和地磁场演化研究。
启示2：古地理重建方法的新思路。该研究提出了一种结合火山岩和沉积岩古地磁数据的古地理重建新方法。采用Bingham法处理火山岩古地磁数据，将不同大陆的磁极位置对应地理南极或北极，将其置信椭圆长轴对齐，从而确定这些大陆间的相对古经度，突破了传统古地磁仅能约束古纬度的限制。这一方法为深时古地理重建提供了新视角，特别是在缺乏火山岩记录的陆块中，仍可借助沉积岩数据与全球地磁场长期变特征进行合理重建。
——解读人：李海燕
——责任编辑：汤冬杰
