在科罗拉多河切割形成今日大峡谷之前，北美大陆上或许曾矗立着一套规模惊人的巨型断崖系统。英国南安普敦大学牵头的一项新研究提出，约8亿年前，随着超级大陆罗迪尼亚开始裂解，一条高度可达数千米、延伸数千公里的“大断崖”可能横贯北美西部，并持续重塑当地地貌。强烈侵蚀最终剥离了大量岩层，使如今亚利桑那州大峡谷中可见的古老结晶基岩得以露出。
该研究发表在《Geology》期刊，由南安普敦大学、德国亥姆霍兹地球科学中心与波茨坦大学，以及美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员共同完成。研究团队认为，这套古老断崖当年或穿过如今的亚利桑那州、犹他州、爱达荷州、怀俄明州、科罗拉多州、得克萨斯州、俄克拉何马州、阿肯色州、密苏里州和伊利诺伊州等地。
南安普敦大学地球科学教授、论文第一作者托马斯·格农表示，大峡谷保存了约20亿年的地质历史，但其中超过一半的岩石记录似乎已经缺失。研究认为，大峡谷底部的基岩并非突然暴露，而是在远古超级大陆裂解期间，伴随一条巨大断崖的形成与后退，逐步被抬升并出露到地表。
这一发现也为“大不整合”提供了新的解释线索。所谓大不整合，是指岩石记录中延续超过10亿年的巨大时间缺口，长期以来一直是地质学界的谜题。研究人员指出，断崖形成后造成的长期、大规模侵蚀，可能正是部分地区古老岩层消失的重要原因。
为重建这一早已消失的远古地貌，研究团队将板块构造复原结果与景观演化数据相结合，追踪罗迪尼亚裂解期间北美西部的地表变化。分析显示，未来的大峡谷区域当时相对于古大陆边缘的位置，与今天南非和巴西等地大型断崖附近的地理格局颇为相似。
模型推测，这一巨型断崖系统在数千万年内不断向大陆内部后退，局部地区最多可能有约8公里厚的岩层遭到侵蚀。该结果与已有地质证据相吻合：在现代大峡谷形成之前，该地区部分地带已经损失了约5至10公里厚的岩石。
格农指出，这一持续存在的构造地貌，为理解美国西南部与大不整合有关的侵蚀作用为何存在巨大区域差异，补上了关键一环。研究团队认为，大陆裂谷和裂解引发的构造抬升，形成了陡峭斜坡和高地，为河流与冰川侵蚀创造了有利条件。
研究人员还认为，这条断崖的影响并不局限于大峡谷基岩的出露。作为北美古老陆核劳伦大陆西缘一条长期存在的山地边界，它可能影响了河流的流向、沉积物的聚集位置，以及海平面上升时海水何时、如何侵入大陆内部。彼时正值寒武纪生命大爆发前夕，复杂生命正在迅速多样化。
研究团队表示，今天仍可在非洲、巴西、印度和南极洲看到的断崖地貌，为人们理解数亿年尺度上塑造大陆的动力过程提供了现实参照。通过将大峡谷的远古演化与南非大断崖等活跃地貌进行对比，科学家得以从全新角度审视这一北美最具代表性的地质景观。
研究人员认为，这项成果还有望帮助地质学家重新解读其他古老大陆内部的岩石记录缺口，并进一步厘清地球大陆在漫长地质年代中不断变化的过程。