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看板块运动推动生命的演化.docx

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    • 看板块运动推动生命的演化科学家确定板块构造形成时间:推动复杂生命的演化2021年05月25日09:33新浪科技新浪科技讯 北京时间5月25日消息,新的数据表明,地球表面在 32亿年前发生了破裂,而这一发现或许将有助于阐明板块构造如何推动 复杂生命的演化2016年,地球化学家乔纳斯•图什和卡斯滕•蒙克从澳大利亚内陆 敲打、采集了 1000磅的岩石,并将其空运回德国科隆 经过 5年的切割、 破碎、溶解和分析,他们从这些岩石中发现了一个隐藏了数十亿年的秘 密:板块构造运动开始的年代地球表层坚硬的岩石圈并非整体一块,而是由紧密连接的板块拼合 而成,这在太阳系中是独一无二的构造板块的扩张、碰撞和俯冲不仅 仅塑造了地球的地理特征在地球表面,物质的循环有助于调节气候, 而大陆和山脉的形成则为生态系统注入了重要的营养物质事实上,如 果板块构造开始的时间足够早的话,它可能会成为复杂生命演化的主要 驱动力或许我们可以更进一步,漂移的板块可能也是遥远的地外行星 上高级生命存在的先决条件澳大利亚阿德莱德大学的地质学家艾伦•柯林斯表示,乔纳斯•图什 和卡斯滕•蒙克等人在《美国国家科学院院刊》 (PNAS )上发表的澳大利亚内陆岩石研究结果,已经捕捉到了板块构造出现时的“快照”。

      研究 小组对岩石中钨同位素的分析显示,地球大约在 32亿年前正好处于向板 块构造过渡的过程中牛津大学的岩石学家理查德・ 佩林认为,这些发现支持了过去十年来 的其他间接证据,它们都指向了这一时期他说:“这支持了地质学界 不断取得的共识,即大约 30亿年前,板块构造开始在全球范围内出现 ” 地球的引擎当德国地质学家阿尔弗雷德•魏格纳在 1912年首次提出大陆漂移理论时,地质学家才弄清楚地幔——地壳和地核之间厚厚的热岩层——内 部的对流会如何推动地球表层板块的移动他们最终发现,这些板块— —15个主要板块和几十个较小的板块——在大洋中脊分散开来,随着地 幔流动而移动, 在边缘相互摩擦 ,并在“俯冲带”处俯冲回地幔中在此后的几十年里,科学家们逐渐认识到,地球的大气层、磁场、 稳定的气候和生物多样性都与板块构造有关板块构造)使我们的 星球以它自己的方式运转,”利斯戈 -贝尔泰罗尼说道首先,板块构造帮助地球在数十亿年里保持了适宜居住的气候,尽管太阳在这段时间里逐渐变亮地球的适宜气候主要是由空气中的二氧 化碳与硅酸盐矿物之间的化学反应造就的,后者通过将二氧化碳埋在沉 积物中,缓慢地降低了大气中温室气体的水平。

      大部分的硅酸盐—二氧 化碳反应发生在板块碰撞所形成的山坡上此外,地幔、地壳、海洋和大气之间的物质循环确保了对生命必需 元素的持续供应板块构造使地幔更加精细,使得像磷这样的元素在大 陆地壳的表面积累当山脉风化并被冲进大海时,这些元素又为海水中 的生命提供了养分 此外,大陆本身也为新物种提供了充满阳光的环境同样重要的是,地幔对流让热量从地核逸出,帮助地核产生磁场 地球磁场的范围可延伸至太空深处,保护大气层不受太阳风暴的侵蚀不过,在地球诞生初期,情况却是截然不同的放射性衰变使早期 地球内部的温度比现在高得多,因此当时的地壳呈松软状态岩石内部的记录破解地球的“成形期”是相当很困难的挑战数十亿年前的岩石不 仅罕见,而且在漫长的时间中不断受到板块运动的影响这些岩石可能 会给出杂乱而具有误导性的历史信息在现代板块碰撞区形成的已知岩石类型,其存在时间似乎从来没有 超过 7 亿年这些岩石中找不到更加古老的样本,那么板块构造的历史 也一定不会太久这些岩石的外观可能反映的是板块构造开始后发生的 变化,例如地球内部的缓慢冷却研究者表示,在某种程度上,对时间 的分歧说明了板块构造本身也会随着时间而逐渐发生变化与其说板块 构造经历了从“关闭”到“开启”的突然转变,不如说构造活动更可能 是逐渐演变成了现代的形式。

      过去十年中收集的大量数据表明,这种演变的一个重要转折点发生 在约 32 亿年前的太古宙中期研究者找到了一些表明这种转变的证据 地球化学示踪研究表明,氧气、二氧化碳和水在那之后开始在大气和地 幔之间移动稳定的大陆地壳的体积也大幅增加只有在那之后形成的 钻石才含有榴辉岩杂质,这是一种由从地球表面矿物侵入地壳深部或地 幔而形成的岩石另一方面,一种被称为科马提岩的超镁铁质熔岩开始 从岩石记录中消失这种喷出岩在喷发时非常热,其消失进一步表明地 幔已经开始循环柯林斯表示,越来越多的研究者在这一问题上取得了 共识,而与钨有关的新研究又提供了一个支持该论点的“化学指纹”来自地球“婴儿期”的信号2015年,乔纳斯•图什和卡斯滕•蒙克在德国科隆大学设计了一种 探索板块构造起源的新方法他们集中研究钨 -182 ,这是钨的 4 种稳定 同位素之一(钨还有另一种半衰期特别长的放射性同位素钨 -180 ),是 由铪-182 在太阳系形成后 6000 万年内的放射性衰变形成的 “这是地球 最初 6000 万年的遗留,”蒙克说在地球早期的岩石中,钨 -182 同位素应该是相对丰富的然而,一 旦板块构造运动开始,地幔的对流搅动就会使钨 -182 与其他 4 种钨同位 素混合,使岩石中的钨 -182 含量均匀降低。

      图什和蒙克开发了一种有效 的新方法,可以从古代岩石中提取微量的钨他们的下一步便是寻找可 供分析的岩石一开始,他们分析了在格陵兰岛西部 Isua 地区 采集的 太古宙岩石 图什花了 11 个月的时间分析这些样品,最终发现钨 -182 数据是平稳的, 样品之间没有显著的变化研究人员推测,格陵兰岛的岩石在历史上发 生过变形和加热,扰乱了其内部的地球化学信息他们需要找到更好的岩石,于是,他们来到了澳大利亚西澳大利亚 州的皮尔布拉 “这里拥有全世界保存最完好的太古宙岩石,”蒙克说, “与那个时代的类似岩石相比,它们没有经历过多的加热过程 图什说:“我真的很想找到不会反复呈现相同数值的样品在新 南威尔士大学的马丁・范克南登克的指导下,研究小组开着越野车在澳洲 内陆地区穿行,看到了露出地面的铁锈红色古火山岩层,上面还长着鬟 刺属植物这些植物含有二氧化硅,质地刚硬,除了白蚁外,几乎没有 其他动物能以之为食研究人员从 27亿到35亿年前形成的岩石和熔岩 中采集了大约 5吨的样品回到德国,乔纳斯•图什开始了工作他用岩石锯取出每个样品内的 新鲜岩石,将一些薄片抛光至人类头发的一半宽度,使它们在显微镜下 呈半透明。

      然后,他将剩下的样品粉碎,浓缩,然后用质谱仪分析钨的 同位素比率经过近两年的分析,结果逐渐浮出水面这次的同位素比率出现了 变化,令研究人员感到很惊喜在 33亿年前形成的岩石中,钨 -182的浓 度开始时较高,表明地幔还没有混合;然后,在 2亿多年的时间里,钨 -182数值逐渐下降,直到 31亿年前达到今天的水平这种下降反映了古 老的钨-182信号出现了稀释,因为皮尔布拉下面的地幔开始混合这种 混合表明板块构造已经开始很快,地球就将从一个像冰岛一样遍布火山岛的水世界,变成一个 拥有山脉、河流、洪泛区、湖泊和浅海的大陆世界一个为生命创造的新世界在大约 32亿年前开始之后,板块构造又将如何影响地球上的生命? 早在39亿年前,地球上就出现了生命; 34.8亿年前,生命在皮尔布 拉的沉积物中堆成了一个个小圆丘,称为叠层石这一现象表明,在最 基本的层面上,板块构造并不是生命存在的先决条件然而,当板块构 造运动开始时,生命也开始变得多样化,这很可能不是巧合随着板块构造的发展,阳光普照的浅海和充满大陆岩石风化养分的 湖泊逐渐形成细菌在这些环境中不断演化, 通过光合作用获取太阳能, 产生氧气在接下来的 5亿年里,这些氧气在天空中几乎只保留了一小 部分,部分原因是氧气会立即与铁和其他化学物质发生反应。

      此外,光 合作用中产生的每个氧分子都与一个碳原子相匹配,从而很容易重新组 合成二氧化碳换句话说,大气中的氧气并没有净增加,除非碳被埋藏 起来渐渐地,板块构造运动提供的土地和沉积物埋藏了越来越多的碳, 同时也提供了大量的磷,刺激了光合细菌的生长地球大气最终在 24亿 年前充满了氧气化石记录显示,大约 5.4亿年前,复杂多样的动物出现了大爆发三 叶虫是那个时代数量最多、最具代表性的生物类群之一图中是一个三 叶虫的化石,这类具有“盔甲”的动物繁盛了数千万年 氧气为地球上的植物、动物和几乎所有以氧为基础的新陈代谢提供 了条件比微生物更大、更复杂的生命需要更多的能量,而在有氧气的 情况下,生物体可以制造出更多携带能量的分子 ——三磷酸腺苷(ATP)美国麻省理工学院的阿西娜・埃斯特说:“对于我们所知的复杂生命而言, 氧气至关重要,”在所谓的“无聊十亿年"(boring billion )当中,生命复杂性的 发展似乎停滞了 “无聊十亿年”是古生物学家马丁•布拉西尔提出的从 18亿年前到 8亿年前的地球历史时期,属于远古宙,表现为环境、生物 演化和岩石圈异乎寻常的稳定在这十亿年间,经历了哥伦比亚超大陆 和罗迪尼亚超大陆的演进。

      北京大学的唐铭等研究者认为,随着洋陆的 稳定,山脉被完全侵蚀,减少了流入海洋的营养物质,导致氧气水平下 降最终,超级大陆分裂,促使新的山脉开始生长,并再次输出营养物 质直到那时——大约 6 亿年前——复杂的生物才开始多样化,其体型 也随着地球第二次含氧量的上升而变得更大 5 亿 4000 万年前,复杂的 动物生命在海洋中爆发,不久后也在陆地上爆发此时干燥的陆地变得 适合居住,因为平流层中的氧气形成了臭氧,可以保护陆地生物免受紫 外线辐射一种可能的情况是,许多其他行星都出现了类似地球太古宙的世 界,可能在没有板块构造的情况下同样出现了生命, ”阿西娜•埃斯特说,“但在一个没有板块构造运动的行星上,可能很难会有复杂的生命以火星为例在最初的十亿年里,火星和地球非常相似,但火星从 未形成板块构造,可能是因为它比地球小,其内部压力不足以驱动地幔 的大规模对流相反,火星迅速形成了一层不利于形成活动板块的厚地 壳今天,火星呈现锈红色,几乎没有地表水,没有磁场,也没有大气 如果不是板块构造,这可能也是地球的命运任天)看了文章还是那一句话,变化的电磁力是宇宙、地球变化的动力, 宇宙、地球的变化是粒子、物质、物体、星球分分合合,重 新组合。

      电参数、机械参数都是变化的任何物体、任何两 点都有变化的电参数,所以原子是带电的,一切粒子都是带 电的,都是电磁物质物质、物体是电磁物质的集合体,物 质、物体是带电的所有物体之间的力量是变化的电磁力, 电磁力分为引力和斥力,二者能相互转换宏观的摩擦使微观摩擦(热运动)加剧,电参数和机械 参数变化增大。

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