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板块构造又将如何影响地球上的生命?

中国北京时间 5 月 25 日信息，新的数据信息说明，地球大气层在 32 亿光年前发生了裂开，而这一发觉也许将有利于表明板块构造怎样促进繁杂生命的演变。

2016 年，生态学家乔纳斯・图什和卡斯滕・蒙克从加拿大内陆地区敲击、收集了 1000 磅的岩石，并将其国际空运回德国科隆。历经 5 年的激光切割、粉碎、融解和剖析，她们从这种岩石中发觉了一个掩藏了数十亿年的密秘：板块构造健身运动逐渐的时代。

（左起）产生于 34.3 亿、32.4 亿、31.8 亿、30.7 亿和 27.4 亿光年前的碎屑岩，超越了板块构造逐渐以前和以后的阶段

地球表层硬实的岩石圈并不是总体一块，只是由缝隙连接的板块拼接而成，这在太阳系行星中是独一无二的。近些年，生物学家愈来愈多地将这种板块与地球上的别的特点联络起來，如平稳的地球大气层、防御性的电磁场和繁杂的生命，这些。殊不知，一直以来，地理学家们一直在争执地表什么时候瓦解成板块的准确時间，明确提出了各种各样互相分歧的理论，有些人觉得这次瓦解产生在地球上 45 亿光年历史时间的最开始 10 亿年里，也有些人觉得产生在近期 10 亿光年中的某一阶段。要想掌握板块构造怎样危害地球上别的一切事情，准确可能这一时间拥有关键的实际意义。

结构板块的扩大、撞击和下击暴流不仅营造了地球上的地理特征。在地球大气层，化学物质的循环系统有利于调整气侯，而内地和山峰的产生则为生态体系引入了关键的营养元素。实际上，假如板块构造逐渐的時间充足早得话，它很有可能会变成繁杂生命演变的关键推动力。也许我们可以更进一步，飘移的板块很有可能也是漫长的地外行星上高級生命存有的前提条件。

乔纳斯・图什（左）和卡斯滕・蒙克（右）在加拿大库迪布拉用铁锤敲击、收集太古宙的岩石试品

加拿大澳大利亚悉尼高校的地理学家莱纳・科林斯表明，乔纳斯・图什和卡斯滕・蒙克等人到《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发布的加拿大内陆地区岩石科学研究結果，早已捕获了板块构造发生时的“快照更新”。科学研究工作组对岩石中钨放射性核素的剖析表明，地球上大概在 32 亿光年前恰好处在向板块构造衔接的全过程中。

剑桥大学的岩石学者杰弗里・佩林觉得，这种发觉适用了以往十年来的别的间接证据，他们都偏向了这一时期。他说道：“这适用了地貌学界持续获得的的共识，即大概 30 亿光年前，板块构造逐渐在全世界范畴内发生。”

莱纳・科林斯也讲到：“有很多人从十分不一样的视角，并肩而立，都明确提出了 32 亿光年到 30 亿光年的预测值。”

地球上的模块

当法国地理学家阿尔弗雷德・魏格纳在 1912 年初次明确提出大陆漂移基础理论时，他的大部分同行业都觉得它是十分荒诞的。极大的陆上是怎样挪动的？魏格纳自己也没法明确驱动器大陆漂移的体制。实际上，直至 50 年以后，地理学家才搞清楚地幔 —— 地表和地心中间很厚的热岩石层 —— 內部的热对流会怎样促进地球表层板块的挪动。她们最后发觉，这种板块 ——15 个关键板块和几十个较小的板块 —— 在大洋中脊分散开来，伴随着地幔流动性而挪动，在边沿互相磨擦，并在“下击暴流带”处下击暴流回地幔中。

地球上板块由 15 个关键板块和几十个较小的板块构成，他们在大洋中脊分散开来，伴随着地幔流动性而挪动，在边沿互相磨擦，并在“下击暴流带”处下击暴流回地幔中

加州大学洛杉矶分校的地球上科学家卡罗莱娜・利斯戈 – 小熊泰洛尼说：“板块构造得出了一种十分条理清晰的土层挪动方法。根据板块构造基础理论，你也就能搞清楚为何有一些地区地震频发，为何有一些地区会出现又高又大的高山。”

在自此的几十年里，专家慢慢了解到，地球上的地球大气层、电磁场、平稳的气侯和物种多样性都和板块构造相关。“（板块构造）使我们的星球以它自身的方法运行，”利斯戈 – 小熊泰罗尼讲到。

最先，板块构造协助地球上在数十亿年里维持了适合定居的气侯，虽然太阳光在这段时间里慢慢调亮。地球上的适合气侯主要是由空气中的二氧化碳与硅酸盐矿物中间的化学变化铸就的，后面一种根据将二氧化碳埋在堆积物中，迟缓地减少了空气中空气污染物的水准。绝大多数的铝硅酸盐 — 二氧化碳反映产生在板块撞击所产生的山坡上。

地理学家在加拿大西北部地区的库迪布拉克拉通开展参观考察，那边有一些储存最完好无损的地球上初期岩石

除此之外，地幔、地表、深海和空气中间的物质循环保证了对生命营养元素的不断供货。板块构造使地幔更为细致，促使像磷那样的原素在内地地表的表层累积。当山峰风化层并被冲入海洋时，这种原素又为海面中的生命给予了营养物质。除此之外，内地自身也为新品类给予了充斥着太阳的自然环境。

一样关键的是，地幔热对流让发热量从地心逸出，协助地心造成电磁场。地磁场方向的范畴可拓宽至外太空最深处，维护地球大气层不会受到太阳风暴的腐蚀。

但是，在地球诞生前期，状况则是迥然不同的。放射性衰变使初期地核的溫度比如今高得多，因而那时候的地表呈绵软情况。几十年来，专家一直在争执地心什么时候制冷至充足的溫度，能够使地表硬底化成板块，随后逐渐挪动、瓦解、撞击和下击暴流。利斯戈 – 小熊泰罗尼强调，掌握这一关键性的变化什么时候产生，“将使大家能够更好地了解生命演变中的一些转变，地球是怎样产生如今那样的系统软件的…… 我们的星球现如今也是怎样运行的”。

岩石內部的纪录

破译地球上的“成型期”是非常很艰难的挑戰。数十亿年前的岩石不但少见，并且在悠长的時间中持续遭受板块健身运动的危害。这种岩石很有可能会得出杂乱无章而具备虚假性的历史时间信息内容。

一些生物学家觉得，板块构造健身运动最少从 40 亿光年前就开始了。她们的科学研究根据具备 40 亿光年历史时间的细微结晶，这种结晶的物理性质类似下击暴流带中造成的当代岩石。但别的学者辩驳称，这种结晶也可能是以别的方法产生的。

加拿大库迪布拉的科马提岩，时代为 32.7 亿光年前。岩石中长细的结晶 —— 材质相近周边的鬟刺属绿色植物 —— 是在超热溶岩喷涌并快速制冷时产生的。科马提岩只发觉于 25 亿光年前或更早阶段，被觉得是地幔溫度明显上升的直接证据

也有学者明确提出，从地貌学的视角，板块构造是在近期历史时间和实生物发生的。她们强调，在当代板块撞击区产生的已经知道岩石种类，其存有時间好像从来没有超出 7 亿光年。这类见解觉得，假如这种岩石中找不着更为历史悠久的样版，那麼板块构造的历史时间也一定不容易很久。

但是，这种岩石的外型很有可能体现的是板块构造逐渐后产生的转变，比如地核的迟缓制冷。学者表明，在某种意义上，时间观念的矛盾表明了板块构造自身也会伴随着時间而慢慢产生变化。与其说是板块构造经历了从“关掉”到“打开”的忽然变化，不如说是结构主题活动更可能是慢慢转变成了当代的方式。

不管怎样，以往十年中搜集的很多数据信息说明，这类演化的一个关键大转折产生在约 32 亿光年前的太古宙中后期。学者找到一些说明这类变化的直接证据。生态学示踪剂研究表明，co2、二氧化碳和水在哪以后逐渐在空气和地幔中间挪动。平稳的内地地表的容积也大幅度提升。仅有在哪以后产生的裸钻才带有榴辉岩残渣，它是一种由从地球大气层矿物质入侵地表深层或地幔而产生的岩石。另一方面，一种被称作科马提岩的超镁铁制溶岩逐渐从岩石纪录中消退。这类喷出岩在喷涌时十分热，其消退进一步说明地幔早已逐渐循环系统。

2020 年，几篇由不一样精英团队发布的长篇小说毕业论文探讨了这种直接证据，并单独下结论，觉得板块构造健身运动起源于约 32 亿光年前。但是，地球上的纪录依然模模糊糊，在一些人来看，这次争执仍在再次。科林斯表明，愈来愈多的学者在这里一难题上获得了的共识，而与钨相关的新科学研究又给予了一个适用该论点论据的“有机化学指纹识别”。

来源于地球上“新生儿期”的数据信号

2015 年，乔纳斯・图什和卡斯滕・蒙克在德国科隆高校设计方案了一种探寻板块构造发源的新方式。她们集中化科学研究钨 – 182，它是钨的 4 种稳定同位素之一（钨也有另一种药物半衰期尤其长的放射性物质放射性核素钨 – 180），是由铪 – 182 在太阳系行星产生后 6000 萬年内的放射性衰变产生的。“它是地球上最开始 6000 萬年的遗留下，”蒙克说。

在地球上初期的岩石中，钨 – 182 放射性核素应该是相对性丰富多彩的。殊不知，一旦板块构造健身运动逐渐，地幔的热对流搅拌便会使钨 – 182 与别的 4 种钨放射性核素混和，使岩石中的钨 – 182 成分匀称减少。图什和蒙克开发设计了一种合理的新方式，能够从古时候岩石中获取少量的钨。她们的下一步就是找寻可供剖析的岩石。

为了更好地剖析古时候岩石中的钨放射性核素比例，地理学家们用离子交换法色谱分析获取了岩石中的钨。融解的岩石试品被加进酸性溶液中，造成 不一样原素的竖直分离出来

一开始，她们剖析了在格陵兰岛中西部 Isua 地域收集的太古宙岩石。图什花了 11 个月的時间剖析这种试品，最后发觉钨 – 182 数据信息是稳定的，试品中间沒有明显的转变。科学研究工作人员推断，格陵兰岛的岩石古代历史产生过形变和加温，搅乱了其內部的生态学信息内容。

她们必须寻找更强的岩石，因此，她们赶到了加拿大南澳大利亚州的库迪布拉。“这儿有着全球储存最完好无损的太古宙岩石，”蒙克说，“与那一个时期的相近岩石对比，他们沒有经历过多的加温全过程。”

图什说：“我确实特想寻找不容易不断展现同样标值的试品。”在新南威尔士高校的乔治・范克南登克的具体指导下，科学研究工作组开了越野汽车在澳大利亚中部地区穿梭，看到了外露路面的锈迹鲜红色古火山岩石层，上边还长出鬟刺属绿色植物。这种绿色植物带有二氧化硅，材质坚硬，除开白蚂蚁外，基本上沒有别的小动物能以之为食。科学研究工作人员从 27 亿到 35 亿光年前产生的岩石和溶岩中收集了大概 5 吨的试品。

返回法国，乔纳斯・图什开始了工作中。它用岩石锯取下每一个试品内的新鮮岩石，将一些片状打磨抛光至人们秀发的一半总宽，使他们在显微镜下呈透明色。随后，他将剩余的试品破碎，浓缩，随后用质谱仪器剖析钨的放射性核素比例。

历经近些年的剖析，結果慢慢露出水面。此次的放射性核素比例发生了转变，令科学研究工作人员觉得很意外惊喜。在 33 亿光年前产生的岩石中，钨 – 182 的浓度值逐渐时较高，说明地核都还没混和；随后，在 2 亿多年的時间里，钨 – 182 标值慢慢降低，直至 31 亿光年前做到今日的水准。这类降低体现了历史悠久的钨 – 182 数据信号发生了稀释液，由于库迪布拉下边的地核逐渐混和。这类混和说明板块构造早已逐渐。

迅速，地球上就将从一个像冰岛一样遍及火山岛的水上世界，变为一个有着山峰、江河、洪泛区、湖水和近海的内地全球。

一个为生命造就的新天地

在大概 32 亿光年前逐渐以后，板块构造又将怎样危害地球上的生命？

早在 39 亿光年前，地球上就发生了生命；34.8 亿光年前，生命在库迪布拉的堆积物中堆起来了一个个小圆丘，称之为叠层石。这一状况说明，在最基本上的方面上，板块构造并并不是生命存有的前提条件。殊不知，当板块构造健身运动逐渐时，生命也逐渐越来越多元化，这很可能并不是偶然。

伴随着板块构造的发展趋势，阳光明媚的近海和充斥着内地岩石风化营养物质的湖水慢慢产生。病菌在这种自然环境中持续演变，根据植物光合作用获得太阳能发电，造成氧气。在下面的 5 亿光年里，这种氧气在天空中基本上只保存了一小部分，一部分缘故是氧气会马上与铁和别的化合物产生反映。除此之外，植物光合作用中造成的每一个氧原子都和一个氧原子相符合，进而非常容易重新排列成二氧化碳。也就是说，空气中的氧气并沒有净提升，除非是碳被掩埋起來。

慢慢地，板块构造健身运动给予的土地资源和堆积物掩埋了愈来愈多的碳，另外也给予了很多的磷，刺激性了光合菌的生长发育。地球大气最后在 24 亿光年前充满了氧气。

动物化石纪录表明，大概 5.4 亿光年前，繁杂多种多样的动物发生了大爆发。三叶虫是那一个时期总数数最多、最具象征性的生物种群之一。图上是一个三叶虫的动物化石，这类具备“铠甲”的动物繁荣昌盛了数百万年

氧气为地球上的绿色植物、动物和基本上全部以氧为基本的基础代谢给予了标准。比微生物更高、更繁杂的生命必须大量的动能，而在有氧气的状况下，生物体能够生产制造出大量带上动能的分子结构 —— 三磷酸腺苷（ATP）。美国麻省理工学院的阿西娜・阿尔弗雷说：“针对大家孰知的繁杂生命来讲，氧气尤为重要，”。

在说白了的“无趣十亿年”（boring billion）之中，生命多元性的发展趋势好像停滞不前了。“无趣十亿年”是古生物学者乔治・布拉西尔明确提出的从 18 亿光年前到 8 亿光年前的地球历史阶段，归属于远古宙，主要表现为自然环境、生物演变和岩石圈出人意表的平稳。在这里十亿年里，经历了澳大利亚超大陆和罗迪犬超大陆的演变。北大的唐铭等学者觉得，伴随着洋陆的平稳，山峰被彻底腐蚀，降低了注入深海的营养元素，造成 氧气水准降低。

最后，非常内地瓦解，促进新的山峰逐渐生长发育，并再度輸出营养元素。直至那时候 —— 大概 6 亿光年前 —— 繁杂的生物才逐渐多元化，其身型也伴随着地球上第二次氧气含量的升高而越来越更高。5 亿 4000 万年前，繁杂的动物生命在深海中暴发，没多久后也在陆上上暴发。这时干躁的陆上越来越合适定居，由于对流层中的氧气产生了活性氧，能够维护陆上生物免遭紫外线辐射。

“一种很有可能的状况是，很多别的大行星都发生了相近地球上太古宙的全球，很有可能在沒有板块构造的状况下一样发生了生命，”阿西娜・阿尔弗雷说，“但在一个沒有板块构造健身运动的大行星上，很有可能难以会出现繁杂的生命。”

以火花为例子。在最开始的十亿年来，火花和地球上十分类似，但火花从没产生板块构造，很有可能是由于它比地球上小，其內部工作压力不能驱动器地核的规模性热对流。反过来，火花快速产生了一层不利产生主题活动版块的厚地表。今日，火花展现锈鲜红色，基本上沒有地下水，沒有电磁场，都没有空气。要不是板块构造，这很有可能也是地球上的运势。