在地幔深處發現的生命痕跡
5.4 億年前動物群的快速發展已經永久性地改變了地球——深入到它的下地幔。由 ETH 研究員 Andrea Giuliani 領導的一個團隊在該區域的巖石中發現了這種發展的痕跡。
很容易看出，地球內部的過程會影響地表發生的事情。例如，火山會挖掘出巖漿巖并將氣體排放到大氣中，從而影響地球上的生物地球化學循環。
然而，不太明顯的是，相反的情況也是如此：地球表面發生的事情會影響地球的內部——甚至深入到很深的地方。這是蘇黎世聯邦理工學院地球科學系 SNSF Ambizione 研究員 Andrea Giuliani 領導的國際研究小組在發表在《科學進展》雜志上的一項新研究中得出的結論。根據這項研究，我們星球上生命的發展會影響地球下地幔的一部分。
碳作為信使
在他們的研究中，研究人員檢查了來自地球歷史不同時期的罕見的含鉆石火山巖，稱為金伯利巖。這些特殊的巖石是來自地幔最低區域的信使。科學家們測量了這些特殊巖石的大約 150 個樣品中碳的同位素組成。他們發現，年齡不到 2.5 億年的年輕金伯利巖的成分與較老巖石的成分差異很大。在許多較年輕的樣本中，碳同位素的組成超出了地幔巖石的預期范圍。
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金伯利巖是從很深的地方來到地球表面的復雜巖石。圖片顯示了富含碳酸鹽的金伯利巖的薄片。信用：大衛斯沃特/地幔展覽的使者
研究人員看到了寒武紀大爆發中年輕金伯利巖組成變化的決定性觸發因素。這個相對較短的階段——從地質學上講——發生在大約 5.4 億年前的寒武紀開始時的幾千萬年。在這個劇烈的轉變中，幾乎所有現存的動物部落都是第一次出現在地球上。“海洋中生命形式的巨大增加決定性地改變了地球表面正在發生的事情，”朱利安尼解釋說。“這反過來又影響了海底沉積物的組成。”
從海洋到地幔再返回
對于地球的下地幔，這種轉變是相關的，因為海底的一些沉積物，其中沉積了來自死亡生物的物質，通過板塊構造進入地幔。沿著俯沖帶，這些沉積物——連同下面的洋殼——被輸送到很深的地方。通過這種方式，作為有機物質儲存在沉積物中的碳也到達了地幔。那里的沉積物與來自地幔的其他巖石物質混合，經過一段時間（估計至少有 200-3 億年），在其他地方再次上升到地球表面——例如以金伯利巖巖漿的形式。
值得注意的是，海洋沉積物的變化留下了如此深刻的痕跡，因為總的來說，只有少量的沉積物沿著俯沖帶輸送到地幔深處。“這證實了地幔中的俯沖巖石材料不是均勻分布的，而是沿著特定的軌跡移動，”朱利安尼解釋說。
地球作為一個整體系統
除了碳，研究人員還檢查了其他化學元素的同位素組成。例如，鍶和鉿這兩種元素表現出與碳相似的模式。“這意味著碳的特征不能通過脫氣等其他過程來解釋，否則鍶和鉿的同位素將不會與碳的同位素相關，”朱利安尼指出。
新發現為進一步研究打開了大門。例如，受生命出現的顯著影響的磷或鋅等元素也可以為地球表面的過程如何影響地球內部提供線索。“地球確實是一個復雜的整體系統，”朱利安尼說。“我們現在想更詳細地了解這個系統。”
參考文獻：
安德里亞·朱利安尼、拉塞爾·N·德賴斯代爾、喬恩·D·伍德黑德、諾亞·J·普蘭納夫斯基、大衛·菲利普斯、珍妮特·赫格特、威廉·L·格里芬、塞南·厄施的“寒武紀爆炸對深地碳循環的擾動” ，Hayden Dalton 和 Gareth R. Davies，2022 年 3 月 4 日，科學進展。
DOI: 10.1126/sciadv.abj1325