在地幔深处发现的生命痕迹
5.4 亿年前动物群的快速发展已经永久性地改变了地球——深入到它的下地幔。由 ETH 研究员 Andrea Giuliani 领导的一个团队在该区域的岩石中发现了这种发展的痕迹。
很容易看出，地球内部的过程会影响地表发生的事情。例如，火山会挖掘出岩浆岩并将气体排放到大气中，从而影响地球上的生物地球化学循环。
然而，不太明显的是，相反的情况也是如此：地球表面发生的事情会影响地球的内部——甚至深入到很深的地方。这是苏黎世联邦理工学院地球科学系 SNSF Ambizione 研究员 Andrea Giuliani 领导的国际研究小组在发表在《科学进展》杂志上的一项新研究中得出的结论。根据这项研究，我们星球上生命的发展会影响地球下地幔的一部分。
碳作为信使
在他们的研究中，研究人员检查了来自地球历史不同时期的罕见的含钻石火山岩，称为金伯利岩。这些特殊的岩石是来自地幔最低区域的信使。科学家们测量了这些特殊岩石的大约 150 个样品中碳的同位素组成。他们发现，年龄不到 2.5 亿年的年轻金伯利岩的成分与较老岩石的成分差异很大。在许多较年轻的样本中，碳同位素的组成超出了地幔岩石的预期范围。
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金伯利岩是从很深的地方来到地球表面的复杂岩石。图片显示了富含碳酸盐的金伯利岩的薄片。信用：大卫斯沃特/地幔展览的使者
研究人员看到了寒武纪大爆发中年轻金伯利岩组成变化的决定性触发因素。这个相对较短的阶段——从地质学上讲——发生在大约 5.4 亿年前的寒武纪开始时的几千万年。在这个剧烈的转变中，几乎所有现存的动物部落都是第一次出现在地球上。“海洋中生命形式的巨大增加决定性地改变了地球表面正在发生的事情，”朱利安尼解释说。“这反过来又影响了海底沉积物的组成。”
从海洋到地幔再返回
对于地球的下地幔，这种转变是相关的，因为海底的一些沉积物，其中沉积了来自死亡生物的物质，通过板块构造进入地幔。沿着俯冲带，这些沉积物——连同下面的洋壳——被输送到很深的地方。通过这种方式，作为有机物质储存在沉积物中的碳也到达了地幔。那里的沉积物与来自地幔的其他岩石物质混合，经过一段时间（估计至少有 200-3 亿年），在其他地方再次上升到地球表面——例如以金伯利岩岩浆的形式。
值得注意的是，海洋沉积物的变化留下了如此深刻的痕迹，因为总的来说，只有少量的沉积物沿着俯冲带输送到地幔深处。“这证实了地幔中的俯冲岩石材料不是均匀分布的，而是沿着特定的轨迹移动，”朱利安尼解释说。
地球作为一个整体系统
除了碳，研究人员还检查了其他化学元素的同位素组成。例如，锶和铪这两种元素表现出与碳相似的模式。“这意味着碳的特征不能通过脱气等其他过程来解释，否则锶和铪的同位素将不会与碳的同位素相关，”朱利安尼指出。
新发现为进一步研究打开了大门。例如，受生命出现的显着影响的磷或锌等元素也可以为地球表面的过程如何影响地球内部提供线索。“地球确实是一个复杂的整体系统，”朱利安尼说。“我们现在想更详细地了解这个系统。”
参考文献：
安德里亚·朱利安尼、拉塞尔·N·德赖斯代尔、乔恩·D·伍德黑德、诺亚·J·普兰纳夫斯基、大卫·菲利普斯、珍妮特·赫格特、威廉·L·格里芬、塞南·厄施的“寒武纪爆炸对深地碳循环的扰动” ，Hayden Dalton 和 Gareth R. Davies，2022 年 3 月 4 日，科学进展。
DOI: 10.1126/sciadv.abj1325