板块构造运动大作用！为地球上的生命奠定了基础学术资讯

图说：板块构造运动可能有助于促进地球上生命的发展。来源：美国国家航空航天局（NASA）。

一项最新研究表明，地球的地幔内部通过板块构造运动过程中的快速冷却在地球上第一批生命形式的形成过程中发挥了重要作用，而这反过来又导致了地球大气层氧化作用的发生。这项研究成果发表在 2018年3月的《地球与行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）上。

科学家们从澳大利亚、加拿大、新西兰、瑞典和美国的地质和地球化学数据库中收集并分析了岩浆岩（igneous rocks）的数据。他们发现，在地球发展的45亿年里，富含磷的岩石聚集在地壳中。随后，他们研究了这一岩石的聚集与大气中的氧含量的关系。

为了找出地壳中磷含量是如何随着时间的推移而增加的，科学家们研究了岩石是如何随着地幔冷却而形成的。他们对此进行了建模，用以找出地幔长期（long-term）冷却所导致的地幔成因岩石成分的变化。

他们的研究结果表明，在地球历史上较早、较热的时期——40亿到25亿年前的太古代（Archaean period），有大量的熔融地幔存在。磷在这些岩石中会被稀释。然而，随着时间的推移，地球得到了充分的冷却，这得益于板块构造运动的出现。在板块构造运动过程中，地球较“冷”的外层地壳被俯冲回热地幔中。随着温度的降低，部分地幔熔融面积开始变小。

磷在这些熔融面积所占百分比较低的地幔中浓缩，所以当地幔冷却时，这些提取的熔融体体积减小，但熔融体中的磷浓度会升高。

图说：地球的一个横截面图，显示了其最外部的地壳、地壳下面熔融的地幔和位于地球中心的地核。来源：美国国家航空航天局（NASA）/喷气推进实验室（JPL）-巴黎狄德罗大学（Université Paris Diderot），巴黎地球物理研究所（Institut de Physique du Globe de Paris）。

这些磷浓缩并结晶成一种叫做磷灰石（apatite）的矿物。最终，这些岩石到达了地球表面，成为地壳的一部分。当来自地壳中的磷矿物与湖泊、河流和海洋中的水混合后，磷灰石就会分解为磷酸盐，为原始生命的发育和营养提供来源。

科学家们发现，生物所必需元素浓度的增加与地球大气中氧化作用的大幅度增加（24亿年前的大氧化事件（Great Oxidation Event，简称GOE）以及8亿年前的新元古代氧事件（Neoproterozoic Oxygen Event））相一致。

将所有这些事件与大气中氧含量的变化进行比较后，他们发现，硫、铁的含量随着磷含量的增加而降低，这与大氧化事件（Great Oxidation Event）和亿年前的新元古代氧事件（Neoproterozoic Oxygen Event））相符合。

所有这些事件都支持一种假说，即地幔的冷却导致地壳中富含磷的岩石增多。这些岩石随后与海洋混合，在那里含磷的矿物质被分解并渗入到水中。一旦海水中的磷含量足够高，原始生命就会兴旺起来，它们的数量也会增加，这样它们就能产生足够的氧气。这些氧气的大部分会进入到大气层，从而使得大气中氧气含量达到足以维持多细胞生命的水平。

编译：Jessica Ji 审稿：Peter Wang

责编：南熙

来源：https://phys.org/news/2018-06-plate-tectonics-stage-life-earth.html