新研究称地球生命的发展影响了地球下地幔

2022年3月4日，《科学进展》（Science Advances）杂志刊发文章《寒武纪大爆发对地球深部碳循环的扰动》（Perturbation of the deep-earth carbon cycle in response to the Cambrian explosion）称，瑞士苏黎世联邦理工学院的一项研究证实，5.4亿年前动物种群大爆发永久性地改变了地球，其影响深度到达了地球下地幔。

地球碳循环受到沉积物质向地幔俯冲的强烈影响。沉积俯冲通量的组成在地球历史上发生了较大的变化，但这些变化对地幔碳循环的影响尚不清楚。苏黎世联邦理工学院地球科学系的研究人员基于对150余个来自地幔深处的金伯利岩样品的碳同位素组成分析发现，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。年轻的金伯利岩的碳同位素δ13C值接近典型的地幔值，而年龄小于2.5亿年的金伯利岩显示更低、分异度更大的δ13C值。研究人员看到了寒武纪大爆发中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。在这个剧烈的转变期，几乎所有现存的动物部落都是第一次出现在地球上。海洋中生命形式的显著增加决定性地改变了地球表面，这反过来又影响了海底沉积物的组成。对于地球的下地幔来说，这种转变是相关的，因为海底的一些沉积物，也就是死去生物的物质沉积，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。在那里，沉积物与来自地幔的其他岩石混合，经过一段时间，估计至少2~3亿年，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被输送到地幔深处。这证实了地幔中俯冲的岩石物质不是均匀分布的，而是沿着特定的轨迹移动的。除了碳元素，研究人员还检测了其他化学元素的同位素组成。例如，锶和铪这2种元素显示出与碳相似的模式。这意味着碳的特征不能用其他过程来解释，比如脱气，否则锶和铪的同位素就不能与碳的同位素相关联。

研究人员称，新的发现为进一步的研究打开了大门。这些观测结果表明，地球表面的生物地球化学过程对深部地幔有着深远的影响，揭示了深层碳循环与浅层碳循环之间的紧密联系。例如，磷或锌等元素，它们受到生命出现的重大影响，同时也为认识地球表面过程如何影响地球内部提供了线索。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《气球科学动态监测快报》2022年第07期，刘文浩 编译。