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板块构造是否为地球上的生命奠定了基础?

  一项新的研究表明,通过板块构造在地幔内快速冷却在第一生命形式的发展中发挥了重要作用,这反过来又导致了地球大气的氧化作用。该研究发表在2018年3月的“地球与行星科学快报”上。澳大利亚阿德莱德大学和科廷大学以及美国加利福尼亚州里弗赛德大学的科学家收集并分析了澳大利亚,加拿大,新西兰,瑞典和美国地质和地球化学数据库中的火成岩数据。 。他们发现,在地球发展的45亿年中,富含磷的岩石积聚在地壳中。然后他们研究了这种积累与大气中氧气的关系。正如我们所知,磷对生命至关重要。磷酸盐是含磷和氧的化合物,是DNA和RNA骨架的一部分,也是细胞膜的一部分,有助于控制细胞的生长和功能。 广告为了弄清楚地壳中的磷水平如何随着时间的推移而增加,科学家们研究了地球地幔冷却后岩石的形成过程。他们进行了建模,以了解地幔衍生岩石如何因地幔的长期冷却而改变成分。他们的研究结果表明,在地球历史上的一个早期,较热的时期 - 四十到二十亿年前的太古代时期 - 有更多的熔融地幔。磷会在这些岩石中过于稀释。然而,随着时间的推移,在板块构造开始的帮助下,地球充分冷却,其中行星的较冷的外壳被俯冲回到热的地幔中。通过这种冷却,部分地幔熔化变小。 正如阿德莱德大学的地球科学家,该研究的共同作者格兰特考克斯博士所解释的那样,结果是“磷将以小百分比的熔化物浓缩,因此当地幔冷却时,熔化的量就会增加提取物较小,但熔体中的磷含量较高。“ 磷在地球氧化中的作用磷被浓缩并结晶成一种叫做磷灰石的矿物,这种矿物质成为冷却地幔产生的火成岩的一部分。最终,这些岩石到达地球表面并形成了大部分地壳。当来自地壳的磷矿物质与湖泊,河流和海洋中的水混合时,磷灰石就会分解成磷酸盐,这些磷酸盐可用于原始生命的开发和营养。 科学家估计,随着时间的推移,地壳中的元素与海水的混合。他们发现,更高水平的生物必需元素与地球大气氧化的主要增加相似:24亿年前的大氧化事件(GOE)和8亿年前的新元古代氧气事件,之后推测氧气水平足够高以支持多细胞生命。 甚至在GOE之前,从大约350亿到25亿年前,一些最早的生命形式可能通过光合作用产生氧气。然而,在此期间,大部分氧气与火成岩中的铁和硫反应。为了解这些反应如何在 40亿年的时间内影响大气中的氧气含量,科学家们测量了火成岩中硫和铁的含量,并计算出氧气的反应量。他们将所有这些事件与大气氧水平的变化进行了比较。科学家们发现硫和铁的减少以及磷的增加与大氧化事件和新元古代氧气事件并行。地球的横截面,显示外部地壳,其下方的熔融地幔和行星中心的核心。地球的横截面,显示外部地壳,其下方的熔融地幔和行星中心的核心。图片来源:NASA / JPL-UniversitéParisDiderot - 巴黎地球体育学院生命的爆炸所有这些事件都支持一种情况,即地球地幔的冷却导致地壳中含磷丰富的岩石增加。然后这些岩石与海洋混合,含磷的矿物质在那里分解并浸入水中。一旦海水中的磷含量足够高,原始生命就会蓬勃发展并且数量增加,因此它们可以产生足够的氧气,大部分氧气到达大气层。氧气达到足以支持多细胞寿命的水平。澳大利亚墨尔本莫纳什大学的地质学家彼得·卡伍德博士对天体生物学杂志评论说:“我们依赖生命所依赖的[氧气]的最终起??源是地幔温度的长期下降,这是有趣的。据认为,从大约30亿年前的约1,550摄氏度下降到今天的1350摄氏度左右。“ 类似的场景可能会在可能的外星球上播出吗?随着开普勒发现越来越多可能类似地球的行星,这些行星中的任何一个都可以支持生命吗?卡伍德认为,这一发现对系外行星的有氧生命(即在富氧环境中演化的生命)的发展具有潜在的意义。“这是因为地球表面的火成岩中的[磷]正在经历风化,以确保其生物有效性,”卡伍德说。“值得注意的是,火成岩中的磷含量在二氧化硅含量低的岩石中最快[由快速冷却形成的岩石],这种成分的岩石在金星和火星的地壳中占主导地位,也可能在外行星上。” 考克斯总结说:“这种关系[氧气水平上升和地幔冷却之间]对任何地球行星都有影响。所有行星都会冷却,而那些有效板块构造对流的行星将会更快地冷却。我们得出的结论是这种冷却可能会影响任何可能适合栖息的星球的生物进化速度和模式。“ 该研究得到了NASA天体生物学计划的NASA天体生物学研究所(NAI),以及国家科学基金会地球系统动力学计划和澳大利亚研究理事会的支持。

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