研究认为地球生命的出现并不需要板块构造

哈耶萨鲁亚源

板块构造涉及地球表面大板块的水平运动和相互作用。新的研究表明，39亿年前，地球上没有发生移动板块构造——被认为是创造宜居星球的必要条件。鸣谢:罗彻斯特大学插图/迈克尔·奥萨西

（）据罗彻斯特大学（林赛·瓦里奇）：科学家们通过使用被称为锆石的微小矿物晶体来研究数十亿年前的板块构造，进行了一次时光倒流之旅，以揭开地球早期历史的神秘面纱。这项研究揭示了早期地球的状况，揭示了地壳、地核和生命出现之间复杂的相互作用。

板块构造让热量从地球内部逃逸到地表，形成了生命出现所必需的大陆和其他地质特征。因此，罗切斯特大学地球与环境科学系教师约翰·塔尔杜诺说:“一直以来，人们都假设板块构造对生命是必要的。”。但是新的研究对这一假设提出了质疑。

小威廉·r·凯南(William r . Kenan Jr .)地球物理学教授塔尔杜诺(Tarduno)是发表在《自然》(Nature)杂志上的一篇论文的主要作者，该论文研究了39亿年前的板块构造，当时科学家认为地球上出现了第一批生命迹象。

研究人员发现，移动板块构造在这段时间没有发生。相反，他们发现，地球是通过一种被称为停滞的盖子状态来释放热量的。结果表明，尽管板块构造是维持地球生命的关键因素，但它不是生命起源于类地行星的必要条件。

“我们发现，当生命首次被认为起源时，没有板块构造，并且在其后的几亿年里也没有板块构造，”Tarduno说。“我们的数据表明，当我们寻找孕育生命的系外行星时，这些行星不一定需要板块构造。”

锆石研究的意外转折

研究人员最初并没有着手研究板块构造。

“我们正在研究锆石的磁化，因为我们正在研究地球的磁场，”塔尔杜诺说。

锆石是含有磁性颗粒的微小晶体，可以在锆石形成时锁定地球的磁化强度。通过测定锆石的年代，研究人员可以构建一个追踪地球磁场发展的时间线。

地球磁场的强度和方向随着纬度的变化而变化。例如，目前的磁场在两极最强，在赤道最弱。有了锆石磁性的信息，科学家可以推断出锆石形成的相对纬度。也就是说，如果地球发电机(产生磁场的过程)的效率不变，而磁场强度在一段时间内不断变化，那么形成锆石的纬度也一定在变化。

但Tarduno和他的团队发现了相反的情况:他们研究的南非锆石表明，在大约39亿至34亿年前的时期，磁场的强度没有变化，这意味着纬度也没有变化。

因为板块构造包括各种大陆块的纬度变化，Tarduno说，“板块构造运动可能不会在这段时间发生，肯定有另一种方式地球消除热量。”

进一步加强了他们的发现，研究人员在他们研究的西澳大利亚锆石中发现了相同的模式。

“我们并不是说锆石形成于同一个大陆，但看起来它们形成于相同的不变纬度，这加强了我们的论点，即当时没有发生板块构造运动，”塔尔杜诺说。

停滞盖构造:板块构造的替代物

地球是热机，板块构造最终是地球释放热量。但是停滞的盖子构造——导致地球表面的裂缝——是另一种允许热量从地球内部逸出以形成大陆和其他地质特征的方式。

板块构造涉及地球表面大板块的水平运动和相互作用。Tarduno和他的同事报告说，平均来说，过去6亿年的板块在纬度上移动了至少8500公里(5280英里)。相比之下，停滞的盖子构造描述了地球最外层如何表现得像一个停滞的盖子，没有活跃的水平板块运动。

相反，当行星内部冷却时，外层保持不变。源自地球内部深处的大量熔融物质会导致外层破裂。在从地球的地幔释放热量方面，停滞的盖子构造不如板块构造有效，但它仍然可以导致大陆的形成。

“早期的地球并不是一个表面万物都死寂的星球，”塔尔杜诺说。“地球表面的事情仍在发生；我们的研究表明它们不是通过板块构造发生的。停滞的lid过程至少提供了足够的地球化学循环，产生了适合生命起源的条件。”

维持一个可居住的星球

塔尔杜诺说，虽然地球是唯一已知的经历板块构造的行星，但其他行星，如金星，经历停滞的盖子构造。

“由于金星上正在发生的事情，人们倾向于认为停滞的盖子构造不会建造一个可居住的星球，”他说。“金星不是一个非常适合居住的地方:它有令人窒息的二氧化碳大气层和硫酸云。这是因为热量没有被有效地从地球表面带走。”

如果没有板块构造，地球可能会遭遇类似的命运。虽然研究人员暗示，板块构造可能在34亿年后不久就在地球上开始了，但地质学界对具体日期存在分歧。

“我们认为，从长远来看，板块构造对于消除热量、产生磁场以及保持我们星球上的生物适宜居住非常重要，”塔尔杜诺说。“但是，在最初，以及十亿年后，我们的数据表明我们不需要板块构造。”