地球的板块构造为什么独一无二,它与生命的演化有何关联?

作者:文/虞子期

宇宙中包括地球在内的所有天体,都处于不断变化的过程之中,并不是始于我们当下亲眼目睹的状态。而这样的过程也伴随着地球的板块构造活动,地壳分裂和大块头的岩石,都在重塑星球的同时促进了生命的形成。板块在发生相互碰撞之后构建了山脉,从地球上最高的山峰到最深的海沟,地球表面过往的运动和特征都通过板块构造得到了圆满解释。与此同时,地球也是已知行星中唯一具有板块构造特征的行星,这不仅可以帮助地球调节温度,也是生命的重要组成部分。那么,地球上的板块构造是如何开始的,熔岩喷射是否对其具有推动作用?为何地球上的构造活动对于生命而言至关重要,微小的岩浆斑点是否足以对地球现有的板块构造历史构成挑战?

地球的板块构造为什么独一无二,它与生命的演化有何关联?

岩石行星中独一无二的板块构造

不像很多科学界存在争议的理论那样,地球的板块构造受到了广泛认同,该理论将地球的地壳进行了板块划分。事实上,地球并不是从诞生之日起就适合生命栖息,不管是寒冷的温度、坚硬外壳带来的地震,还是大规模的火山爆发活动,都足以将这个星球上的所有生命摧毁。地球之所以可以成为太阳系中迄今为止唯一具有生命的行星,其板块构造的来源是关键因素之一。当科学家们通过模型来解释,为何地球具有独一无二的板块构造时发现,这一切其实都可以归结于岩石中存在的微小矿物质,我们可以通过它们来了解板块边界的演变。尽管有少许迹象表明地球的这种板块构造特征,大约在40亿年前就已经诞生,但是从我们目前能够观察到的完整体系来看,整个地球的板块覆盖、撞击、滑动,乃至俯冲,都是直到三十多亿年前才真正建立。

科学家们表示,虽然很难直接证明地幔流中可能存在的模式,但我们可以选择另外一种方式来进行推断,比如,观察这些板块漂移的方式,因为它们的活动都基于地球地幔中的炽热液体如何进行流动。而火山活动和山地的创建,都会受到地幔动力学的影响,也正是这样的过程在地质时期塑造了我们的地球。科学家们对过去2.5亿年的板块运动模型进行了分析,对板块下方的地幔如何搅动以产生这些运动进行了推断,并在之后的研究中发现板块正在远离太平洋中部和非洲中部,这些点显然在过去的25亿年中仍然处于静止状态。虽然海底和超级大陆并没有停止形成和破坏的循环,而在这样模糊而复杂的地带,其地幔在地质时间内的基本流动模式,竟可以如此稳定而简单。

地球的板块构造为什么独一无二,它与生命的演化有何关联?

地球的板块构造是如何运作的

不同于地球的地幔,板块构造好比是将地球坚硬的外壳,划分成了若干个在地幔上滑动的板块,而岩心的上方是岩石内层。板块构造的背后驱动力依赖于地幔中存在的对流,随着位于地球核心周围的“热物质”上升,那些较冷的地幔岩石会出现下沉的情况。而贯穿了四大洋的中央海岭则是各构造板块之间的间隙,当热岩浆涌向山脊便会形成新的海洋地壳,然后将原始板块推开。当位于俯冲带上的两个构造板块相遇,其中一个会在另一个下面滑入地幔,而其后面的外壳会被冷的下沉板向下拉,比如,沿着俯冲带发现的那些位于太平洋周围的壮观火山。

或许你有所不知,尽管我们的地球自身已有45.4亿年左右的高龄,但由于地球的海洋地壳一直在俯冲带不断地进行“回收”,因而,哪怕是位于地中海东部和西北太平洋的最古老的海底,它们也只有2亿年左右的历史。这与地球大陆地壳的碎片年龄差距很大,至少,科学家们在格陵兰岛发现的地块就具有38亿年以上的历史。研究人员们正是通过这些化石和岩石线索,来重建地球陆地的过往,并得出现代板块构造应该始于大约30到35亿年之前。不管是化石,还是大西洋的海岸线,都为地球大陆的移动提供了重要暗示,板块彼此之间的碰撞也会导致山脉的产生,比如,5500万年前喜马拉雅山脉的诞生。

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地球的构造活动对生命至关重要

当地球上的板块发生撞击,会形成山脉;当它们分离,便会产生数亿年的新海洋;而当它们彼此掠过的时候,则会引发强烈的地震现象。从太阳系到银河系,地球的板块构造都是行星中很少具有的特征,通过地球的这些构造活动,不仅形成了地球上的各种地貌,也为生命的栖息提供了基本条件。科学家们认为,板块构造和生命的演化之间存在着重要的关联,对于生命而言,地球上的板块构造到底具有怎样的重要性?我们可以从目前追溯到大约25亿年前,在地球的演化史中去找到我们想要的答案。其实,那时的太阳不同于我们如今看到的这样,它看上去并不那么温暖,以至于我们地球上的海洋被冻结,就像是一个冰冷的雪球一般。

板块构造就像是地球的恒温器,它的活动能够制造大量的二氧化碳,以保留越来越多的热量。与此同时,随着时间的递进,我们的太阳也变得越来越明亮而温暖,地球大气层中的二氧化碳被雨水清除,而后板块构造又将其俯冲到地幔上锁定。这是一个长达数百万年的循环作用,对于地球温度的持续稳定和生命的诞生都提供了重要帮助,然而我们并不能确保这样的板块构造活动会一直持续下去。就像我们了解到很多其他行星一样,虽然它们不具有板块构造的特征,但仍然存在地质活动性,比如,拥有已知太阳系中最大火山的火星。并且,在我们的太阳系中,那些曾经具有地质活动性的行星,大多数现在都表现得安静异常,出现了火山活动下降的明显趋势,当排放到大气中的二氧化碳越来越少,这个星球上的气温便会变得更加寒冷,行星要实现良好的温度调节,那么板块构造就是最好的方式,同时它也是所有生命混合物中最有用的成分之一。

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微小的岩浆斑点和现有板块构造史

早在20世纪50年代的时候,科学家们就已经知道巨大的板块构成了地球的地壳,并将这些漂浮于熔化地幔上的物体命名为板块构造,当两个存在大小悬殊的板块于俯冲带相遇时,其中较轻的板块会最终滑入到地幔的深处。关于地球板块构造开始的时间,一直存在着激烈的争论,该时间范围覆盖了长达10亿年前到40亿年前,而最近,科学家们在南非发现了埋藏已久的岩浆,其中小小的斑点内部具有特殊的化学物质,揭示了地球上的板块构造在第一个十亿年里就得到了加速。岩石的发生地就位于南非的科马提河,冷却岩浆的蛰伏时间已经超过了33亿年,由于橄榄石晶体对其进行了保护,以至于它并没有受到周围其他环境的影响。

它们形成于熔岩的极热岩浆上,对于地质学家而言,这些稀有的岩石弥足珍贵,研究人员可以通过它们看到地球地幔的早期是什么样子。为了更好地进行岩浆中夹杂物的研究,在保持对这些椭圆形晶体的加热程度超过1500摄氏度的同时,也通过在冰水中的快速冷却形成了玻璃状样品,从而实现这些椭圆形晶体的重新融化。在先进仪器的配合下,科学家们测量了玻璃岩浆的化学组成和来源,这些岩浆中水和氯的浓度颇高,更具有较低水平的氘,这些都是符合俯冲海洋地壳的特征。简而言之,这些岩浆应该起源于古代海洋海底的融化残骸,这意味着早在33亿年前,海水改变的地壳就已经下降到地幔。而这个缓慢的过程从来源到抵达地面,又需要耗费数亿年的时间,也就是说,这个过程应该始于地球的第一个十亿年。

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