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超级山脉如何控制地球的生命演化？

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文化
3年前
386

在地球生命的演化史诗中，生命有两次巨大的飞跃。

第一次是在大约20亿年前，原核生物演化出真核生物。

第二次是在距今5.6亿年前，后生动物的出现，软体腔肠动物、蠕形动物中的一些门类的出现推进了地球生命向复杂演化的速度。

尽管地球最早的生命可以追溯到36亿年前，但是在大多数的时光中，地球处于死气沉沉的状态。

埃迪卡拉纪生物想象图

20亿年前，第一个真核细胞的出现让生命看到向高级进化的曙光，它们是所有动植物共同的祖先。

然而在大约18亿年到7亿年前的时光里，生命演化再次停滞，地球海洋中的生命似乎停止了进化，地质学家将这一时期称为"无聊的十亿年"。

直到5.75亿年前，地球再次迎来生命演化的高潮，阿瓦隆大爆发和寒武纪生命大爆发依次出现，第一批大型动物的出现，地球生命从此进入了高速发展的进程。

前寒武纪海陆格局

那么地球上为什么会出现这两次飞跃呢？是什么原因促使了它们呢？

近期发表在《地球与行星科学》（Earth and Planetary Science Letters）上的一篇文章给这个问题出了答案：超级山脉控制了地球生命的演化的进程。

超级造山作用

板块碰撞造山

地球不断运动的构造板块相互撞击，板块边界的岩石就会产生褶皱隆起，形成绵亘的山脉。板块碰撞形成的山脉可以持续生长数亿年或更长时间，但即使是最高的山脉有诞生就有消亡，因为风、流水以及冰川会侵蚀这些山峰。

不过没关系，科学家可以通过研究这些山峰在地壳中留下的矿物质来拼凑出地球山脉的历史，因为一些矿物只形成于板块碰撞的造山过程中，例如锆石，它们形成于超级山脉深处的高压下，并且可以在其母系山脉消失后很长一段时间内在岩石中存活。

利用锆石晶粒的稀土元素，科学家可以知道这些晶体形成的时间和地点，从而拼凑出地球山脉的历史。

通过研究全球各地的锆石，科学家得出在地球演化的历史过程中，出现过两次超级造山作用，第一次大约在20亿至18亿年前，第二次在6.5亿至5亿年前。

在这两期造山作用期间，产生了连亘在大陆中央的巨大山脉，绵延几千公里，像喜马拉雅山一样高耸入云，甚至在高度和长度上相比喜马拉雅山脉有过之而无不及，它们将古老的超级大陆一分为二。

20亿年之前，小型的陆地孤零零地漂浮在海洋表面，地球无法出现类似于喜马拉雅山脉一样雄伟的山脉，因为太古宙期间大陆岩石圈形成不久，陆地强度太弱而无法支撑高大的山脉。

盘古大陆

但是在20亿至18亿年前，地球开始第一次超大规模的造山运动。妮娜大陆（Nuna supercontinent）合并将太古宙克拉通汇聚在一起而形成的一个古元古代的超大陆——哥伦比亚超大陆，地球形成第一个全球大陆碰撞网络。

在此期间，板块碰撞诞生 4600 公里长的北美Trans-Hudson 造山带，1500 公里长的西伯利亚Akitkan 造山带，1300 公里长的华北造山带以及 1000 公里长的印度构造带，这些山带总长度超过8000 公里。

大约在17亿年到7.5亿年前，地球上的造山运动进入低沉时期，没有形成类似喜马拉雅山的巨大山脉，直到6.5亿年-5.0亿年前，地球再次进入超级造山运动。

6.5亿年前，东冈瓦纳和西冈瓦纳两个大陆碰撞，形成冈瓦纳超大陆。它始于6.50-5.9亿年前阿拉伯-努比亚地盾与北非板块碰撞，随后是5.8-5.5亿年前印度与非洲碰撞，最后是5.25-4.9亿年前南极洲与非洲碰撞。

丰富的锆石表明，这些地盾碰撞产生了一条 8000 公里长，1000 公里宽海拔数万米的山脉——Transgondwanan Supermountain（盘古中央山脉 or超级冈瓦纳山脉），造就了地球历史上最伟大的山脉，它连亘在泛大陆中央，插入云霄，睥睨山河，让赤道附近雪山连绵。

超级冈瓦纳大陆形成，图片来源：Zhao G, et al.(2002)

令科学家更兴奋的是，地球两次超大规模的造山运动与地球生命演化的两次飞跃惊人的重叠，即妮娜大陆碰撞形成超大陆的时间与地球上第一个真核细胞的出现相吻合，超级冈瓦纳大陆的形成时间与5.75亿年前第一批大型动物的出现相吻合。

那么超级造山与生命演化飞跃二者之间是巧合？还是有深层次的内在联系呢？

超级山脉如何控制地球生命演化

超级山脉的存在意味着强大的剥蚀和风化，它对地球生命的影响表现在两方面。

首先山脉剥蚀产生的钙、钾、铁、磷和其他重要元素会通过水循环进入海洋，从根本上改变了海洋的化学成分，这些营养素可能大大加快海洋中的生物演化周期，将生命推向更复杂的演化之路，例如钙元素进入海洋有助于促进生物矿化，为生命提供产生外壳和骨骼所需的化学物质。

河流剥蚀高山

其次岩石风化吸收空气中二氧化碳，并将其带入海洋变成碳酸盐岩，加速了有机碳的快速掩埋，间接增加了大气中的氧气含量，使地球环境对复杂的生命变得更加友好。

因此，地球上两次超级规模的造山运动不仅仅产生了令人望而生畏雄伟的山峰，它们也推动地球历史上两个最大的生命演化繁荣时期，可以说超级山脉控制了地球生命的演化。

在地球行星的演化历程中，地球环境控制了生命的演化，生命也塑造了地球行星环境，它们相互影响，共同作用，让地球成为茫茫星海的独一。

参考文献：

G. Zhao, P.A. Cawood, S.A. Wilde, M. Sun Review of global 2.1–1.8 Ga orogens: implications for a pre-Rodinia supercontinent Earth-Sci. Rev., 59 (2002), pp. 125-162

Ziyi Zhu, Ian H. Campbell, et al.The temporal distribution of Earth's supermountains and their potential link to the rise of atmospheric oxygen and biological evolution. Earth and Planetary Science Letters, 2022,117391,https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117391.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X22000279?via%3Dihub

https://phys.org/news/2022-02-supermountains-evolution-life-earth.html

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