锆石揭开了地球的早期历史：生命起源于"停滞的盖子" 而不是板块构造

锆石揭开了地球的早期历史：生命起源于"停滞的盖子"而不是板块构造板块构造涉及地球表面大型板块的水平运动和相互作用。新的研究表明，移动板块构造--被认为是创造一个宜居星球的必要条件--在39亿年前的地球上并没有发生。资料来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw板块构造使地球内部的热量逸出到地表，形成生命出现所需的大陆和其他地质特征。因此，罗切斯特大学地球和环境科学系教授约翰-塔尔杜诺说："一直有这样的假设，即板块构造对生命是必要的。但是新的研究对这个假设提出了质疑。"塔尔杜诺是小威廉-R-凯南（WilliamR.Kenan,Jr.地球物理学教授Tarduno是发表在《自然》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，科学家认为在那时地球上出现了第一批生命的痕迹。研究人员发现，移动板块构造在这个时期没有发生。相反，他们发现，地球正在通过所谓的停滞盖子制度释放热量。结果表明，尽管板块构造是维持地球上生命的一个关键因素，但它并不是生命起源于类地行星的一个必要条件。"我们发现在生命最初被认为是起源的时候并没有板块构造，而在之后的几亿年里也没有板块构造，"Tarduno说。"我们的数据表明，当我们在寻找孕育生命的系外行星时，这些行星不一定需要有板块构造。"从锆石研究中走出的一条意外的弯路研究人员最初并不是为了研究板块构造。"我们研究锆石的磁化，因为我们正在研究地球的磁场，"Tarduno说。锆石是含有磁性颗粒的微小晶体，可以锁定锆石形成时的地球磁化。通过测定锆石的年代，研究人员可以构建一条追踪地球磁场发展的时间线。地球磁场的强度和方向因纬度不同而变化。例如，目前的磁场在两极最强，在赤道最弱。掌握了关于锆石磁性的信息，科学家可以推断出锆石形成的相对纬度。也就是说，如果地球动力的效率--产生磁场的过程--是恒定的，而磁场的强度在一个时期内是变化的，那么锆石形成的纬度也一定在变化。但是Tarduno和他的团队发现了相反的情况：他们从南非研究的锆石表明，在大约39亿到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。因为板块构造学包括各种陆地的纬度变化，"板块构造运动很可能在这段时间没有发生，地球一定有另一种方式在清除热量"。进一步加强他们的发现后，研究人员在他们研究的西澳大利亚的锆石中发现了同样的模式。"我们并不是说这些锆石形成于同一个大陆，但看起来它们形成于同一个不变的纬度，这加强了我们的论点，即此时并没有发生板块构造运动，"Tarduno说。停滞的盖子构造：板块构造的替代方案地球是一个热引擎，而板块构造最终是地球热量的释放。但是，停滞不前的板块构造--它导致了地球表面的裂缝--是另一种允许热量从地球内部释放以形成大陆和其他地质特征的手段。板块构造涉及地球表面大型板块的水平运动和互动。塔杜诺和他的同事报告说，平均而言，过去6亿年来的板块至少在纬度上移动了8500公里（5280英里）。相比之下，停滞盖板构造学描述了地球最外层的行为就像一个停滞的盖子，没有积极的水平板块运动。相反，外层保持原位，而地球的内部却在冷却。源自地球内部深处的大型熔融物质羽流可以导致外层开裂。在从地球地幔释放热量方面，停滞的盖层构造不如板块构造那么有效，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上一切都死气沉沉的星球，"Tarduno说。"事情仍然在地球表面发生；我们的研究表明它们只是没有通过板块构造发生。我们至少有足够的地球化学循环由停滞的盖子过程提供，以产生适合生命起源的条件。"维持一个适宜居住的星球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，也经历了滞留盖板构造，Tarduno说。他说："人们倾向于认为，由于金星上发生的事情，停滞的盖层构造不会建造一个适合居住的星球。金星不是一个非常好的居住地：它有一个破碎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行星的表面移除"。如果没有板块构造，地球可能会遇到类似的命运。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、产生磁场和保持我们星球上的可居住性非常重要，"Tarduno说。"但是，在一开始，以及十亿年后，我们的数据表明，我们不需要板块构造。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367827.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367827.htm

地球上的古老舞蹈：新证据表明板块构造发生在42亿年前

地球上的古老舞蹈：新证据表明板块构造发生在42亿年前通过熔化和混合岩石，板块构造产生了具有独特化学成分的岩浆。罗切斯特的地质学家正在利用这一化学证据来发现40多亿年前地球上板块构造活动的宝贵信息。然而，在地球历史的早期阶段，板块构造活动是什么样的？这个过程是否发生在被认为是生命起源的时候？罗切斯特大学地球和环境科学副教授DustinTrail实验室的博士后研究助理WrijuChowdhury说："现代地球的动态构造性质是今天生命存在的原因之一。探索早期地球的地球动力学和岩石学的多样性，可能会导致揭示生命是如何在我们的星球上首次开始的"。Chowdhury是发表在《自然通讯》上的一篇论文的第一作者，该论文概述了罗切斯特大学的研究人员如何利用小型锆石晶体来解开有关早期地球的岩浆和板块构造活动的信息。这项研究提供了化学证据，表明板块构造很可能发生在42亿年前，当时生命被认为是在我们的星球上首次形成。这一发现可能被证明有利于在其他星球上寻找生命。Trail说，现代地球上的板块构造"极其重要"，因为它是"地球地壳创造和破坏的主导机制"。地球是唯一已知的有移动的上层地壳的星球，它被周期性地摧毁和创造。这个过程将关键元素，如铁和镁，从地球内部输送到其表面，并控制着地球的水和碳循环。但是，对地质学家来说，更重要的是，板块构造融化和混合岩石，创造出具有特定化学构成的岩浆，这取决于所涉及的岩石和发生"破坏"的位置。因此，岩浆的化学构成可以表明创造它的构造风格。乔杜里和他的同事利用锆石--岩石中的微小晶体进行研究，这些晶体就像小的时间胶囊。锆石含有微量的化学元素，在晶体形成时被锁在晶体中。研究人员确定了锆石的日期，然后向后研究，锆石揭示了关于锆石结晶的母体岩浆的化学构成的信息。然后，研究人员利用有关岩浆的信息来重建早期地球的物理和化学环境，并推断出锆石形成时期的板块构造风格。在这种情况下，锆石的年龄约为38亿至42亿年。据Chowdhury说，大多数研究人员利用锆石来推断早期地球的信息，以创建概率模型，提出不同的构造方案。Chowdhury和他的同事们更进一步，不仅描述锆石，而且还描述母岩浆。"母岩浆更加直接和可靠，因为它们更接近源头，也就是实际的构造风格。我们的研究描述了锆石的硅和氧同位素含量以及母体岩浆的微量元素含量，这在以前还没有被结合起来介绍。Chowdhury、Trail和他们的同事发现早期地球岩浆和在构造活跃的板块边界产生的现代岩浆之间存在着化学上的相似性，例如卡斯卡特岛链和阿留申岛链或日本和安第斯山脉的地区。"这表明从古代到现代的构造连续性，"Trail说。"也就是说，我们的研究表明，几十亿年前的地球可能与今天的运作类似。"研究人员没有确定在板块构造开始时是否存在生命--"生命和构造都还没有一个准确的开始日期，"Chowdhury说，并指出地质学界在这些方面存在分歧。但是新的数据提供了化学证据，表明板块构造可能在42亿年前就已经发生了。无论情况如何，板块构造是地球目前拥有温带生活环境的一个关键原因--而且可能是在其他行星上寻找宜居生活环境的一个重要因素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360709.htm

金星上是否曾有生命？构造线索指向宜居的过去

金星上是否曾有生命？构造线索指向宜居的过去最近的一项研究颠覆了我们对金星的认识，表明金星曾经具有类似地球的板块构造。根据金星目前的大气成分得出的这一论断，预示着这颗行星可能在数十亿年前就已经孕育了生命。资料来源：NASA/JPL由布朗大学研究人员领导的科学家团队在科学杂志《自然-天文学》上撰文，介绍了利用金星大气数据和计算机建模得出的结论：金星目前的大气成分和地表压力只有在早期的板块构造形式下才有可能形成。在地球上，这一过程经过数十亿年的强化，形成了新的大陆和山脉，并导致化学反应，稳定了地球表面的温度，从而形成了更有利于生命发展的环境。尽管金星是一片炙热的荒原，但由于在大小、质量、密度和体积上的相似性，这颗行星经常被称为地球的姊妹行星。图片来源：NASA/JPL对比金星和地球的地质路径另一方面，金星，地球的近邻和姐妹行星却朝着相反的方向发展，如今它的地表温度足以融化铅。一种解释是，人们一直认为金星有一个所谓的"停滞的盖子"，这意味着它的表面只有单一的板块，只有极少量的运动和气体释放到大气中。新论文认为情况并非总是如此。为了解释金星大气中存在大量氮气和二氧化碳的原因，研究人员得出结论，金星一定是在行星形成后的某个时期，即大约45亿至35亿年前，发生过板块构造作用。论文认为，早期的板块构造运动和地球上一样，在板块移动的数量和移动的程度上都是有限的。地球和金星上也会同时发生这种运动。这项研究的第一作者马特-韦勒（MattWeller）说："其中一个重要的启示是，我们很有可能在同一太阳系中同时有两颗行星在板块构造机制下运行，这种构造模式与我们今天在地球上看到的生命模式相同。"对远古生命和行星宜居性的影响这支持了远古金星上存在微生物生命的可能性，并表明这两颗行星--位于同一太阳邻域，大小差不多，质量、密度和体积也相同--在分化之前一度比以前想象的更加相似。这项工作还凸显了一种可能性，即行星上的板块构造可能只是时间问题--因此，生命本身也可能是时间问题。该研究的合著者、布朗大学地球、环境和行星科学助理教授亚历山大-埃文斯（AlexanderEvans）说："迄今为止，我们一直从二元论的角度来看待构造状态：要么是真的，要么是假的，而且在行星的整个存在期间要么是真的，要么是假的。这表明，行星可能会在不同的构造状态中进进出出，而且这种情况实际上可能相当普遍。地球可能是个例外。这也意味着我们可能有行星在可居住性之间过渡，而不仅仅是持续可居住性。"大气研究的重要性论文称，当科学家们希望了解附近的卫星--比如木星的木卫二，它已证明具有类似地球的板块构造--以及遥远的系外行星时，这一概念将是重要的考虑因素。研究人员最初开始这项工作是为了证明遥远的系外行星的大气层可以成为它们早期历史的有力标记，之后他们决定在更近的地方研究这一点。他们使用金星大气层的当前数据作为模型的终点，并假定金星在整个存在过程中都有一个停滞的盖子。很快，他们就发现，就目前大气层中的氮和二氧化碳含量以及由此产生的地表压力而言，再现金星目前大气层的模拟结果与金星目前的状况并不相符。随后，研究人员模拟了地球到达今天的位置所必须发生的情况。最终，当他们考虑到金星历史早期有限的构造运动，以及今天存在的停滞盖模型时，他们几乎完全吻合了这些数字。总之，研究小组认为，这项工作证明了大气层的概念及其洞察过去的能力。埃文斯说："我们仍处于利用行星表面了解其历史的模式中。我们第一次真正表明，大气层实际上可能是了解行星一些非常古老的历史的最佳途径，而这些历史往往没有保存在行星表面。"DAVINCI将派出一个直径一米的探测器，冒着金星表面附近的高温高压，探索从云层上方到地表附近的大气层，那里可能是过去的大陆。在最后几千米的自由落体下降过程中（如图所示为艺术家印象），探测器将首次捕捉到金星最深层大气的壮观图像和化学测量数据。图片来源：NASA/GSFC/CI实验室即将进行的研究和结论即将执行的NASADAVINCI任务将测量金星大气中的气体，这可能有助于巩固研究结果。与此同时，研究人员计划深入研究论文提出的一个关键问题：金星上的板块构造发生了什么变化？论文中的理论认为，金星最终变得太热，大气层太厚，干涸了构造运动的必要成分。布朗大学地球、环境和行星科学系教授、论文合著者丹尼尔-伊巴拉（DanielIbarra）说："金星在某种程度上基本上耗尽了能量，这就给这一过程踩了刹车。"研究人员韦勒说，这一过程的细节可能会对地球产生重要影响："这将是了解金星、金星的进化以及最终地球命运的下一个关键步骤什么样的条件会迫使我们沿着类似金星的轨迹前进，什么样的条件可以让地球保持宜居状态？"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395019.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395019.htm

古老的晶体可能会帮助解决构造板块何时开始移动的争论

古老的晶体可能会帮助解决构造板块何时开始移动的争论大陆是由板块构造形成的，而板块构造又导致了海岸线的形成和潮汐的运动。板块碰撞的过程一个在另一个下面（俯冲）--导致海洋中充满了复杂的生命。而当俯冲发生时，岩浆产生，形成火山。板块构造活动甚至可能发生在其他星球上。但科学家们对活跃的板块构造何时开始存在分歧。一些人说是在30亿年前；另一些人说是在10亿年前或更少。来自纽约州罗切斯特大学的研究人员深入研究了板块构造，以确定该现象是否在地球上的生命开始时就已经发生了。"现代地球的动态构造性质是今天生命存在的原因之一，"该研究的主要作者WrijuChowdhury说。"探索早期地球的地球动力学和岩性多样性可能会导致揭示生命如何在我们的星球上首次开始"。研究人员研究了隐藏在来自杰克山（澳大利亚中西部的一个丘陵地带）的小型哈迪恩锆石晶体中的信息。哈迪亚锆石是地球哈迪亚时代最古老的存活地壳材料，形成于大约43.9亿年前。它们是微小的时间胶囊，是迄今为止发现的最古老的地球物质的最知名的来源。地球是我们所知道的唯一一颗行星，其移动的上层地壳经常被摧毁和再创造，将铁和镁等关键元素从其内部输送到表面。板块构造融化和混合岩石，创造出具有特定化学成分的岩浆，这可以表明创造它的构造类型。研究人员首先确定了锆石晶体的日期，然后向后确定产生这些晶体的岩浆（母岩浆）的化学组成。在这项研究中，这些晶体的年龄约为38亿至42亿年。这是研究人员首次将母体岩浆纳入考虑范围。Chowdhury说："母岩浆更加直接和可靠，因为它们更接近来源--实际的构造风格。我们的研究描述了锆石的硅和氧同位素含量以及母体岩浆的微量元素含量，这在以前是没有被结合和提出的。"研究人员发现早期地球岩浆与阿拉斯加、日本和安第斯山脉活跃的构造板块所产生的现代岩浆之间存在化学上的相似性，为当时和现在提供了一个比较。"这表明从古代到现代的构造连续性，"该研究的共同作者DustinTrail说。"也就是说，我们的研究表明，几十亿年前的地球，可能与今天的运作类似。"该研究的结果无法确定在板块构造开始时是否存在生命，但是，研究人员说，他们的数据提供了化学证据，表明板块构造可能发生在42亿年前，这可能在一定程度上解决了这个争论。尽管如此，鉴于板块构造在塑造和维持地球上的生命方面的关键作用，该研究的数据可能对我们寻找可居住的系外行星很重要。该研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353275.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353275.htm

地质学家突破性地发现地球构造板块下隐藏的熔岩层

地质学家突破性地发现地球构造板块下隐藏的熔岩层熔融层位于距地表约100英里的地方，是位于地球构造板块之下的上地幔的一部分。天体层对板块构造学很重要，因为它形成了一个相对柔软的边界，让构造板块在地幔中移动。然而，它之所以柔软的原因并不为人所知。科学家们以前认为，熔融的岩石可能是一个因素。但是这项研究表明，事实上，熔体似乎并没有明显地影响地幔岩石的流动。有助于了解板块构造的结构图，UTAustin杰克逊地球科学学院的研究人员说，他们在天体层检测到了一个全球性的部分熔融层（以斑点红色显示）。资料来源：JunlinHua/UTJackson地质科学学院"当我们想到某样东西在融化时，我们直观地认为融化物一定对材料的粘度起了很大作用，"领导这项研究的UT杰克逊地质科学学院的博士后JunlinHua说。"但我们发现的是，即使在熔体部分相当高的地方，它对地幔流动的影响也非常小。"根据华在布朗大学当研究生时开始的研究，地幔中的热量和岩石的对流是对板块运动的主要影响。尽管地球的内部大部分是固体，但在很长一段时间内，岩石可以像蜂蜜一样移动和流动。共同作者、杰克逊学院的教授ThorstenBecker说，了解到显示熔融层对板块构造没有影响意味着地球的计算机模型少了一个棘手的变量。贝克尔说："我们不能排除当地的熔体并不重要，但我认为它促使我们把这些对熔体的观察看作是地球上正在发生的事情的一个标志，而不一定是对任何事情的积极贡献。"他在杰克逊学校的德克萨斯大学地球物理研究所设计地球的地球动力学模型。Hua在博士研究期间研究土耳其地下地幔的地震图像时，产生了寻找地球内部新层的想法。由于对地壳下部分熔化岩石的迹象感到好奇，他汇编了来自其他地震台的类似图像，直到他有了一张全球天体层的地图。他和其他人认为的异常现象实际上在世界各地都很常见，在天体层最热的地方都出现了地震读数。接下来的惊喜是，当他将他的熔融地图与构造运动的地震测量进行比较时，发现没有任何关联，尽管熔融层几乎涵盖了半个地球。"这项工作很重要，因为了解天体层的特性和它的弱点的起源是了解板块构造的基础，"共同作者KarenFischer说，他是布朗大学的地震学家和教授。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343007.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343007.htm

如果5亿年以前地球磁场没有崩溃 生命还能够存在吗？

如果5亿年以前地球磁场没有崩溃生命还能够存在吗？艺术家眼中的埃迪卡拉纪--地球磁场最弱的时期虽然磁场大部分时间是稳定的，但也会随着时间的推移而波动。在一项新的研究中，罗切斯特大学的科学家们发现了地球历史上磁场的最薄弱点--但令人惊讶的是，它似乎发生在复杂生命爆发之前，而不是像你想象的那样与大灭绝同时发生。古代矿物中的磁性颗粒可以记录当时的磁场强度。罗切斯特的研究人员测量了长石和辉石晶体中的磁化，将20多亿年前的样本与5.91亿年前的样本进行了比较。他们发现，较早的样本记录到的磁场强度与今天相似，但较年轻的样本表明，当时的磁场强度仅为现在的3%--也就是我们所知的磁场最弱的时候。这种较弱的磁场似乎持续了至少2600万年，然后才开始恢复强度。根据研究小组之前的工作，这正是地球内核凝固并稳定磁场的时间。磁场变弱意味着更多的宇宙辐射深入地球大气层，如果这种情况发生在今天，很可能会引发大灭绝事件。但有趣的是，这一历史低谷可能有助于所有动物祖先的进化。一种生活在埃迪卡拉纪的奇异生物--迪金森尼亚的化石肖树海，弗吉尼亚理工大学从6.35亿年前到5.39亿年前的埃迪卡拉纪是地球生命进化的关键阶段。在这一时期，复杂的多细胞生命形式首次出现，但它们几乎不像我们现在所知的生命--它们看起来像圆盘、管子、扇子、甜甜圈，或者只是软软的"泥袋"。事实上，科学家们甚至搞不清楚这些生物到底是藻类、真菌，还是早期的植物或动物。到了下一个时期，即寒武纪，大多数怪胎似乎都灭绝了。但大约在同一时期，生命形式的多样性出现了大规模爆发，进化树上的几乎所有现代分支都在相对较短的时间内出现。这一事件的主要诱因之一被认为是大气中氧气含量的增加--根据这项新研究，我们可能要感谢磁场的减弱。如前所述，这种浸透会让更多的辐射进入地球大气层，从而让更多的带电粒子剥离氢等原子。如果有足够多的氢原子流失到太空中，那么大气层中的氧原子就会堆积起来，而不是与氢发生反应形成水蒸气。随着时间的推移，空气中的氧气含量就会增加，从而为新生命的诞生提供动力。如果这种看法是真的，那就说明高级生命的进化是非常幸运的。如果磁场没有反弹，地球可能会走上火星的老路。这项研究的作者约翰-塔尔杜诺说："如果在埃迪卡拉纪之后仍然存在异常微弱的磁场，地球可能会与今天这个富含水的星球大相径庭：水的流失可能会使地球逐渐干涸。"该研究成果发表在《自然-通讯-地球与环境》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429692.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429692.htm