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超級山脈如何控制地球的生命演化？

啟示号
文化
3年前
385

在地球生命的演化史詩中，生命有兩次巨大的飛躍。

第一次是在大約20億年前，原核生物演化出真核生物。

第二次是在距今5.6億年前，後生動物的出現，軟體腔腸動物、蠕形動物中的一些門類的出現推進了地球生命向複雜演化的速度。

盡管地球最早的生命可以追溯到36億年前，但是在大多數的時光中，地球處于死氣沉沉的狀态。

埃迪卡拉紀生物想象圖

20億年前，第一個真核細胞的出現讓生命看到向高級進化的曙光，它們是所有動植物共同的祖先。

然而在大約18億年到7億年前的時光裡，生命演化再次停滞，地球海洋中的生命似乎停止了進化，地質學家将這一時期稱為"無聊的十億年"。

直到5.75億年前，地球再次迎來生命演化的高潮，阿瓦隆大爆發和寒武紀生命大爆發依次出現，第一批大型動物的出現，地球生命從此進入了高速發展的進程。

前寒武紀海陸格局

那麼地球上為什麼會出現這兩次飛躍呢？是什麼原因促使了它們呢？

近期發表在《地球與行星科學》（Earth and Planetary Science Letters）上的一篇文章給這個問題出了答案：超級山脈控制了地球生命的演化的進程。

超級造山作用

闆塊碰撞造山

地球不斷運動的構造闆塊相互撞擊，闆塊邊界的岩石就會産生褶皺隆起，形成綿亘的山脈。闆塊碰撞形成的山脈可以持續生長數億年或更長時間，但即使是最高的山脈有誕生就有消亡，因為風、流水以及冰川會侵蝕這些山峰。

不過沒關系，科學家可以通過研究這些山峰在地殼中留下的礦物質來拼湊出地球山脈的曆史，因為一些礦物隻形成于闆塊碰撞的造山過程中，例如锆石，它們形成于超級山脈深處的高壓下，并且可以在其母系山脈消失後很長一段時間内在岩石中存活。

利用锆石晶粒的稀土元素，科學家可以知道這些晶體形成的時間和地點，從而拼湊出地球山脈的曆史。

通過研究全球各地的锆石，科學家得出在地球演化的曆史過程中，出現過兩次超級造山作用，第一次大約在20億至18億年前，第二次在6.5億至5億年前。

在這兩期造山作用期間，産生了連亘在大陸中央的巨大山脈，綿延幾千公裡，像喜馬拉雅山一樣高聳入雲，甚至在高度和長度上相比喜馬拉雅山脈有過之而無不及，它們将古老的超級大陸一分為二。

20億年之前，小型的陸地孤零零地漂浮在海洋表面，地球無法出現類似于喜馬拉雅山脈一樣雄偉的山脈，因為太古宙期間大陸岩石圈形成不久，陸地強度太弱而無法支撐高大的山脈。

盤古大陸

但是在20億至18億年前，地球開始第一次超大規模的造山運動。妮娜大陸（Nuna supercontinent）合并将太古宙克拉通彙聚在一起而形成的一個古元古代的超大陸——哥倫比亞超大陸，地球形成第一個全球大陸碰撞網絡。

在此期間，闆塊碰撞誕生 4600 公裡長的北美Trans-Hudson 造山帶，1500 公裡長的西伯利亞Akitkan 造山帶，1300 公裡長的華北造山帶以及 1000 公裡長的印度構造帶，這些山帶總長度超過8000 公裡。

大約在17億年到7.5億年前，地球上的造山運動進入低沉時期，沒有形成類似喜馬拉雅山的巨大山脈，直到6.5億年-5.0億年前，地球再次進入超級造山運動。

6.5億年前，東岡瓦納和西岡瓦納兩個大陸碰撞，形成岡瓦納超大陸。它始于6.50-5.9億年前阿拉伯-努比亞地盾與北非闆塊碰撞，随後是5.8-5.5億年前印度與非洲碰撞，最後是5.25-4.9億年前南極洲與非洲碰撞。

豐富的锆石表明，這些地盾碰撞産生了一條 8000 公裡長，1000 公裡寬海拔數萬米的山脈——Transgondwanan Supermountain（盤古中央山脈 or超級岡瓦納山脈），造就了地球曆史上最偉大的山脈，它連亘在泛大陸中央，插入雲霄，睥睨山河，讓赤道附近雪山連綿。

超級岡瓦納大陸形成，圖片來源：Zhao G, et al.(2002)

令科學家更興奮的是，地球兩次超大規模的造山運動與地球生命演化的兩次飛躍驚人的重疊，即妮娜大陸碰撞形成超大陸的時間與地球上第一個真核細胞的出現相吻合，超級岡瓦納大陸的形成時間與5.75億年前第一批大型動物的出現相吻合。

那麼超級造山與生命演化飛躍二者之間是巧合？還是有深層次的内在聯系呢？

超級山脈如何控制地球生命演化

超級山脈的存在意味着強大的剝蝕和風化，它對地球生命的影響表現在兩方面。

首先山脈剝蝕産生的鈣、鉀、鐵、磷和其他重要元素會通過水循環進入海洋，從根本上改變了海洋的化學成分，這些營養素可能大大加快海洋中的生物演化周期，将生命推向更複雜的演化之路，例如鈣元素進入海洋有助于促進生物礦化，為生命提供産生外殼和骨骼所需的化學物質。

河流剝蝕高山

其次岩石風化吸收空氣中二氧化碳，并将其帶入海洋變成碳酸鹽岩，加速了有機碳的快速掩埋，間接增加了大氣中的氧氣含量，使地球環境對複雜的生命變得更加友好。

因此，地球上兩次超級規模的造山運動不僅僅産生了令人望而生畏雄偉的山峰，它們也推動地球曆史上兩個最大的生命演化繁榮時期，可以說超級山脈控制了地球生命的演化。

在地球行星的演化曆程中，地球環境控制了生命的演化，生命也塑造了地球行星環境，它們相互影響，共同作用，讓地球成為茫茫星海的獨一。

參考文獻：

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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