5.4億年前寒武紀(jì)生命大爆發(fā)永久性地改變了地球 其影響深度到達(dá)下地幔(Photograph: David Swart / Messengers of the Mantle Exhibition)
（神秘的億年影響地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)（劉文浩 劉學(xué) 王曉晨）：近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的前寒球一項(xiàng)研究證實(shí)，5.4億年前動(dòng)物種群大爆發(fā)永久性地改變了地球，武紀(jì)成都金牛品茶喝茶中高端喝茶場(chǎng)子vx《134-8006-5952》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)其影響深度到達(dá)了地球下地幔。生命深度相關(guān)研究發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。大爆地改到達(dá)
地球碳循環(huán)受到沉積物質(zhì)向地幔俯沖的發(fā)永強(qiáng)烈影響。沉積俯沖通量的久性組成在地球歷史上發(fā)生了較大的變化，但這些變化對(duì)地幔碳循環(huán)的變地影響尚不清楚。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院地球科學(xué)系的下地研究人員基于對(duì)150余個(gè)來(lái)自地幔深處的金伯利巖樣品的碳同位素組成分析發(fā)現(xiàn)，年齡不到2.5億年的億年影響年輕金伯利巖的成分與較老巖石的成分差異很大。年輕的前寒球金伯利巖的碳同位素δ13C值接近典型的地幔值，而年齡小于2.5億年的武紀(jì)金伯利巖顯示更低、分異度更大的生命深度δ13C值。研究人員看到了寒武紀(jì)大爆發(fā)中金伯利巖組成變化的大爆地改到達(dá)決定性觸發(fā)因素，這個(gè)相對(duì)較短的發(fā)永階段發(fā)生在大約5.4億年前的寒武紀(jì)開始時(shí)的幾千萬(wàn)年。
在這個(gè)劇烈的轉(zhuǎn)變期，幾乎所有現(xiàn)存的成都金牛品茶喝茶中高端喝茶場(chǎng)子vx《134-8006-5952》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)動(dòng)物部落都是第一次出現(xiàn)在地球上。海洋中生命形式的顯著增加決定性地改變了地球表面，這反過(guò)來(lái)又影響了海底沉積物的組成。對(duì)于地球的下地幔來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)變是相關(guān)的，因?yàn)楹５椎囊恍┏练e物，也就是死去生物的物質(zhì)沉積，通過(guò)板塊構(gòu)造進(jìn)入地幔。沿著俯沖帶，這些沉積物連同下面的洋殼，被輸送到很深的地方。通過(guò)這種方式，作為有機(jī)物質(zhì)儲(chǔ)存在沉積物中的碳也到達(dá)了地幔。在那里，沉積物與來(lái)自地幔的其他巖石混合，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，估計(jì)至少2億~3億年，在其他地方再次上升到地球表面——例如以金伯利巖巖漿的形式。值得注意的是，海洋沉積物的變化留下了如此深刻的痕跡，因?yàn)榭偟膩?lái)說(shuō)，只有少量的沉積物沿著俯沖帶被輸送到地幔深處。這證實(shí)了地幔中俯沖的巖石物質(zhì)不是均勻分布的，而是沿著特定的軌跡移動(dòng)的。除了碳元素，研究人員還檢測(cè)了其他化學(xué)元素的同位素組成。例如，鍶和鉿這2種元素顯示出與碳相似的模式。這意味著碳的特征不能用其他過(guò)程來(lái)解釋，比如脫氣，否則鍶和鉿的同位素就不能與碳的同位素相關(guān)聯(lián)。
研究人員稱，新的發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步的研究打開了大門。這些觀測(cè)結(jié)果表明，地球表面的生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)深部地幔有著深遠(yuǎn)的影響，揭示了深層碳循環(huán)與淺層碳循環(huán)之間的緊密聯(lián)系。例如，磷或鋅等元素，它們受到生命出現(xiàn)的重大影響，同時(shí)也為認(rèn)識(shí)地球表面過(guò)程如何影響地球內(nèi)部提供了線索。（原標(biāo)題：地球生命發(fā)展影響下地幔）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abj1325
相關(guān)報(bào)道：寒武紀(jì)生命大爆發(fā)對(duì)地球深部碳循環(huán)的擾動(dòng)
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（撰稿：張少華，紀(jì)偉強(qiáng)/巖石圈室）：地球表層系統(tǒng)容易受到深部地質(zhì)過(guò)程的影響，如火山、地震等自然災(zāi)害可以影響生物圈的宜居環(huán)境。然而，地球淺部過(guò)程能否有效影響地球的深部圈層，則是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。板塊俯沖過(guò)程是地球表層物質(zhì)進(jìn)入深部的主要途徑，由于表層物質(zhì)的碳含量和碳同位素（如有機(jī)碳）組成與地幔物質(zhì)差異明顯，因此沉積物俯沖及相關(guān)的碳循環(huán)過(guò)程可能對(duì)深部碳組成產(chǎn)生影響。該潛在影響可以通過(guò)地幔來(lái)源巖漿巖的源區(qū)組成變化進(jìn)行示蹤。金伯利巖是地球上目前已知的來(lái)源深度最大的巖漿巖，其巖漿源區(qū)包括克拉通巖石圈地幔以下（>150 km）、地幔過(guò)渡帶（410～660 km）、下地幔甚至核幔邊界等（Giuliani and Pearson, 2019）。因此，地質(zhì)歷史上不同時(shí)期金伯利巖源區(qū)特征的研究有望揭示深部地幔組成受長(zhǎng)期板塊俯沖過(guò)程的影響。近期瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Andrea Giuliani領(lǐng)導(dǎo)的小組研究發(fā)現(xiàn)，地球表層系統(tǒng)有機(jī)碳可以俯沖到地球深部，并在中生代以來(lái)（<250 Ma）進(jìn)入金伯利巖等深部地幔來(lái)源巖石的巖漿源區(qū)（Giuliani et al., 2022）。考慮到地球深部物質(zhì)的循環(huán)時(shí)間，作者認(rèn)為金伯利巖源區(qū)組成的明顯變化與寒武紀(jì)生命大爆發(fā)后有機(jī)碳俯沖效率的增加有關(guān)。 
該研究小組對(duì)來(lái)自世界各地69個(gè)地區(qū)、年齡在2060～0.012 Ma之間的161件樣品進(jìn)行了全巖CO2濃度、碳和氧同位素分析，主要研究樣品為金伯利巖和少量相關(guān)的方解霞黃煌巖。除了兩件來(lái)自芬蘭的樣品，所有年齡大于350 Ma樣品的δ13C值都落在了地幔的范圍內(nèi)（δ13C：-4 ～ -6 ‰，平均值為-5 ± 0.6 ‰）。而32件年齡小于250 Ma的金伯利巖樣品中很多具有偏低且變化大的碳同位素組成，樣品分布范圍包括南非、加拿大東西部、巴西和澳大利亞南部。因此，這種碳同位素負(fù)漂趨勢(shì)并不是局部事件，而反映一個(gè)全球性的過(guò)程。但是對(duì)于碳同位素在約250 Ma時(shí)開始負(fù)漂，則有多種可能解釋：1）金伯利巖巖漿上升過(guò)程中富含CO2流體出溶（或脫氣）導(dǎo)致的碳同位素分餾作用；2）來(lái)自于低δ13C值頁(yè)巖或類似巖性圍巖的富CO2流體對(duì)地殼的混染作用；3）有機(jī)碳（δ13C=～ -20‰ - -30‰）來(lái)源的俯沖地殼物質(zhì)再循環(huán)到深部地幔源區(qū)。 
隨后，作者進(jìn)行了模擬計(jì)算分析，首先排除了CO2丟失在大多數(shù)金伯利巖碳同位素系統(tǒng)中的影響。作者認(rèn)為：1）大多數(shù)地區(qū)的δ13C值變化程度有限，與CO2含量無(wú)關(guān)，金伯利巖顯示出很大CO2變化范圍；2）全球范圍內(nèi)金伯利巖碳同位素比值與CO2濃度之間缺乏相關(guān)性可能是因?yàn)榻鸩麕r樣品中的CO2含量受到多個(gè)過(guò)程的控制（初始熔體成分、CO2去氣、地幔和地殼物質(zhì)的同化混染、巖漿分異、熱液蝕變及伴隨的碳酸鹽巖交代作用等）；3）C、Hf和Sr同位素具有較好的相關(guān)性，基本上可以排除CO2出溶作用導(dǎo)致低δ13C值的原因（因?yàn)镠f和Sr不會(huì)從熔體中定量地分配到出溶流體或氣相中）；4）將年輕的金伯利巖（<250 Ma）較低的δ13C值歸因于CO2的去氣，這與較老的金伯利巖中缺乏輕碳同位素的組成特征不符。后者具有相似的體積組成，經(jīng)歷了類似的上升和侵位過(guò)程，包括最近報(bào)道的去氣和流體出溶過(guò)程中CO2的丟失（Tappe et al., 2020）。 
另外，作者分析認(rèn)為來(lái)自于低δ13C值頁(yè)巖或類似巖性圍巖的富CO2流體對(duì)地殼的混染作用在降低全巖13C/12C值的同時(shí)也會(huì)增加δ13O值到地幔值以上。分析結(jié)果表明，小于250 Ma的金伯利巖具有低于地幔值的δ13C值，卻表現(xiàn)出類似于地幔（La de Gras）和特別重（South Australia）的δ13O值，這些金伯利巖中δ13C和δ13O值之間沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的明顯相關(guān)性。這些觀察表明，由高δ13O流體導(dǎo)致的地殼污染可能僅在局部產(chǎn)生影響，而不能控制全球金伯利巖的δ13C組成。 
最后，作者通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)全巖δ13C值、初始176Hf/177Hf比值及鈣鈦礦初始87Sr/86Sr比值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有很好的相關(guān)性。此外，混合模型和質(zhì)量平衡計(jì)算結(jié)果表明，含有高達(dá)10%-15%的變質(zhì)或部分去揮發(fā)分化的海洋沉積物（含有<1000 ug/g的有機(jī)碳）進(jìn)入地幔源區(qū)可以生成與年輕金伯利巖相應(yīng)的C、Hf同位素組成。這一結(jié)果與非洲南部、巴西和加拿大西部白堊紀(jì)金伯利巖中基于橄欖石氧同位素組成研究得到的最大程度再生物質(zhì)貢獻(xiàn)的獨(dú)立模型一致（Giuliani et al., 2019）。因此，作者認(rèn)為有機(jī)碳來(lái)源的俯沖地殼物質(zhì)再循環(huán)到深部地幔源區(qū)是小于250Ma金伯利巖低δ13C值成因最合理的解釋。 
那么問(wèn)題在于，地球表面經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程才導(dǎo)致了這樣的變化呢？作者通過(guò)系統(tǒng)地分析發(fā)現(xiàn)，金伯利巖中碳同位素在250 Ma開始變輕與金伯利巖噴發(fā)頻率的顯著增加一致，這通常被認(rèn)為與顯生宙以來(lái)板塊冷俯沖的開始有關(guān)。但是，板塊俯沖熱狀態(tài)的改變無(wú)法解釋碳同位素的擾動(dòng)。此外，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的碳酸鹽巖和蝕變洋殼（含有機(jī)碳的比例不足20%）的俯沖無(wú)法提供充足的有機(jī)碳，并且碳酸鹽在弧前或弧下位置會(huì)被有效剝離（Tumiati et al., 2020）。相反，在高壓下，還原性有機(jī)碳（石墨/金剛石）在流體和板片熔體中的溶解度很低，限制了其從俯沖沉積物中的提取。最近一項(xiàng)關(guān)于沉積記錄中有機(jī)碳含量的研究表明，元古宙-顯生宙轉(zhuǎn)換期（寒武紀(jì)生命大爆發(fā)）有機(jī)碳沉積顯著增加（Sperling and Stockey, 2018），這可以很好地解釋顯生宙沉積有機(jī)碳俯沖至下地幔的較高通量。需要注意的是，雖然寒武紀(jì)生命大爆發(fā)后有機(jī)碳沉積和俯沖的增加可將輕碳引入深部地幔，但從寒武紀(jì)生命大爆發(fā)到～250 Ma之后金伯利巖的碳同位記錄的負(fù)漂移中間大約有300 Ma的滯后。作者認(rèn)為這一滯后與地球動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果吻合，即俯沖板塊大約需要250-300 Ma才能俯沖至核幔邊界并通過(guò)地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)返回地表。這解釋了地球表面生物地球化學(xué)變化（寒武紀(jì)生命大爆發(fā)）與金伯利巖記錄的深部碳循環(huán)擾動(dòng)之間的時(shí)間差。因此，寒武紀(jì)生命大爆發(fā)導(dǎo)致了有機(jī)碳埋藏和俯沖通量的增加，進(jìn)而引起后期深部碳循環(huán)的明顯變化，并被小于250 Ma的金伯利巖所記錄。該研究通過(guò)深部地幔來(lái)源的金伯利巖構(gòu)建了地球表層和深部碳循環(huán)之間的橋梁，并為全球碳循環(huán)研究提供了一個(gè)全新視角。 
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(責(zé)任編輯：時(shí)尚)