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        看板塊運(yùn)動(dòng)尋外星生命

        2017-01-12 20:28:28莫云
        大科技·科學(xué)之謎 2016年12期
        關(guān)鍵詞:外星陸地沉積物

        莫云

        一閃一閃亮晶晶,滿天都是小星星??墒窃跓o垠的天際,如何才能在眾多的星球中找到像地球一樣存有生命的活力星球呢?

        沒錯(cuò),液態(tài)水的存在可以幫助探知外星生命存在的可能性??墒悄阒绬幔酥?,了解一個(gè)星球的板塊運(yùn)動(dòng)也可以幫助我們找尋外星生命。

        板塊的乾坤大挪移

        行星上的板塊運(yùn)動(dòng)是星球能夠供養(yǎng)生命的重要條件。表面上看,是否存在生命和板塊運(yùn)動(dòng)之間聯(lián)系似乎很薄弱,因?yàn)樯难h(huán)周期短而復(fù)雜,而板塊運(yùn)動(dòng)周期極長(zhǎng)且相互作用簡(jiǎn)單。但是,這二者之間確實(shí)存在著直接而深層的聯(lián)系。

        板塊運(yùn)動(dòng)是地球物質(zhì)最有效的回收機(jī)制,生命的存在依賴這種循環(huán)所帶來的各種物質(zhì)。

        地球上的陸地之所以會(huì)發(fā)生移動(dòng),是因?yàn)樗鼈冏溆诜蛛x的板塊之上,而這些板塊是由地殼和上地幔組成的。地殼和上地幔就像浮動(dòng)在廣袤無垠、炙熱的“巖漿?!鄙系男≈?。伴隨著巖漿的流動(dòng),各個(gè)板塊會(huì)不斷發(fā)生位置變化。水、二氧化碳以及其他生命構(gòu)成所不可或缺的要素,就會(huì)通過板塊運(yùn)動(dòng)在世界的各個(gè)地方穿梭,進(jìn)行交換。它們從深海,到陸地,再到大氣中,然后再回來,循環(huán)往復(fù)。沒有這些物質(zhì)的幫忙,生命很難在一個(gè)星球上存活下來。

        板塊運(yùn)動(dòng)造“空調(diào)”

        在數(shù)十億年的演化過程中,正是因?yàn)橛辛税鍓K運(yùn)動(dòng)的推動(dòng),造就出碳循環(huán)這么個(gè)“天然空調(diào)系統(tǒng)”,我們的地球才能保持較為穩(wěn)定的溫度,讓生命得以生存。

        大氣中的二氧化碳溶解在雨水中,形成碳酸,隨雨水降到地面后,碳酸溶液可以在一定程度上溶解硅酸鹽巖石。溶解后的硅酸鹽變成地表石灰?guī)r的一部分,或者隨著水分被帶入海洋,被微小的浮游生物消化掉。當(dāng)這些生物死亡,它們就落到海洋深處,成為了沉積物。

        在板塊邊界,部分這樣的沉積物隨著板塊俯沖(板塊運(yùn)動(dòng)時(shí),一個(gè)板塊沖到與其交界的板塊的下面)進(jìn)一步進(jìn)入更深層的地下世界。在地層深處高溫高壓的情況下,固存在地下的部分碳元素會(huì)以二氧化碳?xì)怏w形式被釋放出來,最終通過火山口回到大氣中,完成一次完整的循環(huán)之旅。

        板塊運(yùn)動(dòng)幫助建立這種碳循環(huán),使得地球擁有這種自動(dòng)調(diào)溫的神奇能力。地球溫度升高,會(huì)有更多的水從地表蒸發(fā),這樣就能產(chǎn)生更多降水,溶解更多空氣中的二氧化碳,將它們帶入地下深處,降低溫室效應(yīng),使得全球溫度下降。相反,當(dāng)?shù)厍蜃儧?,被雨水卷入這種循環(huán)過程的二氧化碳就會(huì)相對(duì)較少,而從火山和其他來源產(chǎn)生的二氧化碳卻不斷潛入大氣中,這樣便加劇了溫室效應(yīng),導(dǎo)致氣溫回升。而地球適宜的溫度一方面適合生命體生存,另一方面也是形成液態(tài)水的必要條件。

        活躍的板塊運(yùn)動(dòng)是生命存在的信號(hào)

        板塊運(yùn)動(dòng)使得地球成為一個(gè)更適宜生命居住的星球,反過來,生命的存在也可以使板塊運(yùn)動(dòng)更為頻繁。所以,活躍的板塊運(yùn)動(dòng)可以看作是生命體在向我們傳達(dá)信號(hào),昭告它們的存在。

        地球表面的生命以多種方式促進(jìn)風(fēng)化作用:細(xì)菌分泌可以分解石塊的酸性物質(zhì),巖石上的地衣、苔蘚和樹木在石頭上分解石頭。地球上的生物越多,這種風(fēng)化作用就越顯著。這一過程產(chǎn)生的沉積物會(huì)在海底不斷堆積,越來越多。沉積速率越快,說明生物圈的活動(dòng)越顯著。當(dāng)板塊交界處出現(xiàn)俯沖的時(shí)候,這些沉積物便隨著板塊運(yùn)動(dòng)潛入地下100千米深的地幔處。

        生物風(fēng)化所產(chǎn)生的沉積物含有大量水分(約占總質(zhì)量的40%),這些水分進(jìn)入地幔后相當(dāng)于一種潤(rùn)滑劑,能夠加速板塊運(yùn)動(dòng)。巖石的含水量增加,其熔點(diǎn)就會(huì)相應(yīng)下降。如果生物風(fēng)化產(chǎn)生更多的沉積物,就有更多的水分隨著沉積物進(jìn)入地幔,就會(huì)導(dǎo)致更多的火山爆發(fā)。而火山噴出的熔巖越多,所產(chǎn)生的陸地也越多。

        這樣來看,生物圈越是欣欣向榮,我們所能夠觀測(cè)到的板塊運(yùn)動(dòng)也就越明顯。

        沒有生命,板塊還動(dòng)得起來嗎?

        那么,如果一個(gè)星球上沒有生命,它的表面能有明顯的板塊運(yùn)動(dòng)嗎?就拿地球來說,沒有生命了的作用,它會(huì)變成什么鬼樣子?

        2013年,德國(guó)航空太空中心的研究人員用計(jì)算機(jī)模擬出兩種截然不同的地球狀況進(jìn)行比對(duì)——一種生物圈像現(xiàn)在的地球一樣生氣勃勃,而另一場(chǎng)景中則沒有任何生命存在。

        在有生命的情況下,生物風(fēng)化帶來的沉積物會(huì)增多,使得地幔中的含水量達(dá)到0.03%。這又進(jìn)一步促使火山爆發(fā)頻率變高,陸地會(huì)覆蓋地球表面40%的面積,與現(xiàn)在我們所處的環(huán)境十分相似,看起來非常美好、和諧。

        一旦把生命從這種平衡的狀態(tài)中移除,就會(huì)造就出一個(gè)完全不一樣的星球。沉積減少會(huì)導(dǎo)致地幔中的含水量降低(降到0.004%的水平),大陸地殼的新生量也會(huì)相應(yīng)減少。按照這一模型所預(yù)測(cè)的情況,沒有生命的地球,會(huì)遍布汪洋,陸地的面積只占整個(gè)星球面積的3%。這樣的地球,板塊沒有前進(jìn)的動(dòng)力,地表死氣沉沉。

        根據(jù)板塊運(yùn)動(dòng)找外星生命

        就像“先有雞還是先有蛋”這樣無謂的爭(zhēng)論一樣,生命的出現(xiàn)和板塊運(yùn)動(dòng),究竟是誰成就了誰也難有定論,因?yàn)樗鼈兪潜舜舜龠M(jìn)、唇齒相依的。

        板塊運(yùn)動(dòng)的確與生命的存在有著莫大的關(guān)系,而這一觀點(diǎn)為我們尋找外星生物提供了一個(gè)新的視角。美國(guó)西北大學(xué)的天文學(xué)家尼古拉斯·考恩和他的同事近期展示了一種用于檢測(cè)系外行星上海洋和陸地狀況的技術(shù)。利用這種技術(shù)的望遠(yuǎn)鏡采集了24小時(shí)影像之后,考恩的團(tuán)隊(duì)可根據(jù)這些采集的資料制作出含有3種顏色的地圖:藍(lán)色對(duì)應(yīng)著海洋,橙色對(duì)應(yīng)著陸地,灰色代表著云層。長(zhǎng)期觀察會(huì)獲取更多精細(xì)的地表畫面,揭開海洋和大陸的面紗。

        考恩認(rèn)為,這項(xiàng)技術(shù)未來可以用于探測(cè)系外行星上。如果一個(gè)行星有較大的大陸和大片水體,通常也會(huì)有板塊構(gòu)造,而板塊運(yùn)動(dòng)就預(yù)示著那片土地上有可能存在生命。

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