最小的生物，参与创造了最雄伟的山脉

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：John Parnell（亚伯丁大学地质学与石油地质学教授），编译：Måka，头图来自：unsplash

一

喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉、落基山脉、安第斯山脉……我们几乎没有办法想象一个没有山的地球。

山脉不仅仅是度假照片里美丽的背景，它们对世界的运转至关重要，它们影响着天气、气候、淡水分布和岩石侵蚀等许多方面。

但山脉并不是在地球形成的最初时刻起就存在的。它们直到大约20亿年前才开始在地球上广泛形成，这时，地球的历史进程实际上已经走过了约25亿年。

 地球山脉形成的时间线。｜图片来源：John Parnell via The Conversation

虽然山脉的形成通常与构造板块的碰撞有关，板块之间的碰撞会导致巨大的岩石被推高隆起。但近日，一项新研究揭示了原始海洋生命如何以我们意想不到的方式，“参与”了造山运动。

二

在地球上出现山脉之前，重塑海洋和大陆分布的板块运动只在有限的范围里发生。但是，这些板块的运动对造山至关重要。

一个板块对另一个板块的压力（通常是海洋板块撞击大陆板块）会导致海洋岩石板块的断裂，这些岩石会在推动的过程中互相堆叠在一起。经过数百万年的时间，它们不断堆积，山脉便形成了。

但是，以如此的规模堆积起巨大的石块一定需要“润滑剂”，否则摩擦力会让这个过程最终停止。这种“润滑剂”就是碳。而新的研究表明，古老海洋中大量生物碳在此发挥了关键作用，为地球带来了山脉。

研究认为，在约20亿年前，当丰富的营养物质进入水中时，海洋中浮游生物等生命形式的数量出现了爆发式增长。这有可能对大氧化事件的响应，在大氧化事件中，能进行光合作用的细菌开始产生大量氧气，它能够支持新形式的单细胞生命，比如大量的海洋浮游生物。

当时，还没有出现更复杂的生命形式，但这些单细胞生物的细胞变得更大了，而且含有更多碳。

这些微小的生物在死亡后便迅速下沉到海底，很快被掩埋在海底的泥土中，形成了含有超高水平的碳的岩石。这些碳在热和压力的影响下变成了石墨。

石墨是一种绝佳的润滑剂。我们都知道，在生活中，有了石墨，无论是锁、铰链、齿轮还是车轮，甚至拉链都会变得更容易移动。当然，岩石也不例外。

 造山过程的简化示意图。石块堆叠，在碳的润滑下逐渐形成山脉。｜图片来源：John Parnell via The Conversation

虽然20亿年前形成的最古老的山脉如今已经被磨平，但是我们仍然可以找到它们的根基。在这些地方仍然可以找到石墨参与造山的证据。

研究考察了世界各地20个造山案例，它们遍布世界各地，从澳大利亚到中国，从南美到北极。比如，在苏格兰西北部，可以找到位于哈里斯、爱奥那岛和盖尔洛赫地区的古老山脉中含有石墨的岩石的滑动面，这些滑动面正是伴随着最早的造山地震中形成的。

这些证据证明，微小的海洋生物累积下的丰富的石墨，通过润滑造山的过程，以一种意想不到的方式带来了深远的影响。

三

事实上，这个过程一直在继续，其他地质层，比如盐，同样发挥了一定作用。但20亿年前的石墨矿床则格外“丝滑”，而且有些可能不止一次地参与了造山运动。

 喜马拉雅山脉。｜图片来源：Karunakar Rayker via Flickr under CC BY

比如，地球上最雄伟的山脉，也就是喜马拉雅山脉，正是由印度和欧亚大陆之间的海洋岩石堆积而成的。从地质学的角度来说它其实很年轻，只有约5000万年的历史。

科学家通过在海拔数千米的青藏高原上发现的海洋化石得知，这些山脉最初来自海洋。岩石被一路向北推，直到海洋消失，遗留下高耸的岩石。

在这一过程中，来自更古老海洋的富碳岩石彼此滑动，使得造山过程得以顺利进行。这些岩石在形成后的最初几百万年里已经产生了滑动，然后在一段“长期休眠”后，再次产生滑动，最终帮助了喜马拉雅山脉崛起。

事实上，在遥远的未来，它们可能还会产生滑动。换句话说，即使在人类消失很久之后，那些古老的浮游生物仍然会继续对地球产生影响。

四

在研究探索的所有古山脉中，每条山脉都拥有大量石墨的记录。先前已有研究认为，石墨会让构造板块变得更脆弱，从而有利于山脉形成。而新的研究发现，来自海洋生物的生物碳正是这一过程更关键的开端。

如果没有来自无数浮游生物细胞的生物碳，构造板块的分布可能会演变得相当不同，我们甚至不会看到如今这些山脉。

从这个角度上来说，生命的确塑造了我们的星球。

参考来源：

https://theconversation.com/how-plankton-helped-create-the-earths-mountains-2-billion-years-ago-173076

https://www.nature.com/articles/s43247-021-00313-5

https://phys.org/news/2021-11-explosion-ocean-life-built-mountains.html

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：John Parnell（亚伯丁大学地质学与石油地质学教授）