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圖注:天問一號火星捕獲過程

天問一號在經歷7個來月的長途跋涉後成功進入火星軌道,這真是中國航天史上的里程碑,昨天中國國家航天局公佈了天問一號火星捕獲過程的影像。

從這些影像中不難發現火星不僅十分荒涼,而且它也不像我們地球這樣有著豐富的地貌和美麗的海洋,它被稱為單一板塊天體。

當然,火星上也有山峰和峽谷,但相比於地球的崎嶇,火星就顯得十分平坦,就連山峰也都是平坦的山峰。

圖注:火星-奧林帕斯山

原因很簡單,單一板塊的火星早就停止了“造山活動”,而現有的巨大山峰基本都是火山噴發形成的盾狀山,所以這些山峰顯得如此平坦。另外,這也是為什麼火星能夠形成像奧林帕斯山這樣的太陽系最高行星山脈的原因,因為沒有板塊運動,岩漿可以不停地堆積。

不過現在的火星可能連火山活動也已經停止了(有些科學家認為火星還會有火山噴發),它現有的山脈也會慢慢消失。

其實,地球曾經也出現過類似的情況,而且可能不止一次出現過。一項由中國北京大學的地球化學家唐銘和他的研究團隊於2月11日發表在《科學》雜誌上的研究證實了這點。

​大約在18億到8億年前,近10億年的時間裡,地球山脈停止增長,而侵蝕作用將已有的山峰慢慢掃平。這就有點像一顆星球和人類一樣經歷了“中年危機”,然後突然就禿頂了。

不過有意思的是,這個極端的造山間歇期與一個特別荒涼的年代相吻合——也就是地質學家所有說的“無聊的十億年”。

根據該團隊的研究結果:就像地球上的山脈無法生長一樣,地球海洋中的簡單生命形式也無法在10億年裡進化(或者至少它們進化得異常緩慢)。

圖注:地球板塊運動

為什麼這個時段的山會消失?

山脈在地球大陸板塊碰撞的匯聚邊界處形成,同時隨著岩漿的噴發,地表岩石被抬高到現在這樣山峰的高度,很容易理解這些板塊匯聚處的大陸地殼平均厚度更厚。

由於板塊運動形成的山脈是不停變高的,就像我們經常聽到珠穆朗瑪峰在長高一樣。然而,侵蝕和重力會將山峰變矮。

所以,當地表以下的構造和岩漿過程停止時,侵蝕作用將佔據主導地位,山脈就會慢慢變矮。

既然山脈的高度是不斷變化的,那麼研究古代地球的地殼厚度可能是衡量過去山脈形成的活躍程度的最佳方法。

那麼問題就回到了:如何知道地球厚度變化?

答案是鋯石礦!

​地殼厚度變化控制著岩漿成分改變的壓力,然後透過岩漿結晶的鋯石異常被記錄下來!

唐銘團隊正是透過分析了數十億年前在地殼中結晶的鋯石礦物成分的變化,構建了地球數十億年前大陸厚度的歷史。

在大約18億到8億年前,地殼厚度達到了最低點,比現在薄了三分之一,因此可以判斷這個時期是地球最平坦的時期。

由此可以推測該時期的“造山活動”很不活躍,這個有可能是因為板塊構造的放緩所致,但沒人知道為什麼這個時期板塊構造會變得十分緩慢,只是有一些推測。

圖注:地球早期的超級大陸

​大約在21億年前,一個被稱為努納的超級大陸開始形成,然後,經過一次微小的重新排列,大約在12億年前,被稱為羅迪尼亞的超大陸形成,這個超級大陸足足持續了5億年,至少有超過1年的時間裡,地球陸地就像一塊完整的毯子一樣。

當超級大陸形成時,地球內部的熱量會被困在地表深處,同時多餘熱量也會在洋殼下方產生冷卻,這影響了構造板塊的行進。

如何影響地球生命?

現在科學界普遍的共識是,生命進化在這個時段(18 - 8億年前)也非常緩慢,即便真核生物在大約17億年前出現(這是另一個共識),但它們直到8億年前才開始佔據主導地位。

圖注:寒武紀生命大爆發

​在此短短的3億年之後,地球引來了物種大爆發——也就是被我寫過無數次原因的寒武紀生命大爆發,我們今天看到的幾乎所有主要動物群體的“雛形”開始出現。

不管出於什麼原因,生命在“無聊的十億年”期間進化得非常緩慢,然後在地殼開始變厚時突然啟動,這應該不是巧合。

一種解釋是,這個時期沒有新的山脈形成,那就意味著地幔下面沒有新的營養物質引入地球表面,陸地上營養物質的缺乏也意味著透過水迴圈進入海洋的營養物質的缺乏。

我們知道,生命的活動需要磷和其他基本元素,當這些元素迴圈緩慢的時候,可想而知就會“鬧饑荒”,飢餓的年代生命肯定是沒有創造力的,換句話說它們的進化將停滯不前。

當羅迪尼亞超大陸開始分裂時,它有效地改變了下面地幔的結構,“造山活動”開始變得活躍,生命也就引來物種大爆發。

最後

地球生命都是跟隨著地球環境變化在改變的,真的有點“時勢造英雄”的感覺,地球的每個時期都是最適應時代的物種主宰地球。

當然,現在我們(人類)似乎已經可以改變地球的環境,但如果我們不發展航天事業,我們也可能被時代淘汰。

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