2022年3月4日，《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志刊發(fā)文章《寒武紀(jì)大爆發(fā)對(duì)地球深部碳循環(huán)的擾動(dòng)》（Perturbation of the deep-earth carbon cycle in response to the Cambrian explosion）稱(chēng)，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一項(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，其影響深度到達(dá)了地球下地幔。

地球碳循環(huán)受到沉積物質(zhì)向地幔俯沖的強(qiáng)烈影響。沉積俯沖通量的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)的影響尚不清楚。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院地球科學(xué)系的研究人員基于對(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2.5億年的年輕金伯利巖的成分與較老巖石的成分差異很大。年輕的金伯利巖的碳同位素δ13C值接近典型的地幔值，而年齡小于2.5億年的金伯利巖顯示更低、分異度更大的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決定性觸發(fā)因素，這個(gè)相對(duì)較短的階段發(fā)生在大約5.4億年前的寒武紀(jì)開(kāi)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2~3億年，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?zhuān)热缑摎?，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(chēng)，新的發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步的研究打開(kāi)了大門(mén)。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。

轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)注明來(lái)源及作者：中國(guó)科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心《氣球科學(xué)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)快報(bào)》2022年第07期，劉文浩 編譯。