看板块运动寻外星生命
2018-12-24 10:28:17    《中国中学生报》

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  一闪一闪亮晶晶,满天都是小星星。可是在无垠 的天际,如何才能在众多的星球中找到像地球一样存 有生命的活力星球呢?
  
  没错,液态水的存在可以帮助探知外星生命存在 的可能性。可是你知道吗,除此之外,了解一个星球 的板块运动,也可以帮助我们找寻外星生命。
  
  板块的乾坤大挪移
  
  行星上的板块运动是星球能够供养生命的重要条 件。表面上看,是否存在生命和板块运动之间联系似 乎很薄弱,因为生命的循环周期短而复杂,而板块运 动周期极长且相互作用简单。但是,这二者之间确实 存在着直接而深层的联系。
  
  板块运动是地球物质最有效的回收机制,生命的 存在依赖这种循环所带来的各种物质。
  
  地球上的陆地之所以会发生移动,是因为它们坐 落于分离的板块之上,而这些板块是由地壳和上地幔 组成的。地壳和上地幔就像浮动在广袤无垠、炙热的 “岩浆海”上的小舟。伴随着岩浆的流动,各个板块 会不断发生位置变化。水、二氧化碳以及其他生命构 成所不可或缺的要素,就会通过板块运动在世界的各 个地方穿梭,进行交换。它们从深海,到陆地,再到 大气中,然后再回来,循环往复。没有这些物质的帮 忙,生命很难在一个星球上存活下来。
  
  板块运动造“空调”
  
  在数十亿年的演化过程中,正是因为有了板 块运动的推动,造就出碳循环这么个“天然空调系 统”,我们的地球才能保持较为稳定的温度,让生 命得以生存。
  
  大气中的二氧化碳溶解在雨水中,形成碳酸, 随雨水降到地面后,碳酸溶液可以在一定程度上溶解 硅酸盐岩石。溶解后的硅酸盐变成地表石灰岩的一部 分,或者随着水分被带入海洋,被微小的浮游生物消化掉。当这些生物死亡,它们就落到海洋深处,成为 沉积物。
  
  在板块边界,部分这样的沉积物随着板块俯冲 (板块运动时,一个板块冲到与其交界的板块的下 面)进一步进入更深层的地下世界。在地层深处高温 高压的情况下,固存在地下的部分碳元素会以二氧化 碳气体形式被释放出来,最终通过火山口回到大气 中,完成一次完整的循环之旅。
  
  这种自动调温的神奇能力。地球温度升高,会有 更多的水从地表蒸发,这样就能产生更多降水,溶解 更多空气中的二氧化碳,将它们带入地下深处,降低 温室效应,使得全球温度下降。相反,当地球变凉, 被雨水卷入这种循环过程的二氧化碳就会相对较少, 而从火山和其他来源产生的二氧化碳却不断潜入大气 中,这样便加剧了温室效应,导致气温回升。而地球 适宜的温度一方面适合生命体生存,另一方面也是形 成液态水的必要条件。
  
  活跃的板块运动是生命存在的信号
  
  板块运动使得地球成为一个更适宜生命居住的 星球,反过来,生命的存在也可以使板块运动更为频 繁。所以,活跃的板块运动可以看作是生命体在向我 们传达信号,宣告它们的存在。
  
  地球表面的生命以多种方式促进风化作用:细菌 分泌可以分解石块的酸性物质,岩石上的地衣、苔藓 和树木在石头上分解石头。地球上的生物越多,这种 风化作用就越显著。这一过程产生的沉积物会在海底 不断堆积,越来越多。沉积速率越快,说明生物圈的 活动越显著。当板块交界处出现俯冲的时候,这些沉 积物便随着板块运动潜入地下100千米深的地幔处。
  
  生物风化所产生的沉积物含有大量水分(约占总 质量的40%),这些水分进入地幔后相当于一种润滑 剂,能够加速板块运动。岩石的含水量增加,其熔点就会相应下降。如果生物风化产生更多的沉积物,就 有更多的水分随着沉积物进入地幔,就会导致更多的 火山爆发。而火山喷出的熔岩越多,所产生的陆地也 越多。
  
  这样来看,生物圈越是欣欣向荣,我们所能够观 测到的板块运动也就越明显。
  
  没有生命,板块还动得起来吗?
  
  那么,如果一个星球上没有生命,它的表面能有 明显的板块运动吗?就拿地球来说,没有生命了的作 用,它会变成什么鬼样子?
  
  2013年,德国航空太空中心的研究人员用计算机 模拟出两种截然不同的地球状况进行比对——一种生 物圈像现在的地球一样生气勃勃,而另一场景中则没 有任何生命存在。
  
  在有生命的情况下,生物风化带来的沉积物会增 多,使得地幔中的含水量达到0.03%。这又进一步促 使火山爆发频率变高,陆地会覆盖地球表面40%的面 积,与现在我们所处的环境十分相似,看起来非常美 好、和谐。
  
  一旦把生命从这种平衡的状态中移除,就会造就 出一个完全不一样的星球。沉积减少会导致地幔中的 含水量降低(降到0.004%的水平),大陆地壳的新生 力量也会相应减少。按照这一模型所预测的情况,没 有生命的地球,会遍布汪洋,陆地的面积只占整个星 球面积的3%。这样的地球,板块没有前进的动力,地 表死气沉沉。
  
  根据板块运动找外星生命
  
  就像“先有鸡还是先有蛋”这样无谓的争论一 样,生命的出现和板块运动,究竟是谁成就了谁也 难有定论,因为它们是彼此促进、唇齿相依的。
  
  板块运动的确与生命的存在有着莫大的关 系,而这一观点为我们寻找外星生物提供了一 个新的视角。美国西北大学的天文学家尼古拉 斯·考恩和他的同事近期展示了一种用于检测系 外行星上海洋和陆地状况的技术。利用这种技术 的望远镜采集了24小时影像之后,考恩的团队可 根据这些采集的资料制作出含有3种颜色的地图: 蓝色对应着海洋,橙色对应着陆地,灰色代表着 云层。长期观察会获取更多精细的地表画面,揭 开海洋和大陆的 面纱。
  
  考恩认为, 这项技术未来可以 用于探测系外行星 上。如果一个行星 有较大的大陆和大 片水体,通常也会 有板块构造,而板 块运动就预示着那 片土地上有可能存 在生命。
  
  莫云

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