2022年3月4日，《科學(xué)進展》（Science Advances）雜志刊發(fā)文章《寒武紀(jì)大爆發(fā)對地球深部碳循環(huán)的擾動》（Perturbation of the deep-earth carbon cycle in response to the Cambrian explosion）稱，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一項研究證實，5.4億年前動物種群大爆發(fā)永久性地改變了地球，其影響深度到達了地球下地幔。

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150余個來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，這個相對較短的階段發(fā)生在大約5.4億年前的寒武紀(jì)開始時的幾千萬年。在這個劇烈的轉(zhuǎn)變期，幾乎所有現(xiàn)存的動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，這反過來又影響了海底沉積物的組成。對于地球的下地幔來說，這種轉(zhuǎn)變是相關(guān)的，因為海底的一些沉積物，也就是死去生物的物質(zhì)沉積，通過板塊構(gòu)造進入地幔。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。通過這種方式，作為有機物質(zhì)儲存在沉積物中的碳也到達了地幔。在那里，沉積物與來自地幔的其他巖石混合，經(jīng)過一段時間，估計至少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，因為總的來說，只有少量的沉積物沿著俯沖帶被輸送到地幔深處。這證實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的。除了碳元素，研究人員還檢測了其他化學(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程來解釋，比如脫氣，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，新的發(fā)現(xiàn)為進一步的研究打開了大門。這些觀測結(jié)果表明，地球表面的生物地球化學(xué)過程對深部地幔有著深遠的影響，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，同時也為認識地球表面過程如何影響地球內(nèi)部提供了線索。

轉(zhuǎn)載本文請注明來源及作者：中國科學(xué)院蘭州文獻情報中心《氣球科學(xué)動態(tài)監(jiān)測快報》2022年第07期，劉文浩 編譯。