這些浮游有孔蟲（Planktonic foraminifera）採自墨西哥灣，是許多海洋水生食物鏈的基礎。死後，它們的軀殼會沉澱在海底，形成石灰質或白堊質的沉積岩。當這些沉積岩累積到一定量後，便能夠對大陸的運動產生類似“潤滑劑”的作用。圖片來自：Randolph Femmer，美國地質勘探局

近日，一項來自美國德克薩斯大學奧斯汀分校的新研究證明了地球上的生命與大陸運動之間可能存在的一種聯繫。該研究發現，那些通常由生物殘骸組成的沉積物在決定大陸漂移的速度方面起着重要作用。這個發現十分重要，因爲它不僅挑戰了現有關於板塊之間如何作用的一些觀點，還揭示了地質運動、氣候以及地球生命之間的潛在反饋機制。

這項於11月15日發表在《地球與行星科學通訊》雜誌上的研究對沉積物如何調節構造板塊間的移動和俯衝作用進行了闡述。它們甚至可能在山脈的快速隆起和地殼增長過程中也起到了一定作用。文章第一作者是來自傑克遜學院研究員、瑞士蘇黎世聯邦理工學院教授Whitney Behr， 合作作者是來自德克薩斯傑克遜學院地球物理研究所的地球科學教授Thorsten Becker。

貝殼和浮游生物的殘骸在海底不斷累積、風蝕作用、水蝕作用以及冰川溶蝕都能夠形成沉積物。長期以來，我們知道進入俯衝區的沉積物會影響諸如地震頻率等地質活動，但直到現在人們都不認爲沉積物對於大陸的漂移有什麼作用。這是因爲人們認爲大陸板塊俯衝作用的速度取決於彎曲並滑入地幔層（在地殼下的半熔融岩層）中的俯衝板塊的強度，這與沉積物沒有關係。大陸運動是一個板塊向另外一個板塊下面俯衝導致的。在這個假設中，大陸板塊的移動速度在很大程度是板塊俯衝到地幔層的強度和引起板塊彎曲所需要的能量決定，沉積物作用只佔有很小的一部分。

但包括德克薩斯大學地球物理研究所的科學家在內的研究人員此前所做的研究都表明，板塊俯衝作用可能比以前認爲的更弱，更容易受到其他因素的影響。這使得研究人員希望找到其他一些能夠影響到板塊運動速度的機制。他們評估了不同類型的岩石會如何影響板塊接口——俯衝板塊邊界。隨後的模型顯示，由沉積物形成的岩石可以在板塊之間起到“潤滑劑”的作用，可以加快俯衝作用的速度。

這種機制可以形成一種複雜的反饋。隨着大陸板塊的移動速度的增加，沉積物積累的時間將會減少，所以能夠影響到俯衝作用的沉積物的量也將隨之減少。這又將減慢俯衝作用，使得兩個板塊撞到一起，引起大陸板塊的邊緣抬升，進而使山脈逐漸升高。反過來，這些山脈受到風蝕、水蝕和其他侵蝕作用，又能夠形成更多的沉積物，再補充到俯衝作用的區域，重新開始一次俯衝作用速度變化的循環。

“這種反饋機制使得俯衝作用維持在一個平穩的速度上，使這些板塊不至於跑太快而‘剎不住車’。”文章第一作者、傑克遜學院研究員、瑞士蘇黎世聯邦理工學院教授Whitney Behr說。

Behr和德克薩斯傑克遜學院地球物理研究所的地球科學教授Thorsten Becker的新模型同樣可以很好地解釋板塊速度的差異性——例如印度洋板塊在7000萬年前以超快的速度向北衝去。作者提出，當印度洋板塊穿過生物豐富的赤道海域時，海牀上那些由有機物質經過沉積作用形成的沉積岩起到了潤滑的作用。這使得印度洋板塊向北俯衝的速度從5釐米/年（約2英寸每年）加速到了16釐米/年（約6英寸每年）。印度洋板塊在大量的沉積物的作用下加速俯衝向歐亞洲板塊，並在與歐亞板塊相撞後逐漸降速。

Behr和Becker提到，這個反饋機制在大陸還沒形成，生命還沒有出現的地球早期是不一樣的。儘管他們的假說沒有說明這些反饋機制的起源，但這引發了人們關於大陸漂移和地球上的生命之間的聯繫的思考。

“板塊的地質歷史是很重要的，這一點已經很明顯了，”同時還擔任猶他州州立大學地球物理學的傑出講席的Becker說，“我們將對這樣的反饋機制工作的原理進行更爲詳細的研究。”

編譯：潘翰 審稿：西莫 責編：張夢

期刊來源： 《地球與行星科學通訊》

原文鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-11/uota-nsr111518.php

中文內容僅供參考，一切內容以英文原版爲準。