板块构造是生命形成必要条件吗？造能增加生命存在的可能性

新浪科技讯 北京时间2月11日消息，据国外媒体报道，从微生物到哺乳动物，地球上的生物可谓应有尽有。但就算把地球上的生物清除一空，地球依然是一颗“生机勃勃”的星球。

地核中的熔岩不断翻腾搅动，创造出包围着地球的磁场。火山喷出滚烫的气体，岩浆凝固成新的地面。地表的各大板块彼此来回推搡碰撞，山脉由此形成，地形也随之改变。

地球不仅仅是生命的载体，它本身就是生命。但它的地质新陈代谢过程恰好使地球成为了一颗宜居的星球。如果地球只是宇宙中一颗冰冷、死寂的巨石，我们所熟知的生命也许根本就无从存在。至少在当今的地球上，地质与生物之间存在着密不可分的关系。

在所有行星中，地球是唯一有着板块构造的星球，也是唯一已知存在生命的星球。但这是否意味着地质板块是生命形成的必备条件呢？我们还无法确定。

天文学家已经在太阳系之外发现了数千颗行星，其中有些可能属于宜居星球。板块构造能增加生命存在的可能性，特别是较为复杂的生命体。如果外星人确实存在，它们可能也生活在像地球一样地质活动较为活跃的星球上。

但探测器对太阳系进行探索后发现，地球的地质活动并不是独一无二的。虽然月球和火星都没有板块构造，但它们都存在“月震”或“火震”。

木星的一些卫星上有活跃的火山和热泉。水星周围有磁场，说明它至少有一部分核心物质处于熔化状态。就连一度被看作冰天雪地、死气沉沉的冥王星上，似乎也遍布着高耸的冰山和冰川，比科学家原本预想的有生机得多。

不过，光有地质活动还无法与板块构造相提并论。地球是太阳系中唯一外壳分成了几块的星球，就像破裂的蛋壳一样。这些坚硬的板块漂浮在较为柔软的地幔上方，厚度最多可达数百公里。

太阳系中的其它星球同样古老，表面密密麻麻地分布着数百万年、甚至数十亿年来形成的撞击坑。但在地球上，板块会漂移、碰撞，不断改变着地表形态。在中洋脊构造中，岩浆会向上涌出，形成新的海底地壳，并将原有板块向两侧推开。

而当两大板块相互挤压时，一侧板块可能会并入另一侧板块底部，这一过程名叫“潜没”，会形成深深的海沟，或导致火山爆发。有时两侧板块则会同时向上运动，构成喜马拉雅之类的山脉。

这些对于地球上的生命而言都有至关重要的意义。

在这些过程中，地球内部会吸收或释放碳元素，从而调节大气中的二氧化碳含量。而二氧化碳是一种温室气体，若浓度过高，大气层便会蓄积过多的热量。

“地表温度正不断上升，地球最终会变成金星一般的炼狱。”耶鲁大学地质物理学家朱·科雷纳加（Jun Korenaga）指出。而二氧化碳若含量过低，地球又会变得过于寒冷、不适合生命居住。

因此，碳循环起到了全球温度调节器的作用，在需要时可自动进行调节（但在人类活动排放的过量二氧化碳面前，它就无能为力了）。气候变暖时，降雨量也会增多，有助于吸收大气中过多的二氧化碳。

二氧化碳会溶解在雨水中，降落到裸露的岩石上。雨水与岩石发生的化学反应会使岩石中的碳和钙等矿物质析出，并随着河流汇入海洋，形成碳酸盐岩、以及贝壳等有机物。

这些碳酸盐岩位于海底，其所在的板块发生潜没之后，碳元素也就进入了地球内部。接着，火山再将这些碳元素以二氧化碳的形式喷回大气中。

历经数亿年时间，这一过程终于构成了完整的循环。

在这一循环中，每个环节都离不开地壳板块的作用。板块潜没不仅能将碳元素带回地幔中，其它板块活动还能将新形成的岩石带回地表。这些裸露的岩石进而发生化学反应、释放出矿物质。板块活动形成的山脉可以使空气向上流动，在高处冷却、凝结，形成降雨，进而吸收大气中的碳元素。

火山也至关重要。“板块活动有助于延长火山活跃时间。”宾夕法尼亚州立大学的地质物理学家布拉德·弗利（Brad Foley）指出，“若没有火山将二氧化碳喷回大气层，地球就会变得极为寒冷，变成一片冻土。”

温暖的气候是宜居的根本。但除此之外，板块活动还发挥了其它作用。例如，侵蚀和风化过程会将岩石中的铜、锌、硫等元素带入海中，它们为浮游生物等生物提供了重要的营养物质。在远古时期，这些元素大大增加了地球上的生物多样性，如5.4亿年前的寒武纪生命大爆发等。还有相关证据显示，在侵蚀作用较为贫乏的时期，往往伴随着大规模物种灭绝事件，因为海洋生命获得的营养物质不够充足。

板块活动还创造了丰富多样的环境，促进了生物进化。数百万年以来，各大陆在地球表面四处漂移，从一种气候变化到另一种气候。若没有板块构造，地球的地形地貌就不可能如此丰富，也就不可能有如此多彩纷呈的生命。

板块活动也与海底热泉密切相关。海水从板块相接处流入缝隙中，被岩浆加热到数百度。滚烫的海水被喷回海中，便形成了海底热泉。这一地质构造最早发现于上世纪70年代末，蕴藏着丰富的生态系统。一些科学家认为，地球上的第一批生命也许正是在类似的海底热泉中形成的。

持续不断的板块运动甚至还可能与地球磁场的形成有关。磁场就像一层保护罩，防止太阳风破坏地球大气层——大气层可能也是生命存活的必备条件。地核中熔化的铁不断地翻腾搅动，从而形成了磁场。而地核的剧烈搅动则是由对流引起的：较热的液体上涌，较冷的物质下沉。磁场的形成取决于地核中是否会发生对流，对流的发生则取决于地球的降温速度。

“板块构造会加快地球内部的降温速度。”华盛顿卡内基学会的地质物理学家彼得·德里斯科（Peter Driscoll）指出。降温速度下降会引发对流现象，进而形成磁场。火星和金星都没有板块构造，也没有液态的内核、更别提磁场和生命了。

不过，虽然板块构造对于当今地球上的生命而言至关重要，它对于地外生命又如何呢？

天文学家估计银河系中有多达一千亿颗行星，其中有许多与地球大小相仿、且位于所谓的宜居带中，温度既不过高、也不过低，刚好可使水保持液态。科学家已经在距太阳系最近的恒星比邻星周围发现了一颗这样的行星。

位于宜居带中、表面有液态水，这是生命存在的最关键要素。在此之后，就要考虑板块构造了。

“板块构造对于生命的形成至关重要。”斯坦福大学的地质物理学家诺姆·斯利普（Norm Sleep）说道。如果某颗行星有板块构造，“宜居的可能性就会大大增加。”

当然，要讨论某颗星球是否宜居，目前还全凭猜测。唯一已知宜居的星球便是地球。

“作为人类，我们所了解、所热爱的所有生物都离不开板块构造。”亚利桑那州立大学的行星科学家琳迪·埃尔金斯·坦顿（Lindy Elkins-Tanton）指出。但“从更广阔的层面来看，这并非生命形成的必需条件。”

以地球为例，板块构造最重要的作用便是调控碳循环。但其它行星并不一定需要板块运动才能调节这一循环。例如，构成夏威夷群岛的火山就与板块活动无关。

“有了这样的火山活动，二氧化碳仍然有进入大气层的途径。”弗利指出，“这些火山活动还能创造新的岩石，它们同样会风化，因此碳循环的一部分环节并不会受到影响。”

但问题在于，若是没有了潜没过程，这些碳元素要如何回到星球内部呢？没有板块构造的行星被称作“静止盖”行星，碳元素被坚硬的外壳牢牢封锁在星球内部。不过，这些外壳的深处温度更高、也更加柔软，同时密度又大于幔层。因此如果这一部分足够柔软的话，就能像糖浆一样缓缓下沉，将碳元素带到星球内部，再随着火山喷发出来。

但就算碳循环能以某种形式进行，可能也无法长期持续，这颗行星的宜居时限也会因此缩短。弗利指出，如果没有板块构造，火山活动可能不久便会偃旗息鼓。

但一些研究人员指出，就算在地球上，生命或许也并不需要板块构造。2016年，悉尼麦考瑞大学的行星科学家克雷格·奥尼尔（Craig O‘Neill）构建了相关电脑模型，显示地球在远古时期是没有板块构造的——甚至在41亿年之前生命诞生之初，板块构造还尚未形成。如果地球上还没有板块构造时便已出现了生命，就说明板块构造并非生命的必要条件。

但其他研究人员认为这一结论考虑得并不周全。这一模型的假定条件稍有不同，便会得出全然不同的答案。

最终研究人员达成了一致：板块构造可以诱发生命的诞生。但还无人敢断言它究竟是不是生命形成的必要条件。“我们对板块构造的了解还不够，不足以判断它是否对星球的宜居程度至关重要。”埃尔金斯·坦顿说道。科学家一直到上世纪后半叶才提出了板块构造理论，至今对地球上的板块构造还没有充分理解，更别提其它行星了。

地球的板块构造与生命之间有着密不可分的复杂关系。“这些地质循环使地球拥有了 宜居的环境。”斯利普指出，但生物学也同样重要，“生命历经40亿年，逐渐演化出了种种适应板块构造的特性。”也许地球上的生命之所以依赖于板块构造，只是由于进化使然。

即使板块构造是生命存在的必要条件，天文学家也许也无法轻易判断某颗行星是否有板块构造。太阳系外的行星可谓遥不可及，即使是最强大的天文望远镜也只能弄清这些行星大气层的化学组成，这已经很了不起了。但在实现星际旅行之前，我们是不可能确定其它行星上是否存在板块构造的。

“我们就生活在地球上，却还差点没察觉到地球的板块构造。”埃尔金斯·坦顿说道。

板块构造只是影响星球宜居性的众多可能因素之一。在真正找到外星人之前，科学家还无法确定生命所需的必要条件。就目前而言，地球仍是我们所知的唯一生机勃勃的世界。