板块构造生命之根
最新研究可能揭示了板块构造孕育生命的秘密，也启发人类在宇宙中寻找生命。
2012年3月26日，电影导演詹姆斯·卡梅隆乘坐“深海挑战者号”潜水器，经过2小时36分下潜，到达约11千米深的“挑战者海渊”。这让他成为第一个独自下潜到马里亚纳海沟底部的人。卡梅隆原本打算在海沟底部停留6小时，最后实际只停留了3小时。在此过程中，他发现了包括一种最大的单细胞生物在内的68个新物种，并带回了一些海沟底部的微生物样本。这些微生物外观为簇状细丝，以蚀变岩为食。在阳光无法抵达、压强是海平面1000多倍的深海，这些微生物是靠什么生存下来的呢？
在地幔的顶端，数块坚硬的低温板块缓慢滑动着。它们各自向其他板块下方滑动（被称为俯冲作用），偶尔互相冲撞，这个过程是地球不同于其他行星的特征。马里亚纳海沟就是太平洋板块俯冲进马里亚纳板块形成的。人类能通过地震和火山爆发感受到俯冲和撞击，但板块运动带来的远不止地震和火山喷发，科学家相信，板块运动也许就是地球的生命之根。
带来生命原料
板块运动可能为孕育生命带来原料。太平洋板块在被拖进地幔的过程中温度逐渐上升，释放出岩石中的结合水，并将上层地幔中的橄榄岩转化成蛇纹岩。在这期间，甲烷等化合物也会通过温泉或海床裂缝缓慢释出。早期地球也经历过类似的过程，并且可能制造了生物新陈代谢所需的原材料。有了这些原材料，第一批具有自我复制能力的细胞开始不断涌现。卡梅隆带回的样本，就是这些原始细胞的后代。
板块运动也影响了生命出现的时间。2015年12月，澳大利亚科学家在全球各地海床提取了约300个岩芯样本，最古老的岩芯年代可追溯至7亿年前。他们测量了这些岩心中的常量元素磷，痕量元素铜、锌、硒、钴等生物所需的元素的含量。如果海水中这些营养元素的含量积累到一定水平，就可能促使浮游植物数量迅猛增长。研究人员认为在约5.5亿年前，海洋中这类元素的浓度出现过一次暴增。
科学家认为，板块运动大大推动了这个进程。板块碰撞处形成高山。相比平原，雨水和风化更容易侵蚀、剥落山体岩石，岩石中的矿物成分逐渐溶入河流，流进大海。他们还发现，地球历史上几次大规模生物灭绝期，恰巧也是这些元素丰度下降的时期。如果地表生物所需要的矿物元素被地球吞噬，岩石风化侵蚀作用的速度又赶不上营养消失的速度，那么结果很可能就是地质历史上的几次营养贫乏期，也就是大灭绝时期。
改写大气构成
板块构造带来的另一个重要作用是维持地球表面的长期热稳定。大气中的二氧化碳就像地球盖的一层棉被，少了它，地球表面无法留住热量，可多了也不行。地球大气中的二氧化碳比例约为0.44%，金星大气中二氧化碳比例则高达97%，其表面温度高达460℃，简直就是个大火炉。地球板块构造有助于将大气二氧化碳水平维持在适当范围。
风化作用不仅给大海带来高山的养分，还有助于去除空气中的二氧化碳。二氧化碳和水结合形成碳酸，碳酸可以溶解岩石，进一步加速风化。雨水将碳酸和从岩石中溶解出的钙质带进河道汇入海洋，再加上直接溶解入海水的二氧化碳，碳酸和钙结合，就形成石灰石，落在海床之上。一部分位于板块交界地带的石灰石会被俯冲作用吞噬。这个过程虽然很缓慢，但只要时间足够，二氧化碳就会渐渐被地幔吞噬。
板块构造也影响了大气中的氧气比例。在距今38亿～25亿年前的太古宙，地球刚刚遭受完太阳系内小行星的重型轰炸，迎来了宁静。此时地球上几乎没有氧气，藻类开始利用光合作用制造氧气，但其中大部分氧气和铁矿石发生氧化作用，形成铁锈。
2016年的一份研究显示，板块构造可能开启了发生于25亿～20亿年前的“大氧化事件”，造就了地球历史上的一段高氧时期。这个过程分为两步：首先，27亿～25亿年前大陆形成让地壳主要成分从镁铁质岩转化成长英质岩，地表“捕捉氧气”的效率下降，大气中氧气比例逐渐提高;然后，随着地球表面的碳不断积累，岩石的变质作用和岩浆反应导致大气一海洋系统中的二氧化碳长期总量上升。获得大量二氧化碳的藻类制造出更多氧气，因为地表氧含量大大提高，生命逐渐走向多样化。
谁打碎了“大锅盖”？
板块构造始于何时？这是科学家最想破解的核心之谜。地球形成于约45.4亿年前，那時地球还是一颗炽热的熔岩球。此后的10亿年里地球温度依然非常高，很可能也没有形成板块构造。和现在一样，那时地球内层对流已经将岩石和热量分布至地球各处。地幔中的岩石在地球内部被挤压、加热，然后上升到地表。冷却过程会让它们变得更致密，密度增大导致这些岩石开始重新下沉。这个过程就像烧水过程中壶内水的对流模式，而对流或许启动了早期地球内部的垂直运动。
不过，那时的地幔又薄又稀，力量还不足以冲破坚硬地壳，俯冲作用还没有开始，也就谈不上地壳水平运动。那时的陆地也是一块完整的盘古大陆——就像盖在地幔上的一个大锅盖，板块构造还未形成。随着地球渐渐冷却下来，板块无法再像以前那样可以在地幔上随意滑动，低温让熔岩凝固，板块和地幔开始结合，形成了今天板块构造的雏形。
那么又是什么力量将“大锅盖”敲碎，裂成许多板块的呢？一些研究人员认为，“大锅盖”碎裂可能要追溯到地球诞生的5亿年后，那场太阳系初期形成的小行星的猛烈轰炸。在狂暴的冲击力下，较冷的外层地壳被撞入炽热的上层地幔中，这个过程开启了板块俯冲。
一些科学家相信，俯冲运动需要外力开启，另一些科学家则认为，地球降温的过程中温度不均会造成“大锅盖”破裂。这就像烤蛋糕时蛋糕顶部开裂。距今30亿年前时，地表局部地区已经有过几次“短暂”的板块构造活动，但范围并不大。这几次小型活动的结果是，温度较低的地壳开始下沉，完整的地壳出现开裂，强度也不如从前。这种小规模板块构造活动周而复始。地壳上逐渐开始出现薄弱区，并逐渐演化为板块边界。最终，俯冲作用会形成完整的板块构造。高温地幔会爬升，在地幔的渗透和加热下，地壳被逐渐熔化、破裂。
这种理论认为，地球多次重复了这个过程，终于在距今30亿年前，板块积累了足够多的能量，板块构造开始出现。真相是否如此？可惜的是我们目前掌握的证据都是零碎的。海洋地壳的历史不过2亿年，无法提供更早之前的地质变迁证据。
其他行星有没有板块构造？
从外观推测，金星的地表可能在5亿年前整体重塑，但是人类目前没有辨别出任何板块。在土卫二的冰盖之下，科学家发现了许多奇怪的地质裂缝，他们猜测，～2z内部温度更高的低密度物质曾经从这些裂缝中喷发，进入太空。
火星有太阳系行星中最大的火山——奥林帕斯山（高于火星基准面约21千米，宽约600千米）。奥林帕斯山所在的塔尔西斯高原十分巨大，大到足以压低火星地壳，使火星的两极偏移。有科学家认为，火星大小的行星只要有足量的水，就肯定能进入构造活跃状态。另一些科学家认为，火星南半球的某些区域有海床蔓延的痕迹。虽然各方对火星是否存在板块构造的观点不一，但有一点基本形成了共识——火星在最近40亿年内没有板块构造活动。从人造卫星和火星探测车收集到的数据分析来看，火星地壳的形成年代也大约在40亿年前。
2018年11月26日，洞察号火星探测器经过4.58亿千米的飞行后，成功降落火星表面。其上搭载的地震计、热挖掘探头和无线电科学实验装置开始了对火星内部构造的研究。
地球目前的板块构造可能也是暂时的，因为板块构造或许只是岩石行星的某个中间阶段。随着_地球渐渐衰老，它很可能从一颗构造活跃的温暖行星，慢慢变为一颗凝固的寒冷行星，地球板块运动很可能终止。届时将不再有任何地震，也不会有火山喷发，不少地质学家相信火星的今天就是地球的明天。
（责任编辑 王川）
板块运动促成物种隔离
板块构造运动也可能加速了物种隔离。有科学家猜测，10亿年前至5.4亿年前之间的新元古代可能是板块的活跃时期。剧烈的板块运动重塑了大陆格局，造成海洋和大气剧变（寒冷的雪球地球时期就是证據之一），迫使生物向不同纬度迁徙，形成物种隔离，并不断重组生态圈构成。直到1.5亿年前，大洋洲都还是南极洲的一部分：而今天，两块大陆上的物种结构几乎完全不同。
作者：段景颐
