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那片被遗忘的浅绿色的海

来源:科普时报    发布日期:2018-01-29

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当今世界上最大的人类挖掘矿坑——美国犹他州宾汉姆峡谷铜矿坑

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南京古生物博物馆收藏的叠层石,向上凸起的穹拱形态是蓝菌在生长过程中分泌粘液所胶结的矿物沉积。

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现代海洋环境中的蓝菌。



海洋与矿石,人们平时很难把它们联想到一起。不过,在地质历史上,它们二者却有着不可分割的联系。下文中提到的铁矿石看上去其貌不扬,却见证了沧海桑田的地球历史,见证了曾经浅绿色的海洋。

    全球分布的条带状铁矿

    世界各地都分布有含铁量丰富的铁矿,一些较大型的分布区域有:西伯利亚——蒙古——中国华北一带,北美洲的美国和加拿大,澳大利亚等等。

    这些矿区含铁最丰富的铁矿石具有相似的地质背景,它们大多是在距今24亿—19亿年前所形成的。在地质学界,它们被称为条带状铁矿建造,是全球前寒武纪地层中一种常见的沉积构造。

    条带状铁矿由多层厚度为数毫米至数厘米的灰色至黑色铁矿石所构成,这些铁矿石主要成分是赤铁矿或磁铁矿,铁矿石层彼此之间是含铁量较少的页岩层或燧石层,这些夹层通常颜色较浅,厚度与铁矿石层相当,页岩夹层中间也可以发现微细的、亚毫米级的铁矿石层。

    在距今30多亿年前的生命萌动的早期地球,环境非常严苛,我们今天习以为常的氧气,在那个时代是奢侈品,可能对于当时的生物还是有毒气体。当时大气中充满了二氧化碳、甲烷、氮气和硫化氢等气体,氧气的含量极低。

    在今天的深海海底,也可以找到类似的极端环境,在海底活跃的火山口附近,地壳深处岩浆和硫化氢、二氧化碳等气体不断从海底火山口喷出,形成“黑烟囱”或海底热泉。阳光无法达到深海海底,那里海水温度极低,可以生活的生物并不多,而炙热的岩浆为深海带来了热量。

    就在这些海底热泉附近,生活着很多厌氧生物,它们所赖以生存的就是硫化氢等有毒气体,氧气对于它们是名副其实的毒气。

    让地球含氧量脱贫的功臣——蓝菌

    蓝菌,也曾被称为蓝绿藻或蓝藻,属于细菌类原核生物,是唯一一种可以通过光合作用制造氧气的原核生物。

    我们知道,绿色植物可以利用其叶绿体进行光合作用。但是对于原核生物来说,它们的细胞内部没有细胞核,也没有被细胞膜所包裹的细胞器(叶绿体就是一种细胞器),因此它们进行光合作用的机理与绿色植物完全不同。

    蓝菌利用其细胞外膜独特的折叠方式而进行光合作用,氧气是它们进行光合作用是释放出的“废物”。蓝菌个体微小,化石记录极为罕见,但它们生命活动的痕迹却保存有化石,成为了地球增氧过程的见证者,即叠层石。

    叠层石本身并不是实体化石,它的特殊形态是由蓝菌等原核生物在生命活动中所引起的矿物沉积和胶结。叠层石代表了地球上最古老、最原始的微生物生态系统,最老的叠层石可以追溯到距今35亿年前的早太古代。在全球范围内,几乎所有的元古宙碳酸盐沉积中都发现有丰富多样的叠层石。

    蓝菌把地球的氧含量彻底脱贫了

    直到氧气含量足够高了,海水中的亚铁离子被消耗尽了,至此,不贫氧的地球再也无法拥有浅绿色的海洋。接下来发生的事件同样影响至深——由于氧含量增加,各种多细胞生物开始逐渐繁荣,一个生机勃勃的世界开启了。

    (作者供职于中国科学院南京地质古生物研究所)

作者:徐洪河编辑:叶秋红
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