深海火山爆發引起的巨大捲流,可能就是地球生命起源推動力

by:阿雀
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本文經授權轉載自友站科技新報文/ Alan Chen 

由英國里茲大學學者 David Furguson 及 Sam Pegler 率領的研究團隊,近期在自然—通訊(Nature Communications)科學期刊上發表文章,指出深海火山爆發所引起的巨型捲流(Megaplumes),可能是數十億年前地球早期生命誕生並擴散全球的推動力。

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▲深海火山爆發所引起的巨型捲流可能是地球早期生命誕生並擴散全球的推動力

Photo: NOAA Ocean Exploration

長久以來,人類對於海底的研究,可能遠不如月球、火星甚至金星表面透徹。而由於海底火山觀測難度極高,因此對於地殼運動中佔絕大部分的海底火山活動,研究成果也遠不如陸地火山。不過,里茲大學團隊提供了新的發現。

科學家原本對於海底火山活動的規模並不了解,直到 1950 年代中洋脊(Mid-Ocean Ridge System)被發現之後,奠定了板塊移動理論,才讓這一整條長達 6 萬公里、環繞全球的海底火山帶成為研究的重點。

隨後科學家們對於海底火山噴發造成的海底熱泉(Hydrothermal Vent)開始有更多研究,這些隨著岩漿噴發產生的熱泉含有豐富的礦物質,因此周圍通常有豐富的生態系統,從最基本的化能合成(Chemosynthesis)細菌和古生菌(Archaea),到甲殼、節肢動物等都會在周遭活動。

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▲中洋脊全球分佈地圖

Photo: J M Watson

生命正是從最極端的環境中誕生

當初這些熱泉周遭「嗜極生物(Extremophile)」的發現,顛覆了科學家原本認為生物不可能在極端環境中生存的觀念。此外,早期理論也認為海底火山由於海水壓力,也不會像陸地火山爆發那樣散佈火山灰。

但在陸續透過無人潛水艇的觀察下,科學家發現海床上其實滿佈著大量火山灰物質,甚至有些原生生物(Protist)會運用火山灰物質合成自己的外膜。不同於陸地火山灰主要是由噴發的蒸氣散播,海底火山灰則是透過大量的氣泡散佈四周。

而在中洋脊的海底熱泉之上,則發現了規模龐大的海洋捲流,體積可達 100 立方公里(大約是 4,000 萬個奧運標準泳池的體積總和),但科學家原先還無法確定這個巨大捲流,是否完全是由中洋脊海底火山噴發所造成的。

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▲嗜極生物可在極端環境中存活

Photo: Frank Fox

里茲大學團隊則透過觀測和數學模型,證實了海洋捲流與海底火山噴發的關聯性。團隊針對東北太平洋海床上分佈的火山灰進行觀測,發現灰燼以及岩漿成分可擴散到距離噴發地點數公里之遠。在海底擴散如此長距離所需要的能量,並無法單純用洋流或潮汐來解釋。團隊認為海底火山噴發造成的灰燼和岩漿擴散,需要大約 1 兆瓦的能量(約全美國 3 個月用電量總和)。

而透過數學模型計算,團隊証實如此龐大噴發能量能夠創造出來的海洋捲流,約與觀測到的巨大捲流體積接近,因此可驗證這個巨大海洋捲流是由中洋脊海底火山噴發所創造出來的。

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▲或許土衛二及火星的海床火山帶,也會有生命的跡象

Photo: Kevin Gill

海底火山若是生命起點,其他星球會不會有可能?

這項發現可推測,數十億年前,地球生命應是從中洋脊海底火山帶的極端環境下,產生了基本的單細胞生物,再透過噴發以及海洋捲流,將生物擴散到海洋各處,進而在不同的環境中進化成更多樣化的生物鏈。

就目前天文學家觀測到的火星以及土衛二號上,都具有與地球類似的海床火山帶以及噴流現象,因此里茲大學團隊的這項發現,可以讓天文學家將來觀測火星和土衛二號的生命跡象時,有新的觀測目標。