火星宜居关键是解锁地球深地之谜,中外科学

◎作者

科技日报记者张佳星

◎编辑

陈磊

引言

“天问一号”探测器正在奔向火星的路上。人们对这一壮举充满期盼——迈向火星，人类将努力把它改造为宜居家园。

天文学家认为，行星的宜居性取决于它与恒星之间的距离。

但金星、火星和地球同样位于太阳系宜居带，为什么只有地球生机勃勃？

地球科学家认为，地球成为太阳系唯一有生命的星球，原因在于它的“内秀”。挺进“深地”，探究地球演变机理，找到宜居的秘密，才能将地外行星收入囊中。

“深地”时常空降惊喜：

一座巴西火山喷发，“吐出”成堆钻石，研究发现，钻石来自地幔；

一块地球同时期的陨石“露富”，有研究预测，地核中存储了超过全球储量99%的黄金；

……

相比宝藏，更令科学家心醉的是地球内部有它宜居的秘密，这将成为征服宇宙的起点。

随着科技实力的大幅跃升，探秘地心的计划正在变成事实。各国雄心勃勃，世界主要大国均对“深地”探测与地球宜居性的研究给予高度重视。

中国的地球科学家们也正在推进“深地”科学研究，他们通过对地幔、地幔过渡带、核幔边界甚至更深的地核研究，来深度解析地球，研究地球如何通过几十亿年的演变变得宜居。他们认为，只有懂得地球内部发生了什么，才能在地外空间寻找到宜居星球。

一半是“火焰”一半是“海水”，地球是个“双子座”

明丽的蓝色，不慌不忙地旋转……宇航员眼里，地球宁静瑰丽；

沉稳山峦、斑斓静秋、广袤大地、无垠大海……地表居住者眼里，地球固若金汤、沉稳矫健；

俯冲、跳变、喷薄、粘滞……在深地研究者眼里，地球简直是名“跑酷”选手，它的运动形态不仅多样，还极具变化。

哪个是最真实的地球？地球其实是个“双子座”，表面的沉稳是“假象”。

“它的动是与生俱来的。”中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所所长徐义刚研究员说，地球自形成之始经过数十亿年的演化，逐渐从相对均一、炽热的行星演变成具有良好层圈结构、生机勃勃的宜居星球，其根源在于拥有活跃的地球内部。

“地球如果不动，它就死掉了。”中国科学院大学地球与行星科学学院教授李忠海说得更直接。

地球的动，带来了活力，带来了四季分明，但地球的动远不止带来了“风、花、雪、月”，在地表之下，地幔、地核的运动才是地球生机盎然的源泉。

最初的地球、火星、金星十分相似，到了40亿年—35亿年前它们开始分道扬镳：

金星发生了失控的温室效应，它的表面温度高达摄氏度；

火星发生了失控的冰室效应，表面平均温度零下55摄氏度，大气密度相当于地球的1%；

而地球，最终拥有了充足的含氧大气，和生物接受范围内的相对恒定的表面温度。

地球发生了哪些变化？徐义刚举了个例子，在大约二三千万年前，地球大气中二氧化碳的浓度从ppm下降到ppm（人类在二氧化碳浓度为ppm时开始感觉困倦）。

“在现有的知识体系下，温室气体的大量减少本应导致全球温度的下降，但事实上那时全球的温度基本没有发生变化。”徐义刚说。

“自相矛盾”的现象接二连三地出现。例如，现在普遍认为地球上的氧气是由海洋微生物释放而来，但从30亿年前海洋中已经有蓝细菌和产氧的光合作用，而大约25亿年前地球大气才开始出现可观的氧气。

“地球表层系统的研究已经非常深入，但难以回答多个矛盾事实出现的原因。”徐义刚说，“探究未解之谜，我们不能忽略地球深部是一个巨大的生命元素储库！”

储存、运转、释放、运转、再储存。地球内部在“跑酷”！跟着一起的，还有各种生命重要元素发生着流转。或许，上述没有带走热量的二氧化碳转向了地球内部，而地球本身的反应维系了整个温度的平衡。

“‘深地’与浅表的联动机制正成为新的学科制高点，各国竞相布局，均在争取率先突破”

学术界开始意识到，地球内部碳、氢、氧、氮等生命元素的动力学过程，深刻参与了整个地球生命的循环。

“‘深地’与浅表的联动机制正成为新的学科制高点，各国竞相布局，均在争取率先突破。”徐义刚说。

年，美国地球物理联合会和美国地质学会联合发表的《21世纪的大地构造：一个宜居行星的动力学》白皮书中指出，“深地”过程及其与生物圈和大气圈的相互作用在维持地球宜居性方面发挥了极其重要的作用。

美国Sloan基金会和英国自然环境研究理事会也先后启动了“深部碳观测”全球重大研究计划和“挥发份、地球动力学和固体地球控制宜居地球”重大研究计划。

在美国研究理事会发布的咨询报告中，早期地球和地球内部动力及其与浅部的联系被列为重点