5.4億年前動物群的快速發展已經永久地改變了地球–深入到其下層地幔。由蘇黎世聯邦理工學院（ETH）研究人員Andrea Giuliani領導的團隊在這個區域的岩石中發現了這種發展的痕跡。

不難看出，地球內部的過程影響著表面發生的事情。例如，火山噴發會形成火成岩，並向大氣中排放氣體，從而影響我們星球上的生物地球化學循環。

然而，不太明顯的是，相反的情況也是如此：地球表面發生的事情影響到地球的內部–甚至到了很深的地方。這是蘇黎世聯邦理工學院地球科學系SNSF Ambizione研究員Andrea Giuliani領導的國際研究小組在《科學進展》雜誌上發表的一項新研究中得出的結論。根據這項研究，我們星球上的生命發展影響了地球下層地幔的部分。

在他們的研究中，研究人員檢查了來自地球歷史上不同時代的被稱為金伯利岩的罕見含鑽石的火成岩。這些特殊的岩石是來自地球地幔最低區域的“信使”。科學家們測量了這些特殊岩石的大約150個樣本中的碳的同位素組成。他們發現，年齡小於2.5億年的較年輕的金伯利岩的成分與較老的岩石的成分有很大的不同。在許多較年輕的樣本中，碳同位素的組成超出了對來自地幔的岩石的預期範圍。

研究人員認為，在寒武紀生命大爆發中，年輕的金伯利岩的這種成分變化是一個決定性的觸發因素。這個相對較短的階段–從地質學上講–發生在大約5.4億年前寒武紀初期的幾千萬年時間裡。在這個劇烈的轉變中，今天幾乎所有現存的動物部落都首次出現在地球上。“海洋中生命形式的巨大增長決定性地改變了地球表面的情況，”Giuliani解釋說。“而這反過來又影響了海洋底部的沉積物的組成。”

對於地球的下層地幔來說，這種變化是相關的，因為海底的一些沉積物，其中來自死亡生物的物質沉積，通過板塊構造進入地幔。沿著俯衝帶，這些沉積物–連同下面的大洋地殼–被輸送到很深的地方。通過這種方式，作為有機材料儲存在沉積物中的碳也到達了地幔。在那裡，沉積物與來自地幔的其他岩石材料混合，經過一定的時間，估計至少2-3億年，在其他地方再次上升到地球表面–例如以金伯利岩漿的形式。

海洋沉積物的變化留下如此深刻的痕跡是非常了不起的，因為總的來說，只有少量的沉積物沿著俯衝帶被輸送到地幔的深處。“這證實了地球地幔中的俯衝岩石物質不是均勻分佈的，而是沿著特定的軌跡移動的，”Giuliani解釋說。

作為一個整體系統的地球

除了碳之外，研究人員還檢查了其他化學元素的同位素組成。例如，兩個元素鍶和鉿顯示出與碳相似的模式。Giuliani指出：“這意味著碳的特徵不能用其他過程來解釋，因為否則鍶和鉿的同位素就不會與碳的同位素相關聯。”

新的發現為進一步研究打開了大門。例如，像磷或鋅這樣受到生命出現的重大影響的元素，也可以為地球表面的過程如何影響地球的內部提供線索。“地球確實是一個複雜的整體系統，”Giuliani說。“而我們現在想更詳細地了解這個系統。”