生命與礦物的不解之緣

礦物是天然形成的單質或化合物，通常被認為是在一定的地質和物理化學條件下產生的。大多數人可能不會覺得堅硬的礦物和豐富多彩的生命有什麼聯繫。畢竟，冷冰冰的花崗岩和芬芳的玫瑰之間確實看不出有什麼共同點。

然而，事實上，地球上大多數礦物的產生都離不開生物的作用，岩石圈和生物圈之間的關係是十分緊密的。那麼讓我們一起穿越時光，來看看生命和石頭驚人的聯繫。

最初的礦物

宇宙的第一批礦物來源於恆星的鍛造。在宇宙形成幾百萬年後，第一批恆星發生爆炸，那些膨脹出去的殘骸逐漸冷卻，內部的碳原子抓住機會，凝聚成緻密的鑽石，還有一些其他種類的微小晶體，它們就是礦物。那時可能出現了十幾種礦物，包括石墨、剛玉、碳硅石等。這些古老的晶體種類至今仍會以星際塵埃的形式不時墜落到地球上。

所以早在地球產生之前，就有礦藏了。大約45億年前，當原始的太陽向外釋放光亮時，一團團燃燒的羽毛狀熱焰也從太陽噴射而出，這些高溫火焰進入周圍由塵埃和氣體構成的星雲盤。最初十幾種礦物熔化，並相互融合，產生出60多種不同的礦物，引力作用使塵埃和氣體物質聚積起來，形成越來越大的小行星體。在此過程中，這60多種礦物又在環境的作用下演變成100多種。高溫、壓力以及水的作用將原生的晶體物質轉化為新的形式，而岩石之間的碰撞形成巨大衝擊，進而激發更多新礦物的形成。

地球誕生後，密度大的金屬鐵、鎳隨著地幔下沉，成為構成地心的主要元素。地殼環繞於地表，蘊藏有品種豐富的礦物元素。由於地表有水，地球內部蘊含熱量，以及板塊構造形成的岩石循環系統，種種有利條件使得早期的地球成為了催生礦物的發動機。再加上物理和化學的作用因素，一起構造了1500多種不同的礦物種類。到了今天，人們已知的地球礦物已經超過5000種。那麼其餘3500多種礦物是如何形成的呢？科學家們認為，這些重要的礦物多數是因生物作用而產生的。

生命的孕育離不開礦物

大約40億年前，地球籠罩在濃密的橙色有毒大氣中，那時陸地和海洋都非常貧瘠，紫外線輻射異常強烈，火山頻繁爆發，小行星和彗星還常常撞擊地球。在如此惡劣的環境下，生命是如何孕育出來的呢？

科學家發現，生命是躲在深深的海底，避開了地面那惡劣的環境而誕生的。在那裡，有營養豐富的深海熱泉，海水富含二氧化碳，熱液富含氫氣，而且還富含鐵、鎳和硫化鉬等催化劑。正是在這些物質的作用下，無機分子開始轉化為生命的最初形式——有機分子，原始生命的大門就是這樣拉開帷幕的。

由此可以看出，只有加入了鐵、鎳和硫化鉬等催化劑，那些無生命的簡單生物分子才有可能聚集、結合，生成複雜的重要生物大分子。最早的微生物屬於化能無機自養型細胞，它們加速了鐵、硫、碳等不穩定礦物的分解，在此過程中獲取了微小的能量，進而才能夠從零開始構建自己的生物分子。即便在高等動物體內，這些礦物催化劑依然被細胞利用（當然，它們被包含在了蛋白質之中），通過催化把二氧化碳轉變成有機分子。

新礦物的產生離不開生命

一方面，微生物依賴礦物而獲得能量；另一方面，那些能從岩石礦物中獲取能量的微生物改變了地表的樣貌。大約在26億年前，大氣中的游離氧含量突然開始增加。這就是大氧化事件，它發揮了更重大的作用，成為地球礦物演變過程中最戲劇性的事件。

在大氧化事件初期，地球岩石在化學屬性和物理性質方面發生了巨大的變化。那時候沿著海岸線在礦物質營養豐富的區域，光合微生物開始吸收太陽能量來進行自身的發展，而在這一過程中氧氣作為副產品被製造出來。氧氣是一種危險的、具有腐蝕性的氣體，它不斷地發動化學「攻擊」，改變著許多岩石和礦物的狀態，把它們氧化了，變成新的形式，比方說鐵鏽，而鐵鏽又是藻類的營養物質。大氣中氧氣成分的增加意味著會產生越來越多的鐵鏽，為製造氧氣能力很強的藻類提供更好的生存環境，而這些藻類又會生產出更多氧氣。這種互利互惠的循環20億年中一直在近地表環境中持續，使得礦物變得越來越多樣。

以銅為例，在大氧化事件之前，地球上最多擁有20多種含銅的礦物。然而現在，世界上有超過600多種不同的銅礦物已經分門別類，包括那些散發華麗藍色和綠色的藍銅礦、孔雀石以及綠松石。如果沒有生物光合作用的參與，沒有氧氣的影響，許多礦物就不可能與銅、氧以及其他元素緊密結合，形成數百種獨特的新礦物質。

此外，世界上存在200多種能與氧發生反應的礦物，包括鈾、鎳、鈷、鉬、鉛、砷、碳、硫等，與它們相關的礦物質的形成90%的功勞要歸於生物的作用。

在大氣中氧含量逐步上升的同時，二氧化碳的含量逐步下降，這導致海洋酸度降低，促使海洋中形成由石灰岩構成的珊瑚礁，而這些礁石進一步為光合微生物提供了更穩定的環境。由光合微生物釋放出的氧也加速了大氣層上部臭氧層的形成，阻止了陽光中有害的紫外線輻射，從而使得淺海沿岸區域成為適合孕育生命的優質港灣。

生命因礦物而誕生，然後又反過來豐富了礦物的多樣性。20多億年來，地球表面附近的每一個層面都顯示了生命與岩石的相互作用。它們通過無數個循環互利的輪迴構造著彼此。只有一個有生命的星球才有能力呈現出這種偉大的礦物繁殖力來。

甚至有人認為，板塊構造也可能在很大程度上受到了生物的影響。微生物的風化作用極大地促進了粘土的產生，鬆散的粘土如同潤滑劑一般，使得板塊之間的運動更加容易，加速了板塊移動。很多地質學家認為這種觀點很荒唐。畢竟，板塊構造和非微生物粘土已經存在數十億年了。但能夠出現這樣的假設，說明生物與地球協同進化的觀念在一定程度上給科學家提供了一種新的思考視角。

植物的塑造力

從一個火山不斷爆炸的紅色星球，到一個水資源充沛的藍色星球，再到一個富含氧、生出銹的紅色陸地，地球已經發生了許多次變化。然而，沒有任何變化像地球的綠化和生物圈的繁榮這般突然、迅速、勢不可擋。6.5億年前，冰期進入尾聲，光合藻類繁盛蓬勃，大氣中的氧含量從過去的1%升到了近20%，已接近現在大氣的含氧量。含氧量的增加意味著臭氧層也得到了加強，削弱了紫外線的傷害，貧瘠的陸地得到了臭氧層的庇護，成為適宜生物遷移的生存環境。

第一批陸生植物根系很小，與它們依賴的淺層土壤十分相襯。而這些小小的根系實際上並不滿足，它們不斷向地下窺探，撥開堅硬的岩層，加速了岩石的破裂和土壤化。而生物圈的進化又造就出更有野心的植物，它們個頭更高，根系更發達，延伸到地下更深的地方，不斷加速岩石的瓦解、土壤的生成。

在大約4000萬年的時光里，陸地上的植物就衍生出15米高的大樹以及巨型樹狀真菌，它們植根土壤，向下掘出了6米多的土壤空間。這些植物不斷播散自己的種子，伴隨著增加的降水以及其他侵蝕作用，為植物的成長造就出更適宜的環境。這裡很快成為生物萌發的重要基地，生物的種類迅速增加，出現了一條完整的生物鏈，從昆蟲到兩棲動物，從恐龍到繁盛的動物家族，最後，我們人類也出現了。

人類帶來的巨大變化

地球正在進行的礦物進化，給了我們家園在太陽系行星中的獨特之處。被太陽烘烤著的水星和地球的衛星月亮都缺乏礦物資源，那些星球上礦物種類不足300種。溫暖且潮濕的火星礦物進化的過程也十分緩慢，礦物種類比水星和月亮略多，但也不超過幾百種。地球獨特的5000種礦物庫是岩石圈和生物圈共同進化造就的富饒寶藏。

回顧地球45億年的歷史，我們生活在這個傳奇般的、協同進化的新時代。在這樣的新時代，岩石圈和生物圈互利互惠的相互作用發展得更迅速，出現了非常特別的有機生物體：智人。在過去的1萬年中，人類開採礦藏，進行農業耕作，在田地中施用化肥，將森林踏平，修建城市和道路，在沿海、沿河區域修築防洪工事，製造出無數新的化學品，不斷加速化石燃料的燃燒。人類的生存痕迹已經使許多地球近地表化學循環開始改變。

而這是一種急速的變化，比過去跨越數百萬年的地質時間內的變化要快很多。雖然我們不能預見到這些變化會對未來造成怎樣的影響，但我們應當去嘗試預測。畢竟，不管人類物種是否存活下來，地球都將繼續進化，成為一個充滿活力的生命世界。但要拯救人類自己，我們就需要對岩石圈和生物圈之間奇異而又密切的聯繫有更好的了解。

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