研究显示, 火山是存在外星生命的又一个标志

小说家威廉·戈丁（William Golding）曾建议詹姆斯·拉夫洛克（James Lovelock）为他如今著名的假说起名为盖娅（Gaia），那是希腊神话地球女神的名字。这是一个不错的选择：拉夫洛克相信，地球上的生命和非生命是一个共同体，它们组成了一个一体、交互、能够自我调节的完整系统。拉夫洛克在这方面的成就，至少部分地促进了他当时在NASA的工作。他写了与其他行星生命形式有关的论文，发表在了1965年的《自然》杂志上。

46年后，NASA的开普勒空间望远镜发现了开普勒-22b行星。这是第一个被证实在距离适合其表面存在液态水的轨道上，围绕一个与太阳类似的恒星运行的系外行星。液态水，是我们所知许多生命形式的必需。这将增大这个行星孕藏生命的机会。而且，估算出的开普勒-22b密度表明，它可能是由岩石组成的，这意味着它可能会有一个与地球上类似的生命产生条件。

现在，科学家们开始试图理解支持生命行星的另一个特征，这正好与拉夫洛克的某些观点不谋而合。即地球上漂移的大陆，也就是板块构造，组成了一个活跃的系统，它是一个动态的参与者，而并非只是一个被动的背景。表面上看来，生命之间的关联相对短暂且非常复杂；而板块构造的变化周期缓慢，看上去简单且相当微妙。但是至少对地球而言，它们之间的联系是直接而深入的。

可能的候选行星：这是艺术家对开普勒-22b的想象图，它在宜居带内围绕着它的恒星运行。科学家们还不知道该行星的成份是否主要是岩石、气体或液态水。正如图中所描绘的那样，它的大气中可能会有云层。（NASA/Ames/JPL-Caltech）

地球大陆的漂移是因为它们位于分离的板块之上，板块由地壳和上地幔组成，它们象岛屿一样漂浮在由炽热的流体岩浆组成的“海”上。板块的移动就像一部巨大的机器，不断地在地球内部和地表、大气之间传递水、二氧化碳和其他生命必须的成份。得益于板块构造，“元素周期表中的元素被持续地补充给陆地、湖泊和海洋，”斯坦福大学的地理学家诺曼·斯力普(Norman Sleep）指出。在许多方面，生命取决于这些循环。

再者，如果没有板块构造，我们的行星在它数十亿年的演化进程中将不会有一个足够稳定的天气系统来支持生命。这是因为板块构造是我们行星一个巨大恒温器的主要组成部分，这个恒温器被称为“碳-硅”循环。大气中的二氧化碳溶解于雨水，形成碳酸，碳酸能溶解硅酸盐岩石。侵蚀或“风化”所产生的副产品将进入海洋，并被有机体——如微小的浮游生物摄取，或被纳入石灰石（碳酸钙）的贝壳内。当这些生物死去，它们便沉入海底，成为沉积物。

在板块的边缘，这些沉积物会被板块的俯冲（一个板块滑入另一个下方）带入地底。在地球深处的高温高压条件下，二氧化碳会被释放，并通过火山回到大气，完成整个循环过程。

当地球温度升高时，地表会蒸发掉更多的水，这会导致降水增加，通过板块构造所提供的途径，大气中会有更多的二氧化碳被送入地底深处。从而削弱温室效应，使地球变得凉爽。反过来，当地球变冷时，雨水带走的二氧化碳减少，火山和其他的源头，促使大气中二氧化碳浓度积聚，增强温室效应，并使地球最终变暖。蒂尔曼·斯朋（Tilman Spohn）,柏林德国空间中心行星研究协会的指导，称板块构造为“最有效的循环机制”。

如果将生命从公式中删除，就会产生一个非常不同的行星

值得注意的是，生命和板块构造的依赖是相互的：科学家们开始意识到，板块构造对生命的依赖程度和生命对板块构造的依赖一样多。“生命能够稳定板块构造，反过来，板块构造也能够使得行星变得适于生存，”斯朋说。

生物学对地质学的一个重要回应来自于“深海”循环，它和风化紧密相连。在地球表面生命的帮助下，风化能够以多种不同形式进行。无论是细菌分泌酸性物质分解岩石，还是岩石上生长的地衣、苔藓和树木。“沉积率是一个活跃生物圈的必备功能，”斯朋说。换而言之，行星上的生物越多，风化也就会越严重。

沉积的结果来自海底聚积的过程，其中包含多达40%重量的水体。当板块边缘发生俯冲时，它们将被输送至距地表约100公里深的地幔。

被锁定在这些地层的水反过来将成为一种润滑剂，使得板块的运动成为可能。这是因为水可以破坏使岩石结合在一起的纽带，使得它们更具可塑性并呈流体状。“如果行星的地幔中没有水，”斯朋解释说，“它就不会存在板块构造，以及地幔岩石向地表缓慢移动的过程。取而代之的是，你会在它顶部看到一个滞流层。”这就是我们在水星和月球上所看到的情形。

增加岩石中的水份同时会降低它的熔点。因此，进入地幔的水越多，产生的熔融物质也就越多。这会引发更多的火山喷发。“火山流出的熔岩基本上都是地壳的组成物，”主要是花岗岩，斯朋说。“熔岩产生得越多，陆地就更多。”一个生机蓬勃的生物圈会引发更多的水进入地幔，他推测，这同时也会促进大陆面积的增加。

2013年，斯朋、丹尼斯·洪和其他两位同事想看看地球如果没有板块构造会是什么样。他们使用计算机模拟了两种迥异的方案。一个拥有活跃的生物圈，一个没有。在拥有生物圈的方案中，风化助长并增强了沉积效应，其导致地幔的含水量为百万分之三百。这种情况引发了更多的火山喷发，大陆的覆盖率达到了40%左右，与我们今天所看到的世界大致相当。

但如果将生命从公式中删除，就会产生一个非常不同的行星。降低的沉积率使得地幔含水量减少（仅仅有百万分之四十），产生的大陆也少了。根据该模型的预测，一个没有生命的地球，陆地会很少，大约只占表面积的3%——这基本上就是一个全是水的世界。

“我们不能说是谁先出现。板块构造？还是生命？”斯朋说。“我们能说的是，它们在根本上是处于一种互相平衡的状态。假如板块构造突然被关闭，对我们来说不会是好事；如果生命消失，对板块构造来说也不利。”

关于板块构造使得生命更易存在的观点也开始影响到对地外生命的探索。美国西北大学的天文学家尼古拉斯·考恩（Nicolas Cowan）和他同事们，最近展示了一项用于检测系外行星是否存在海洋和大陆的技术。不过目前他们还只对地球使过这一招。他们运用数千万英里外NASA深度撞击探测器上的望远镜对地球进行了观测。这一想法的基本点是想通过研究行星在一定时间内自转过程中，其颜色的变化情况来获取相关信息。

深度撞击探测器上的小型望远镜在对地球进行了24小时的观察后，考恩的团队制作了一张三色行星地图：蓝色对应海洋，橙色对应陆地，灰色对应云层。经过长期的观测，那些灰色部分（云层）是会移动的。通过这个方式，科学家们就可以获得一张更为精确的图片，用以显示海洋和陆地的位置。

虽然尚未应用于遥远的行星，但考恩相信，这一技术很快就能帮助天体生物学家们决定应该关注哪个系外行星。“如果一个行星同时拥有大片的陆地和大面积的水域，那就表明它很可能拥有板块构造，”他说。缺乏板块构造便可能意味着缺乏生命。