“我们没想到这么富锰的氧化物,能在那么广的压力范围下稳定存在。”江苏师范大学的史敬明和同事们在计算机模拟中撞见一种四锰一氧的全新化合物时,第一反应是意外。
这个深藏在地幔里的矿物幽灵,或许能解释地球上一桩悬了二十亿年的旧案:那场让生命彻底翻盘的大氧化事件,到底是怎么触发的?
二十亿年前,地球的天空几乎不含氧气。然后大氧化事件降临——光合微生物开始产氧,大气中的氧含量缓慢爬升,多细胞生命随之登场。锰被普遍认为是早期光合作用的关键催化剂,比现代植物通用的产氧通路更古老。蹊跷的是,地壳里含氧的锰矿几乎与大氧化事件同时出现。它们从哪来?
史敬明的团队把目光投向地底。在地表条件下,锰与氧的结合方式早已被摸清,但2900公里深处是另一套物理法则:压力高达大气压的150万倍,温度足以改写任何化学键规则。他们用计算机模拟出数千种锰氧原子排列,发现好几种以前从未见过的高压化合物。其中最让人坐不住的,是一种锰氧比例达到4∶1的富锰氧化物——在正常世界里根本不该存在。
研究团队目前没有拿到来自地幔的实物证据,但地震波给出了旁证。地球核幔边界的某些区域,地震波走得异常缓慢,恰好与这种高密度富锰矿物的物理性质对上号。史敬明推测,地幔里可能散布着一些锰含量极高的矿藏带,过去研究地球内部锰循环时,这些区域被集体忽略了。如果这些深部锰真的存在,它们一旦通过地质活动被输送到古海洋底部,大氧化事件期间锰矿突然涌现的时间线,就有一块拼图能对上了。
加州大学河滨分校的蒂莫西·莱昂斯点出了这个假说的分量:它可能是理解锰循环的关键一环。锰的影响范围远不止二十亿年前——从早期生命演化,到今天的钢铁冶炼、电池制造甚至人体健康,这枚元素一直藏在文明的骨架里。利兹大学的卡罗琳·皮科克则从高压化学的角度做注脚:极端压缩会迫使原子以完全不同的方式成键,催生出地表条件下无法存在的化合物。那些在地球表面看起来“违反直觉”的氧化态和晶体结构,恰恰是高压环境里的常态。
一个藏在地幔里的矿物新物种,一条连接地心与古海洋的元素输送链,再加上一次改写生命进程的大氧化事件——地球的氧气开关,可能就埋在脚下近3000公里的深处。
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