記錄遠古生命興衰的岩石

    記錄遠古生命興衰的岩石

 

    美國自然歷史博物館的地質學展廳有一塊可供參觀者自由觸摸的岩石。這塊摸上去光滑冰冷，有著漂亮的紅黑相間條紋的岩石，來自於遠古時代的地球，那時地球上的生命才剛剛誕生。這塊岩石的形成過程十分複雜，與地球上生命的興衰緊密相關，因此不妨說它是記錄了遠古生命興衰的「自然之書」。

   

    追憶那些無氧的年代
    這塊岩石中有漂亮的彩色層狀結構，其中黑色是鐵氧化物，例如磁鐵礦和赤鐵礦；而紅色層則是富含硅的石英類礦物，例如燧石、碧玉等。這種結構絕大部分只會出現在非常古老的岩層中，在25億年前到18億年前的地層中相當常見，這個時期通常被叫做前寒武紀，不過更專業的名字是元古宙。
    那個地質年代的地球與我們現在的環境完全不同。最明顯的一點，我們現在通過化學和地質學的證據可以知道，當時大氣中沒有氧氣。唯一的生命是紫細菌，它們依靠一種特殊的化學反應為生，這種反應可以把光、二氧化碳和硫化氫轉化為糖類並釋放出硫。但是，也就從那個時代開始，另一種更先進的形式——光合作用出現了，可以用水和二氧化碳製造糖類並排放出氧氣。在25億年後的今天，所有的綠色植物仍然用這樣的光合作用維持著自己的生存。

 

    氧氣也成了「毒氣」
    開始，氧氣只是給元古宙的生命帶來了一些煩惱，不過很快煩惱變成了威脅。與今天不同，那時候沒有吸入氧氣呼出二氧化碳的動物，所以隨著光合細菌的不斷蔓延和繁榮生長，大氣中的氧氣迅速積累起來。對於我們來說，氧氣是生命必需的氣體，但對於像光合細菌這樣一些厭氧細菌，氧氣卻是致命的毒素。
    與此同時，另外一個過程也正在進行中。地球原始岩石遭到風化釋放出了鐵，其中的大部分隨著降水被沖刷進入了海中，最終成為溶解在海洋中的鐵離子。當鐵遇到氧氣的時候，就會發生化學反應，結合成鐵的氧化物，例如磁鐵礦和赤鐵礦。這些化合物都是不溶於水的，它們產生后就會沉積在海底，逐漸形成了黑色礦物層。
    由於鐵可以通過化學反應穩定地吸收大氣中的氧氣，厭氧細菌得以繁榮了一段時間。但是最終自由的鐵離子還是被耗盡了。這時，氧氣就又開始在大氣中積累。而厭氧細菌還毫不在意地繼續大量生產氧氣，結果大氣中的氧越來越多，而它們懶賴以生存的二氧化碳卻越來越少，於是地球上豐富的厭氧細菌群落開始大量死亡，這樣一場氧氣帶來的大屠殺幾乎把地球生命消滅殆盡，只有一些躲藏在致命氣體無法抵達的角落和縫隙中的獻氧生物倖存下來。
 
    一部生命的輪迴史
    在這次大滅絕之後，地球經歷了相對安靜的幾百萬年。在這個生命衰退的年代，地質活動卻一如既往地進行著。被侵蝕的岩石仍然在釋放出鐵原子，這些鐵緩慢地吸收掉大氣和海洋中的氧氣，這段時間，海底黑色的鐵氧化物繼續在沉積。最終，世界被清洗乾淨，生命重新恢復了活力，於是從它們的避難所中蔓延開來，再次給整個地球覆蓋上了綠色。
    這時溶解在海洋中的鐵離子，由於缺少氧氣與它反應無法生成黑色的鐵氧化物，所以沉積到大洋底部的是含硅的礦物層。於是，在富含鐵的黑色地質層上蓋上了一層富含硅的紅色地質層。
    當然，這次繁榮依然會走向衰落——厭氧細菌仍然會排出它們自己無法忍受的廢棄物氧氣——於是生命又再度滅絕。這樣的循環發生不止一次，而是有許多次。每次循環，就會有一層鐵的黑色氧化物沉積下來；隨後是一層含鐵很少的紅色硅酸鹽。黑色礦物是生命繁榮時沉積下來的，紅色礦物是生命滅絕之後沉積下來的。
    這樣的一塊帶狀鐵岩石，其中的每一層紅色和黑色礦物都代表了它自己時代中一場超乎想像的災難，一埸將生命按「Re-set」鍵清零的災難。同樣，它們中的每一層也 都默默證明生命的堅韌性。

 

    前車之鑒
    當然，重生與毀滅的循環不會永遠持續下去，終於，生命進化出了呼吸氧氣的生物，被厭氧生物視為毒氣的氧氣，現在反倒成了新生命新陳代謝的能源。剩餘的厭氧生物則退居到了岩石縫隙和海洋深處。今天動物呼吸的所有氧氣都是植物產生的，而植物所需的二氧化碳又是動物產生的，由此形成了一個良性的循環。
    還有，在這塊帶狀鐵岩石上自然也寫下了對我們人類的告誡。在我們的時代，我們也在改變大氣的成分，不過這次是通過排放出溫室氣體。雖然我們面臨的危險沒有元古宙厭氧細菌那麼嚴峻，不過形勢也足夠嚴峻。帶狀鐵岩石不僅僅是一個記錄，它們也警告我們：當生物不考慮後果地改變自身所處的環境的時候，就會發生生存的危險。