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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256276]
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ 第三章还是白烟囱？
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我们的候选假说
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深海不只有黑烟囱，还有白烟囱。
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与黑烟囱不同，白烟囱喷出的热液是碱性的，而且溶解了大量的氢气，它也并非名副其实的管状的烟囱，而是像海绵一样充斥着错综复杂的毛细管道，热液要缓缓地渗透出来。
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几位敏锐的地质学家和生物化学家由此推想，在40亿年前的地球上，这些管壁的一侧是碱性、富含氢气的热液，另一侧却是酸性、富含二氧化碳的原始海水，薄薄的管壁又镶嵌着许多铁硫矿物微粒，这将形成一种极富潜力的势差，原本困扰各种生命起源假说的难题，由此就能被突破性地解决了——白烟囱假说将在这本书里占据核心的位置。
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1981年，苏格兰斯特拉斯克莱德大学的三名地质学家报道了一项新发现：在爱尔兰中部蒂珀雷里郡的银脉山村，地层中极有可能埋藏着另一种尚未被发现的热液喷口，那里存在着大量黄铁矿，也就是二硫化亚铁（FeS2）。这些黄铁矿的沉积方式与在东太平洋海隆刚刚发现的黑烟囱非常类似，很可能是远古热液喷口的遗迹，通过沉积物中的同位素测定，它们约形成于3.6亿年前。I
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是的，他们推测得非常正确。爱尔兰在今天看来是结实的陆地，但正所谓沧桑巨变，它可不是从来就是这副样子。远在5亿多年前，爱尔兰的西北部和东南部还是被辽阔洋面分割开来的两片浅海，而那个隔开它们的大洋，是今天已经不复存在的“巨神海”（Iapetus ocean），大洋底部有一条活跃的洋中脊，有着数不清的热液喷口。再后来，巨神海被周围的大陆板块挤压消失，这些热液喷口，连同巨神海中的火山岛，都在1亿多年的时间里浓缩进了新的大陆，又经过3亿多年的分分合合，才形成了今天的爱尔兰。所以，这三位地质学家能在爱尔兰中部发现远古的热液喷口也就毫不奇怪了。II
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图1—14 大西洋中脊上的“失落之城热液区”。高耸的白烟囱有20层楼那么高，如同哥特式的尖塔。（图片来源：D. Kelley/ M.Elend/UW/URI-IAO/NOAA/The Lost CityScience Team）
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在这三位地质学家中，我们尤其要注意米歇尔·罗素（Michael J. Russell）。他在之后的几年中一直对这个远古热液喷口非常好奇，因为他在显微镜下发现，这些黄铁矿形成了许多直径1厘米以下，甚至只有100微米的管道，与黑烟囱的微观结构非常不同。果然，当他在实验室中用碱性溶液和酸性溶液模拟热液与海水相遇的情形时，就产生了非常类似的微观结构[1]——罗素敏锐地觉察到，这些管道状的微观结构在生命起源的问题上有着重大的意义，而它很可能来自一种新的未被发现的碱性热液喷口。
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果不其然，2000年，人类真的在大西洋中脊上发现了第一处碱性热液喷口，它位于西非与加勒比海之间的大西洋洋底正中，洋中脊的西侧，一处名叫“亚特兰蒂斯地块”（Atlantis Massif）的地质结构上。那里最大的沉积物高达60米——同位素测定结果表明它已经持续生长了12万年III，好像巨大神庙的废墟，于是被命名为“失落之城热液区”（Lost City Hydrothermal Field）。那里的喷口沉积物主要由碳酸钙构成，看起来白皑皑的，所以也被叫作“白烟囱”，与黑烟囱对应。
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256277]
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·蛇纹石化反应·
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至于这些白烟囱的成因，我们现在已经知道，最初部分与黑烟囱一样，是持续扩张的洋中脊在地壳上制造了很多深刻的裂缝，海水就顺着裂缝涌入了地壳深处。但与形成黑烟囱的海水不同，这些海水并没有遇到板块深处的岩浆房，而是一直向下渗透，与地壳深处的矿物发生了缓慢而持续的化学反应。
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地幔中最常见的矿物叫“橄榄石”。它们大多是充满杂质的小碎块，与其他各种矿物一起构成了坚硬的岩石，纯净而大块的橄榄石看上去就像橄榄色的透明玻璃，被称为翠绿橄榄石，可以当作宝石来赏玩。
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从化学上看，这些橄榄石是硅酸镁和硅酸亚铁在高温高压下形成的晶体，而当海水渗入这样的地壳深处，就会在高温高压下与晶体中的亚铁离子发生一系列复杂的蛇纹石化反应，晶莹剔透的橄榄石于是变质成蛇纹石——一种颜色非常丰富的矿物。大块的蛇纹石色泽温润，常常带有复杂的花纹，经地质运动带上地面之后，自古以来都被当作工艺美术的材料——新石器时代的红山文化有大量的玉器，比如著名的玉猪龙，大多就是用蛇纹石磨成的，唐诗“葡萄美酒夜光杯”里那个夜光杯也是用被称为“岫玉”的蛇纹石雕成的。除此之外，蛇纹石化反应还会产生水镁石、磁铁矿、铁镍矿，甚至纯铁矿等多变的产物[2]。
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图1—15 一大块多晶的橄榄石。这种岩石在地幔中储量巨大，但很少上升到地表，暴露在地表又会被迅速风化，所以日常并不多见。（来自Mohamed El-Jaouhari | Dreamstime.com）
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图1—16 中国红山文化的玉猪龙。用蛇纹石（岫玉）磨制于6 000千年前到5 000年前，是中国龙崇拜的源头之一，现藏故宫博物院。蛇纹石的颜色很多变，从发绿的黄色到很深的墨绿色都有可能，上面往往有些复杂的花纹。（摄影：黄松涛）
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但我们不必在意那些乱七八糟的矿物，也不用关心蛇纹石化反应究竟有哪些步骤，只需注意其中的一个离子反应：
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2Fe2++2H₂O=2Fe3++2OH–+H₂
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在这个反应中[3]，水被还原成了氢气，这些氢气迫于地壳深处的巨大压力，全部溶解在了尚未反应的海水中。反应还产生了许多氢氧根离子，使下渗的海水变成碱性的，pH值可以达到9以上。同时，蛇纹石化反应总的来说是一个放热反应，那些溶解了大量氢气的碱性海水因此有了上涌的动力，顺着另外一些地壳裂缝升腾而起，在洋中脊附近的洋底迸发，形成了另一种热液喷口。
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相比黑烟囱那种酸性的热液喷口，这种喷口喷出的热液是碱性的，因此被叫作“碱性热液喷口”。这些碱性热液的温度为40℃到90℃，其中也溶解了大量的无机盐，比如钙离子、硫酸根离子。而当它在寒冷的海底迅速降温，这些无机盐同样会迅速地析出，形成硫酸钙和碳酸钙之类的白色沉淀，沉积成几十米高的巨大结构——所以，碱性热液喷口也被对应地称作“白烟囱”。