地球最早期岩石從何而來？

提要：我們對地球歷史最早的永世——（45.6-36億年前）冥古宙和太古代——的知識一直與日劇增，然而在那個時期發生的地質過程卻一直難以捉摸。現在存在的岩石到底從何而來？地殼裡本不該存在鉑，但我們卻開採到了。

美國生活科學網站報道，最新的證據或可能提供形成地球最古老岩石和礦物記錄過程的新見解，這一過程影響了生命的早期進化。在過去的30年間，我們對地球歷史最早的永世——（45.6-36億年前）冥古宙和太古代——的知識一直與日劇增，然而在那個時期發生的地質過程卻一直難以捉摸。現在存在的岩石到底從何而來？

現在保存的該時期的岩石記錄主要是火山岩石，無非是綠岩（火山岩的流出物）或者由石英閃長岩、奧長花崗岩和花崗閃長岩（統稱為TTGs）的一系列岩石。然而，這兩類岩石的起源卻一直備受質疑。

有人認為我們目前觀察到的過程——從相對溫和的夏威夷式火山活動到更為複雜的弧型火山活動，後者常發生在例如日本等地——能夠解釋這些岩石的形成。他們認為唯一的差別在於更高的溫度。

而具有反差的另一種觀點認為這些岩石是完全不同的另一種過程產生的結果，與目前觀察到的截然不同。這一陣營的人們表示證據來自於板塊活動的長期停滯狀態：也即地殼板塊運動停止時。他們認同早期地球的「停滯-限制」模型，雖然存在限制性的表面活動，但地球存在持續進行的火山活動——這與現代暴力的板塊運動形成了鮮明的對比。

令人沮喪的是，問題之一在於現在的地殼只有極少部分是屬於那個時期的——只有一小塊存在於加拿大的岩石突出物屬於地球歷史裡最早的5億年內。雖然這種岩石非常稀少，但我們還有礦物記錄。對古代鋯石顆粒的分析起著至關重要的作用，這些鋯石存在於更加年輕的沉積岩內。

2001年由科廷大學西蒙·王爾德（Simon Wilde）帶領的研究小組發表了第一篇對西澳大利亞傑克希爾地區發現的古代鋯石的氧同位素分析。其中有些鋯石追溯到44億年前，幾乎相當於地球的年齡。它們代表了地球最初地殼的最後殘餘碎片。

鋯石的氧同位素分析所揭示的結果完全出人意料。儘管那時候存在巨大的撞擊和廣泛盛行的火山活動，早期地球表面還是存在液態水的。這篇關鍵的文章發表後，相繼有其它研究學者繼續調查，研究表明這些同位素的化學機制暗示著它們來源於花崗岩——據稱形成現在花崗岩的板塊運動早在地球歷史早期就已經存在。

這一推斷其實非常精細，尤其是對於「停滯-限制」陣營的研究人員而言，王爾德和同事對鋯石記錄進行的仔細的重新審查描繪了完全不同的情景。完好保存的鋯石，也就是受隨後的地質事件影響最小的鋯石，暗示了完全不同的地球。當水大量存在時，地殼幾乎都是玄武岩，後者是現代海底的主要組成物。此外，鋯石似乎來自於4億年前相同的玄武岩堆——這暗示著地殼基本上是「停滯」的。

近期發表在期刊《地球和行星科學快報》上的文章中，澳大利亞麥考瑞大學的克雷格·奧尼爾（Craig O"Neill）和同事再次研究了停滯的早期地球謎題。雖然現在存在的（46-40億年前）冥古宙的岩石非常稀少，但冥古宙過程的特徵信號被記錄在更年輕的化石的地質化學過程里。

奧尼爾和同事主要研究的特殊系統——一種名為釹的元素的同位素，它常被用於強大的磁鐵——暗示著冥古宙時期地球內部的化學混合比板塊運動模型里所預測的要慢得多。相反，它與停滯-限制板塊理論所預測的更一致。

其它的元素系統也支持了這一理論。例如，在行星形成過程中鉑和鈀一般會與其它金屬混合形成核心，而地球的地殼應該沒有太多鉑的存在，然而它卻存在且被開採了。這可能是因為隕石導致地球形成晚期添加了鉑和鈀。

然而，這些元素需要極其漫長的時間相互充分的混合在地幔里。直到29億年前它們才達到現在的混合濃度——也就是它們被添加後的16億年。這一結果與早期板塊運動理論非常難調和，但卻符合早期停滯-限制模型的預測。

地殼裡本不該存在鉑，但我們卻開採到了。

這一爭論遠未結束，地球早期記錄的模糊性將繼續存在，這其中至少存在兩個原因。澳大利亞最重要的經濟礦藏，從伊爾岡的金和鎳到皮爾巴拉的條帶狀含鐵建造，都形成於較早的時期，當時地球還是一個完全不同的行星。理解這些礦藏，以及它們形成於的世界，是理解未來發現的關鍵所在。

來源：築龍岩土

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