最古老的地球岩石，竟然在月球上住了40多億年

知識 03-17

科學家找到了最古老的地球岩石，年齡超過40億年。然而，說起來有些曲折，這塊岩石是在月球上保存下來的，直到大約50年前才被阿波羅14號重新帶回到地球上來。

從月球上帶回來的岩石，科學家如何認定它形成於地球？當初這塊岩石又是怎麼跑到月球上去的？

這個故事，可就說來話長了。

說出來你可能不信，阿波羅14號宇航員從月球上帶回了最古老的地球岩石 | NASA

地球46億歲了，和太陽系各大行星幾乎一樣古老。46億年來，地球一刻不停地塑造著自己的環境，日日新又日新。在這個充滿活力的星球表面，還寄宿著一群同樣活潑的棲居者——生命。億萬年來，生命由簡單一步步走向複雜，並在複雜中一步步孕育出智慧。這是一個向前看的故事，我們叫它演化。

但處在演化進行時的智慧生命——人類，卻把頭扭轉180度，往回看了起來：他們想弄明白地球的歷史脈絡，想得到地球歷史原點的記憶。但很快，他們遇到了難題：這套支撐了生命不息演化的環境，對歷史檔案的保存卻是災難性的。在時間的長河裡涉足愈深，能夠解讀的檔案就愈發語焉不詳。至於地球出生時的細節，已經幾乎被它自己糟蹋完了。

活潑環境的代價

說穿了，昨日早已不在，想要挖掘舊日環境特徵，只能尋找在當時環境中對應形成的堅固記錄——也就是岩石。但在始終保持著活躍的地球上，永不停歇的風化作用讓舊日環境破碎磨滅，持續不竭的構造作用則讓舊日環境翻覆循環。在這些過程中，封存著遠古記憶的岩石史料，不是被地表的風雨磨成毫無意義的塵埃，就是被板塊的碰撞送入煉獄般的地幔，徹底融化，成為孕育新生岩漿的素材。

想在這樣的艱難背景下一路保存至今，不僅僅需要物態上的穩定，大概也需要一絲絲的幸運。

迄今為止，地球上發現最古老岩石是Acasta片麻岩，年齡接近40億年。那46億-40億年前冥古宙的這段時間呢？對不起，史料空白。

Acasta的碎片，展於維也納自然史博物館 | Pedroalexandrade / Wikimedia Commons

只有在地質運動極其穩定的區域內，並且自身的物理化學性質也得極其堅韌——比如傑克山的那顆鋯石，才能有幸闖過冥古宙的一路蹂躪，勉強保存下來。但即便這樣的稀世遺寶，也不過就是一顆能報出44億年「讀數」的硅酸鋯晶體罷了。

晶體只是成分固定的化合物，而岩石卻是在環境的綜合控制下，由繁多的化合物組裝而成的精細結構。晶體記錄的信息量，根本無法與岩石同日而語。於是，除了記錄下年齡成為地球最古老結晶以外，人們也就不在那顆鋯石身上追問別的所以然了。

傑克山的鋯石晶體，是迄今發現的最古老地球物質，形成了大約44億年前。但除了年齡以外，它無法提供更多關於當年環境的線索 | John Valley, University of Wisconsin

除了把目光投向時間的起點外，人們還在拓展空間的邊緣。我們的天然衛星——月球，自然成為接納人類雄心的第一站。接下來就是一幕幕熟悉的故事：露娜的來訪、阿波羅的登陸、嫦娥的飛騰。跨越兩個世紀的不竭探索，將一次次邁向未知領域的壯舉刻在科技史的長卷上，但值得記入史書的奇蹟，並不只有太空步和月球車，還有那些被帶回地球的珍貴月岩樣品。

在科學家手裡，那是另一扇足以叩響新世界的大門。

月岩第14321號樣品，由1971年登月的阿波羅14號宇航員采自弗拉·毛羅環形山（Fra Mauro crater），是雨海隕擊事件中迸濺到月球表面的月岩碎片。幾十年後的今日，想挖掘月球歷史新篇章的人們，仍舊不減當年熱情地關注著他們。畢竟，它們是目前人們想接觸月球物質最方便的途徑了。（比起把人重新發射上去再搬一塊回來，在NASA那兒申請切一小塊回來研究的難度，顯然小太多了。）

雨海是月亮表面的一片月海，本身是大約40億年前被一顆原行星砸出來的盆地，後來被湧出地表的岩漿灌滿凝固成了深色的月海。撞出雨海盆地的那次事件，則稱為雨海隕擊事件。

白色圈圈代表阿波羅系列諸任務的著陸位置；藍色區域內的月海便是雨海 | Wikimedia Commons；本文作者在此基礎上添加了雨海的範圍

近日，當人們從這塊珍貴的樣品上切下新的一小塊研究時，卻發現「打開的方式」有點不太對：怎麼感覺這塊不是月岩，而是一塊地球上常見的普通石頭呢？

阿波羅宇航員顯然不可能大老遠飛到月球上去搞惡作劇。那麼，為啥一塊地球石頭會封存在月岩內呢？這還不是最撲朔迷離的地方。更令人匪夷所思的是，由於雨海隕擊事件本身發生於距今40億年前，不難推想，在雨海事件中被砸出來的這些月陸殘片，形成的時間必然要比40億年前更早。這相當於承認：這塊地球石頭，在月球上被靜放了40多億年！

等等，40多億年前的地球岩石？這不正是回溯地球歷史的人們苦苦追尋的「聖杯」么？地球自身失落的記憶，居然出現在月球上？！

不是月岩的「月岩樣品」

月岩第14231號樣品是一塊礫岩，由許多更小的獨立岩屑相互粘合而成。它有著一個有趣的昵稱：大伯莎。科學家開始注意到它的不對勁兒，是因為發現它的其中一塊岩屑的成分壓根無法在月球環境下形成。

是的，岩石這種東西，也是要分產地的。

月岩的種類可簡單了。以成分來看，你能在月面上找到的「土著」岩石，不外乎只有兩大類：斜長岩和玄武岩（如果不算從外頭飛進來的隕石）。斜長岩是構成月陸的主要成分，幾乎清一色由鈣長石這種單一礦物成分所組成。當月球最初還是一片岩漿海的時候，鈣長石逐漸從岩漿里結晶析出，它們比重較小，全部漂浮到岩漿海的表面，相互連接，最終凝成月陸。而在隨後的歲月里，剩下的岩漿也找到了機會湧出月表，充填了月面上的低洼盆地。這些岩漿一經凝固，就形成了所謂的玄武岩。由於富含鎂鐵，這些玄武岩顏色較暗，構成了我們今日清晰可辨的月面暗斑——月海。

月岩14321號樣品「大伯莎」（Big Bertha）的野外原位照片，阿波羅14號宇航員阿蘭?謝潑德（Alan Shepherd）1971年攝於月球 | NASA

而這次在「大伯莎」上切下的新碎屑，屬於上述哪一類呢？都不屬於。

它是一塊長英質岩，由石英（SiO2）和鉀長石（KAl3SiO8）組成。石英的析出，標誌著岩漿中二氧化硅達到飽和，這一條件在月球的原始岩漿中是遠遠達不到的。而鉀也是一種和原始岩漿相性很差的元素，只有岩漿中的鎂鐵質晶體析出得差不多了，它才會「極不情願」地從岩漿中結晶而出。這樣的條件，月球上的岩漿也是達不到的。

那麼，哪裡的岩漿能滿足這兩種成分結晶析出的條件呢？地球。事實上，以這兩種標誌性物質為特徵的長英質岩類，在科學家眼中幾乎是「地球岩石圈土特產」的代名詞。此外，科學家還進一步測定了該岩石內部的微量元素特徵（它們與生成環境的對應關係更精確），發現這塊碎屑形成於氧含量較高而溫度相對較低的環境。在科學家眼裡，這照樣不是月球能夠提供的環境條件。40億年前，能完美滿足上述環境的地方只有一個，仍然是地球。

那麼，為啥一塊地球岩石會出現在月球上？而且，早在40多億年前就飛了上去呢？

億萬年前的「登月工程」

科學家回答這個問題的出發點，是一個放在本文里似乎沒多大關聯的事實：月亮正在逐漸遠離我們。

阿波羅宇航員登月時可不光踩了些腳印、搬回些石頭，他們還在月面上擺了幾面鏡子。從地球朝這些鏡子發射激光，通過測量激光反射回地球所用的時間，人們就能計算出地月距離。幾十年來的測量顯示，激光返回地球的時間逐年都在變長。這意味著，月球每年離我們都更遠了。

N年之後它會飛到哪兒？別管這個。我們先回過頭想想：在過去，月球是否離我們更近呢？是的。天文學家經過推算髮現，反推回40億年前的話，月地距離只有今日的1/3不到！

今日的地月距離和39億年前的地月距離對比。如果站在當時的地表看月亮，會發現它比今天的月亮大差不多3倍 | David Kring, 月球與行星研究所/月球科學勘測中心

這個距離，對登月工程來說方便太多啦。只不過，彼時登月的不是人類，而是地球上的岩石。

40億年前，冥古宙，太陽系剛走出一片混沌的原行星盤時代，儘管大大小小的星球都已經逐步形成，但行星之間軌道的調整還是讓太陽系成為一片充滿危險的地方：軌道相交了怎麼辦？撞。軌道沒相交但鄰居挪跑了怎麼辦？也得跟著調整，然後軌道改變，繼續撞。當時，密密麻麻的小隕石撞向原行星如同家常便飯；而原行星和原行星相撞也照樣泛濫。在這樣的環境下，說不定哪顆「愣頭青」某天就一股腦朝著地球撞過去了。撞擊過程的能量太大，砸碎了地殼，迸飛了無數地球岩石的碎塊。許多碎塊飛著飛著，就再也沒落下。

沒錯，達到第一宇宙速度，飛向星辰大海了。

其中一些「發射成功」的小石塊，在突破地球軌道之外，很快就遇到了近距離守在地球上空的大月亮。月亮說，還是別星辰大海了，都過來陪我吧。就這樣，這些來自地球的小石塊完成了「登月著陸」，和月球地殼融為了一體。

後來，小石塊看到地球升起，或許是這樣的。阿波羅11號1969年攝於月球 | JSC / NASA

但在當時那個環境下，月球同樣不是一片寧靜祥和的樂園。距今40億年前左右，冥古宙後期重轟炸如期而至。無數小行星再一次把月球表面砸了一遍。當那顆直徑差不多200公里的小行星砸出後來的月海盆地之時，不用想，自然又是無數小碎塊漫天飛。其中就包括我們的「大伯莎」，而且此時，它「懷中」還緊緊抱著上次地球挨砸時迸飛過來的那塊地球碎屑。只不過，「大伯莎」並沒能脫離月球引力的束縛而一去不復返。在月球上空划過拋物線之後，它終歸還是落在了雨海盆地南側的弗拉·毛羅地區。

當時的它還不知道，這顆星球短暫而活躍的歷史已經走向尾聲。由於體積太小，月球的引力天然就無法在表面維持一個濃厚的大氣層，進而驅動氣候令岩石圈迎風沐雨；由於內能太少，月球的熱量天然就無法在內部維持一個對流的地幔，進而驅動板塊構造，令岩石圈挪移更替。月球的活躍只是一個表象，是冥古宙後期活躍隕擊期一個被動的註腳而已。一旦隕擊期結束，月球和活躍徹底道別的日子就不遠了。

這一切對於月球表面的岩石來說，卻是個值得慶幸的歷史分水嶺，因為它們倖存了下來。