自然探秘：37億年的岩石揭示地球早期的秘密



格陵蘭島 圖片來源：pixabay
太陽係曾經並不是一個宜居的星係，地球那時也並非是如今這個藍綠色的生命綠洲。大約45億年前，在地球曆史的前5000萬年內，地球表麵是一派由岩漿海洋覆蓋的地獄景象，這些岩漿海洋在地球內熱的驅動下冒著氣泡，散發出熱量。
之後，熔融狀態的地球逐漸冷卻，岩漿海洋也結晶成為固體岩石，這一過程是地球結構、表麵化學物質組成以及早期大氣形成的決定性階段。
這些原始岩石中也許存在能夠解釋地球宜居性的線索，但人們認為這些岩石已經消失在板塊活動中了。而現在，科研小組在格陵蘭島南部發現的37億年岩石中有著地球岩漿海洋的殘留化學成分，這一發現也許能夠揭示當地球還基本完全是熔融狀態時的有趣景象。
地球煉獄
地球是早期混亂太陽係的產物，人們認為早期的太陽係中，有許多災難性撞擊發生在地球和其他星體上。現代地球形成的契機是地球與火星大小的行星發生撞擊，也是這一次撞擊導致了大約45億年前的月球形成。
人們認為這些宇宙撞擊產生了足夠融化地球地殼，以及大部分內核（地幔）的能量，從而形成了幾乎覆蓋整個行星，深幾百千米的岩漿海洋中的熔融岩石。相比之下，現在地球的地殼完全是固體狀態，而地幔也被認為是“塑性固體”：它能夠進行緩慢的黏性地質運動，這與地球在早期由液體岩漿構成的地幔大不相同。
隨著地球從混亂的撞擊之中漸漸恢複並冷卻下來，岩漿海洋也開始結晶並且固化，地球由此踏上了演化至今的旅程。從地球冷卻的岩漿海洋中冒出來的火山氣體在地球早期大氣的形成以及物質構成之中扮演著重要角色，而大氣最終則支持了生命體的出現。
地質搜索
要想找到有關地球之前熔融狀態的地質證據是十分困難的，這是因為岩漿海洋活動大約發生在40多億年前，而那段曆史時期的岩石，都已經在之後的板塊運動之中被回收重塑了。
雖然這段時期的岩石已經不複存在，他們留下的化學痕跡仍然可能儲藏在地球深處。地球冷卻期形成的固化晶體有著極高的密度，他們會沉到地球地幔底部，科學家甚至認為這些礦石殘留物可能存在於地球地幔與內核交界處的獨立區域。
但是就算它們真的存在，這片古老晶體的墓地目前也不在我們的探知範圍內，因為它們實在是太深了，我們無法進行直接的取樣，就算岩漿海洋的晶體能夠向上移動到地球表麵，它們也會經曆一係列融化固化的過程，最終隻能在那些到達地球地殼的火山岩石中留下有關它們起源的痕跡。


火山岩 圖片來源：pixabay
晶體線索
格陵蘭島是一個搜尋地球過去在熔融狀態時所留下痕跡的好地方，我們的樣本便是來源於格陵蘭島西南部的Isua地表帶，這裏對地質學家來說十分出名。乍一看，Isua的岩石就和海底的現代玄武岩一樣，但這些在37億到38億年前形成的岩石卻是地球上曆史最悠久的岩石。
在對Isua的岩石進行分析時，我們在其中發現了鐵的同位素，這些同位素顯示了岩石形成所在的地幔區域大概位於地表700多千米以下壓強極大的地方。這裏就是岩漿海洋結晶時期礦物形成的可能所在地。
但如果這些岩石真的保留著岩漿海洋結晶的痕跡，他們又是如何來到地表的呢？答案就藏在地球內部是如何融化並在地表形成火山岩之中。
熔化的岩石
當地球半固體地幔的部分區域溫度上升並融化時，岩漿會向上運動，並最終在到達地表冷卻後形成火山岩。通過研究地表岩石的化學構成，我們能夠得知最初熔融態的岩石是由什麽物質組成的。
Isua岩石的同位素組成揭示了他們到達地表的旅程包括了在地球內部發生的結晶和重新融化的幾個階段，這是一種在向地表運動時的蒸餾過程。但現在出現在格陵蘭島上的岩石仍然保留著特殊的化學構成，能夠將它們與地球被岩漿覆蓋的過去聯係起來。
這些工作成果為蘊藏在地表火山岩中岩漿海洋晶體的構成信息提供了首個直接的地質證據，現在我們希望能夠了解到世界上是否還有其他的古老火山岩能夠為我們提供更多有關地球早期岩漿海洋的信息，又或者我們隻是偶然遇見了一個地質例外：雖然這多多少少也提供了一些線索。
如果其他的火山噴出了類似的地質工藝品，我們有可能會在像是夏威夷以及冰島這樣的現代火山噴發熱點處去尋找更多講述著地球古老過去、蘊含著同位素信息的東西。我們在未來有可能能夠找到更多的古老岩石，這能幫助我們更多地了解到地球由岩漿覆蓋的暴力的過去。


夏威夷火山 圖片來源：pixabay
撰文：Helen M Williams
翻譯：先雨
審校：殷姝雅
引進來源：theconversation
引進鏈接：https://theconversation.com/earths-early-magma-oceans-detected-in-3-7-billion-year-old-greenland-rocks-156899


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