自然探秘：37亿年的岩石揭示地球早期的秘密



格陵兰岛 图片来源：pixabay
太阳系曾经并不是一个宜居的星系，地球那时也并非是如今这个蓝绿色的生命绿洲。大约45亿年前，在地球历史的前5000万年内，地球表面是一派由岩浆海洋覆盖的地狱景象，这些岩浆海洋在地球内热的驱动下冒着气泡，散发出热量。
之后，熔融状态的地球逐渐冷却，岩浆海洋也结晶成为固体岩石，这一过程是地球结构、表面化学物质组成以及早期大气形成的决定性阶段。
这些原始岩石中也许存在能够解释地球宜居性的线索，但人们认为这些岩石已经消失在板块活动中了。而现在，科研小组在格陵兰岛南部发现的37亿年岩石中有着地球岩浆海洋的残留化学成分，这一发现也许能够揭示当地球还基本完全是熔融状态时的有趣景象。
地球炼狱
地球是早期混乱太阳系的产物，人们认为早期的太阳系中，有许多灾难性撞击发生在地球和其他星体上。现代地球形成的契机是地球与火星大小的行星发生撞击，也是这一次撞击导致了大约45亿年前的月球形成。
人们认为这些宇宙撞击产生了足够融化地球地壳，以及大部分内核（地幔）的能量，从而形成了几乎覆盖整个行星，深几百千米的岩浆海洋中的熔融岩石。相比之下，现在地球的地壳完全是固体状态，而地幔也被认为是“塑性固体”：它能够进行缓慢的黏性地质运动，这与地球在早期由液体岩浆构成的地幔大不相同。
随着地球从混乱的撞击之中渐渐恢复并冷却下来，岩浆海洋也开始结晶并且固化，地球由此踏上了演化至今的旅程。从地球冷却的岩浆海洋中冒出来的火山气体在地球早期大气的形成以及物质构成之中扮演着重要角色，而大气最终则支持了生命体的出现。
地质搜索
要想找到有关地球之前熔融状态的地质证据是十分困难的，这是因为岩浆海洋活动大约发生在40多亿年前，而那段历史时期的岩石，都已经在之后的板块运动之中被回收重塑了。
虽然这段时期的岩石已经不复存在，他们留下的化学痕迹仍然可能储藏在地球深处。地球冷却期形成的固化晶体有着极高的密度，他们会沉到地球地幔底部，科学家甚至认为这些矿石残留物可能存在于地球地幔与内核交界处的独立区域。
但是就算它们真的存在，这片古老晶体的墓地目前也不在我们的探知范围内，因为它们实在是太深了，我们无法进行直接的取样，就算岩浆海洋的晶体能够向上移动到地球表面，它们也会经历一系列融化固化的过程，最终只能在那些到达地球地壳的火山岩石中留下有关它们起源的痕迹。


火山岩 图片来源：pixabay
晶体线索
格陵兰岛是一个搜寻地球过去在熔融状态时所留下痕迹的好地方，我们的样本便是来源于格陵兰岛西南部的Isua地表带，这里对地质学家来说十分出名。乍一看，Isua的岩石就和海底的现代玄武岩一样，但这些在37亿到38亿年前形成的岩石却是地球上历史最悠久的岩石。
在对Isua的岩石进行分析时，我们在其中发现了铁的同位素，这些同位素显示了岩石形成所在的地幔区域大概位于地表700多千米以下压强极大的地方。这里就是岩浆海洋结晶时期矿物形成的可能所在地。
但如果这些岩石真的保留着岩浆海洋结晶的痕迹，他们又是如何来到地表的呢？答案就藏在地球内部是如何融化并在地表形成火山岩之中。
熔化的岩石
当地球半固体地幔的部分区域温度上升并融化时，岩浆会向上运动，并最终在到达地表冷却后形成火山岩。通过研究地表岩石的化学构成，我们能够得知最初熔融态的岩石是由什么物质组成的。
Isua岩石的同位素组成揭示了他们到达地表的旅程包括了在地球内部发生的结晶和重新融化的几个阶段，这是一种在向地表运动时的蒸馏过程。但现在出现在格陵兰岛上的岩石仍然保留着特殊的化学构成，能够将它们与地球被岩浆覆盖的过去联系起来。
这些工作成果为蕴藏在地表火山岩中岩浆海洋晶体的构成信息提供了首个直接的地质证据，现在我们希望能够了解到世界上是否还有其他的古老火山岩能够为我们提供更多有关地球早期岩浆海洋的信息，又或者我们只是偶然遇见了一个地质例外：虽然这多多少少也提供了一些线索。
如果其他的火山喷出了类似的地质工艺品，我们有可能会在像是夏威夷以及冰岛这样的现代火山喷发热点处去寻找更多讲述着地球古老过去、蕴含着同位素信息的东西。我们在未来有可能能够找到更多的古老岩石，这能帮助我们更多地了解到地球由岩浆覆盖的暴力的过去。


夏威夷火山 图片来源：pixabay
撰文：Helen M Williams
翻译：先雨
审校：殷姝雅
引进来源：theconversation
引进链接：https://theconversation.com/earths-early-magma-oceans-detected-in-3-7-billion-year-old-greenland-rocks-156899


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