科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球深處埋藏著距今45億年的原始地球殘跡

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翻譯：張瀚之

校對(duì)：牧夫校對(duì)組

編排：陶邦惠

后臺(tái)：朱宸宇

https://www.space.com/astronomy/earth/scientists-discover-1st-evidence-of-4-5-billion-year-old-proto-earth-buried-deep-within-our-planet

文章內(nèi)容速覽：人類首次找到原始地球物質(zhì)仍被保存至今的直接證據(jù)。

這張假想圖展示了一個(gè)熾熱的原始地球。大約45億年前，它仍是一顆熔融的巖漿星球。近期，來自格陵蘭、加拿大與夏威夷的古老巖石被發(fā)現(xiàn)保留著一種罕見的化學(xué)印記，而這種印記可能來自那顆尚未經(jīng)歷猛烈撞擊的原始地球。

圖片來源：Stocktrek Images/Getty Images

一場(chǎng)跨越45億年的化學(xué)信號(hào)

科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部或許仍然留存著原始地球時(shí)期的物質(zhì)痕跡，也就是在那場(chǎng)形成月球的災(zāi)難性撞擊之前，地球曾經(jīng)的模樣。

這項(xiàng)研究在10月14日被發(fā)表在《自然·地球科學(xué)》上。看起來我們地球巖石中深埋的微小化學(xué)線索在歷經(jīng)數(shù)十億年時(shí)間的洗禮后仍幾乎未被改變，為我們提供了一個(gè)窺視通往地球最初樣子的窗口。

麻省理工學(xué)院地球與行星科學(xué)系助理教授聶（Nicole Nie）表示：“這或許是我們第一次直接看見原始地球的遺跡。”

熾熱巖球的誕生

約45億年前，年輕的太陽(yáng)系還是一片氣體與塵埃的旋渦。那個(gè)時(shí)候，行星與小行星還在混亂中逐漸成形，年輕的地球還是一顆被巖漿海覆蓋的熾熱球體。

不到一億年后，一顆與火星大小相當(dāng)?shù)男⌒行桥c地球猛烈地撞在了一起。這場(chǎng)災(zāi)變幾乎熔化并重新混合了整個(gè)地球，同時(shí)在沖擊的碎片中誕生了月球。科學(xué)家一直認(rèn)為，這次巨撞事件幾乎抹去了地球早期化學(xué)的所有痕跡。

但聶的團(tuán)隊(duì)在古老巖石中發(fā)現(xiàn)了一些微妙的新證據(jù)：鉀-40同位素比預(yù)期更少，這種異常或許正是原始地球殘留物的化學(xué)指紋。

“這說明我們看到的是巨撞事件之前的地球碎片，”聶說，“這令人驚訝，因?yàn)檫@樣的早期印記本應(yīng)在地球演化中逐漸被抹去。”

鉀同位素：來自地心的信號(hào)

鉀元素在自然界中有三種同位素：鉀-39、鉀-40與鉀-41，這些同位素在中子數(shù)上略有差異。

早在2023年，聶的團(tuán)隊(duì)曾分析過來自太陽(yáng)系不同區(qū)域、不同年代形成的隕石，發(fā)現(xiàn)其中鉀同位素的比例存在細(xì)微差異。這意味著鉀同位素可以作為行星原始材料來源的追蹤標(biāo)記。

于是，在新研究中，科學(xué)家們將目光投向地球最古老、最深層的巖石，也就是來自格陵蘭、加拿大阿比蒂比（Abitibi）與溫尼伯奧西斯（Winnipegosis）巖帶的樣本，以及夏威夷的火山巖和美國(guó)西北部的紐伯里火山巖。

“如果原始地球的鉀特征被保存下來，那它最可能藏在地球最古老、最深層的巖石中。”聶說。

實(shí)驗(yàn)與模型驗(yàn)證

聶的團(tuán)隊(duì)將這些古老巖石研磨成了粉末、用酸溶解后提取出鉀，再利用超高精度質(zhì)譜儀測(cè)定三種同位素的比例。結(jié)果顯示，這些巖石中鉀-40的含量確實(shí)比理論預(yù)測(cè)值更低。

為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)又建立了計(jì)算機(jī)模型，測(cè)試各種地質(zhì)或宇宙過程（比如小行星撞擊、地幔對(duì)流、行星大規(guī)模熔融）是否能解釋這一比例。結(jié)果就是，這些古老巖石中保留的是巨撞事件未能完全混合的原始地幔，無論哪種模擬情境，模型中的鉀-40都略多于實(shí)際巖石樣本中的含量。

在此前的研究中，隕石樣本也顯示過鉀同位素異常，但與地球樣本的鉀-40缺失并不完全相同，這說明形成原始地球的物質(zhì)可能仍未被發(fā)現(xiàn)。

“科學(xué)家一直嘗試通過不同類型隕石的化學(xué)成分來重建地球的原始組成。但我們的研究顯示，目前已知的隕石種類并不完整，我們對(duì)地球起源的理解還遠(yuǎn)未結(jié)束。” 這項(xiàng)研究也為我們提供了前所未有的證據(jù)：地球深處，也許仍沉睡著45億年前的原始?xì)埰谀菆?chǎng)改變太陽(yáng)系格局的月球誕生巨撞之后，它依然靜靜存在。

責(zé)任編輯：郭皓存

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天問二號(hào)探測(cè)器與地球合影

圖片來源：中國(guó)國(guó)家航天局

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