Only Perception: 遠古「鋯石」證明早期地球各大陸氣候嚴苛

2008-06-16

遠古「鋯石」證明早期地球各大陸氣候嚴苛

Ancient mineral shows early Earth climate tough on continents
http://www.physorg.com/news132583481.html
http://www.news.wisc.edu/15317

June 13, 2008

一種古代礦物，稱為鋯石（zircons），的新分析指出，嚴酷的氣候很可能已洗刷（scoured）且甚至有可能摧毀地球最早期大陸的表面。

鋯石，地球上已知最老的礦物，提供了一扇窗讓時間回溯到 44 億年前，當時這顆行星「僅有」 1 億 5 千萬歲。因為這些結晶體格外能抗拒氣候的變遷，它們已成為決定古代岩石年歲的黃金標準，UW-Madison 的地質學家 John Valley 表示。

Valley 之前曾使用這些微小的礦物顆粒 -- 比一搓沙還小 -- 證明地球上所形成的岩石大陸與液態水要比先前所認為的更早，大約在 42 億年前。

在一項發表於本週 Earth and Planetary Science Letters 期刊線上版的新論文中，一個由 UW-Madison 地質學家 Takayuki Ushikubo、Valley 與 Noriko Kita 所領導的團隊證明岩石大陸與液態水至少在「43 億」年前就已存在，而且已經受到刻薄氣候的嚴重風化。

Ushikubo（新研究第一作者）表示，大氣中的風化作用能對地質學上一個存在已久的問題提供答案：為何在地球形成後，頭 5 億年的岩石樣本未曾被發現過。

"目前，來自大約 40 億年前的岩石並沒有存留下來，" 他說。"某些人認為這是古代地球非常高溫環境的明證。"

先前對於缺失岩石的解釋包括：受到隕石猛攻而摧毀，此外早期地球也有可能是火熱的岩漿海，在其中岩石無法形成。

目前的分析則指出一套不同的情節。Ushikubo 等人使用一種精密的新儀器稱為離子微探針（ion microprobe）來分析鋯石中鋰元素的同位素比率。這些鋯石來自於西澳洲的 Jack Hills。比較這些化學指紋與鋯石（來自於大陸地殼以及類似地球地幔的遠古岩石）中的鋰組成，他們發現在這顆澳洲鋯石形成時，這顆年輕行星已經有剛開始出現的大陸、相對寒冷的溫度以及液態水。

"在 43 億年前，地球已有適於居住的環境，" Ushikubo 說。

鋯石的鋰特徵也具有岩石暴露在地球表面以及被天氣與水破壞的跡象，這由低濃度的重鋰同位素所確認。"風化能發生在大陸地殼的表面或是海洋底部，不過（所觀察的）這個鋰組成只能從大陸地殼形成，" Ushikubo 說。

這些發現指出大規模的風化作用可能已摧毀了地球最早期的岩石，他說。

"早於 40 億年前的龐大風化作用事實上有許多意義，" Valley 說。"人們已懷疑這個，不過這裡未曾有過任何直接證據。"

大氣中的二氧化碳能與水結合以形成碳酸，那成為酸雨落下。早期地球的大氣據信包含極端高濃度的二氧化碳 -- 或許比今日多上 1 萬倍。

"在（這種濃度下），你可能有劇烈的酸雨與強烈的溫室（效應）。那是種會將岩石給溶解的情況，" Valley 說。"如果花崗岩在地表，它們幾乎是立即就被摧毀 -- 以地質學的角度來說 -- 而我們唯一能夠辨識的就只有這些鋯石了。"

※ 相關報導：

＊ Lithium in Jack Hills zircons: Evidence for extensive weathering of Earth's earliest crust
http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2008.05.032

Takayuki Ushikubo, Noriko T. Kita, Aaron J. Cavosie,
Simon A. Wilde, Roberta L. Rudnick and John W. Valley
Earth and Planetary Science Letters, 2008
doi: 10.1016/j.epsl.2008.05.032