Only Perception: 最古老的地殼鞏固涼爽初期地球的構想

2014-02-25

最古老的地殼鞏固涼爽初期地球的構想

Oldest bit of crust firms up idea of a cool early Earth
http://phys.org/news/2014-02-oldest-bit-crust-firms-idea.html

Feb 23, 2014

在微小鋯石（zircon）碎片（那分離自澳洲遙遠的岩石露頭 (outcrop)）的幫助下，對於我們的星球如何在大約 44 億年前變得適合生命居住的這一幅景象，現在聚焦的更清晰了。

發表在今日（Feb. 23, 2014）的 Nature Geoscience 期刊中，一個由 Wisconsin-Madison 大學地球科學教授 John Valley 所領導的跨國團隊揭露，地球的地殼至少在 44 億年前第一次形成，就在我們太陽系形成 1.6 億年之後。Valley 表示，這項研究證明，我們地球被地幔海（magma ocean）覆蓋而成為一顆火球的時間實際上來得更早。

"這確認了我們對於地球如何冷卻與變得適居的看法，" Valley 說，一位地球化學家，其對於鋯石（已知最古老的地表物質）的研究，幫助描繪地球的地殼在這顆行星第一個地質「宙」（eon，地質年代單位）時期如何形成。"這也許能幫助我們了解，其他適居行星會如何形成。"

這項新研究證實，來自西澳大利亞 Jack Hills 地區的鋯石結晶於 44 億年前形成結晶，那建立在早期利用鉛同位素為這顆澳洲鋯石定年的研究上，確認它們是世界上最古老的一塊地球地殼。Valley 及其目前的研究團隊所使用的微小鋯石結晶，現在證實是任何已知在地球上形成的物質中最古老的一種。

根據 Valley 表示，強化了「涼爽初期地球（cool early Earth）」的理論，在此，地球的地殼從熔岩之海凝結不久之後，因為溫度夠低，足以維持液態水、海洋以及水圈（hydrosphere）。

"這項研究再次強調我們的結論：地球在 43 億年前就有了水圈，" 以及不久之後的生物，Valley 表示。

這項研究利用一種新的技術進行，稱為原子探測斷層掃描術（atom-probe tomography），那再結合二次離子質譜儀（SIMS）的使用，藉由測定樣本中個別鉛原子的質量，允許科學家能準確建立鋯石的年紀與熱史（thermal history，受熱歷程）。鋯石中的鉛原子並不如預期，隨機地散佈在樣本中，相反地，它們聚集在一起，如同「布丁上的葡萄乾」，Valley 提到。

鉛原子簇在鋯石結晶化 10 億年後形成，在那時候，鈾的放射性衰變形成了鉛原子，在重新加熱期間擴散成原子簇。"鋯石在 44 億年前形成，然後在 34 億年的時候，存在於那時候的鉛全都在這些熱點濃縮，" Valley 說。"這讓我們能透過這些微小的鋯石時間膠囊所紀錄的「熱史」，讀取歷史的新頁。"

實際上，團塊的構造、同位素比值以及大小 -- 直徑不到 50 個原子 -- 成了一種時鐘，Valley 說，而驗證現存的地質年代學方法，則對於樣本的年紀，提供了可靠且準確的評估。此外，Valley 等人測量了氧同位素比率，那為地球的初期均勻化與之後的冷卻提供了證據。

"地球由許多來自太陽系的異質材料組合而成，" Valley 解釋，初期地球不外乎經歷了流星（meteors）的密集衝擊（bombardment），包括約 45 億年前與火星般大小的天體相撞，"那形成了我們的月球，同時使地球熔融與均質化。我們的樣本在這種岩漿海冷卻後形成，同時證明這些事件非常早出現。"

※ 相關報導：

＊ Hadean age for a post-magma-ocean zircon confirmed by atom-probe tomography
http://dx.doi.org/10.1038/ngeo2075

John W. Valley, Aaron J. Cavosie, Takayuki Ushikubo,
David A. Reinhard, Daniel F. Lawrence, David J. Larson,
Peter H. Clifton, Thomas F. Kelly, Simon A. Wilde,
Desmond E. Moser, Michael J. Spicuzza,
Nature Geoscience (2014)
doi: 10.1038/ngeo2075

＊ Early earth: Closing the gap
http://dx.doi.org/10.1038/ngeo2100

Samuel Bowring,
Nature Geoscience (2014)
doi: 10.1038/ngeo2100

The age of the oldest Jack Hills zircons — Earth's oldest minerals — is contentious. Atomic-scale mapping of the distribution of radiogenic isotopes within a Jack Hills zircon confirms that the oldest known continental crust formed just after the Earth–Moon system.