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人类发现与地球同龄小晶体 "冷地球"理论被验证

http://www.kexue.com 2014-03-14 11:02:56 光明日报  发表评论


“冰雪地球”的理论终被验证

  瓦利教授发现的这颗“小晶体”印证了所谓的“冷地球理论”,并足以证明地球在形成之后的1亿年内就已经开始冷却形成地壳。从锆石晶体内所测量到的氧元素可以推断,当时的地表很有可能已经存在液态水,这也意味着早期地球的温度已经低到可以维持海洋乃至生命的存在,不排除在43亿年以前地球上已经存在微生物的可能性。

  全球顶尖学术期刊——《自然-地球科学》杂志前不久发表的一篇论文,证实了在澳大利亚被发现的锆石晶体已有43.74亿年历史,乃是迄今为止地球上已发现的最古老的物体,而且几乎与地球“同龄”。这个成果是由美、澳、加以及波多黎各等不同国家、不同学科领域专家所组成的团队经过多年锲而不舍的努力发现的。

  2001年,澳大利亚西澳州首府珀斯以北800公里,美国威斯康星大学的地球科学专家约翰-瓦利教授在位于雅克山的某牧羊场发现了一块岩石,并从岩石中提取到了极其微小的锆石晶体。这块晶体犹如沙粒般大小,长约200~400微米左右,该长度仅仅相当于两根成人头发丝的直径。十几年过去了,这颗“小沙粒”一直静静地躺在威斯康星大学麦迪逊校区的实验室里,并未引起关注。然而,瓦利教授及其科学小组却从未放弃对这颗“小沙粒”的研究。

  为了能准确测算出这块锆石晶体的“实际年龄”,瓦利教授的团队颇费了一番周折。刚开始,他们采用了国际上较为通行的“放射性元素衰变测年法”对晶体样品中的铀含量进行分析。由于具有放射性的铀将会以一定的速度衰变成铅,因此可以根据样本里的铀转变成铅的比率,从而来确定样本的年龄。不过,也有专家指出,在铀转变成铅的过程中,其释放的阿尔法粒子可能会破坏到晶体中原有的铅原子,导致其发生位移,因而运用该方法测试将会导致数据误差。

  为规避此类误差,科研小组又采用了“原子探针X射线断层摄影技术”对样本中的原子进行逐个分析。借助这种新技术,研究者不但可以区分不同类别的元素,还可以精确测量出原子的数量及质量。由此,科研小组测定铅原子的移动距离极其微小,不足以对分析结果产生任何影响。最终的结果显示,该锆石晶体的确已经存在于地球长达43.74亿年了,且正负误差值不超过600万年。

  对于这项具有跨时代意义的研究成果,全球许多专家都给予了积极评价。麻省理工学院的地质学家塞缪尔-鲍林教授表示:“通过该先进的方法已经精确测量出锆石的确切年份,这个看似渺小的颗粒物却具有重大的科学意义。现在我们可以开始设想地球刚刚形成时期的情景了。”此前,来自德国和澳大利亚的地质学家曾于2007年同样在雅克山一带发现过距今42亿年的锆石。来自加州大学的吉姆-马汀森教授认为:“尽管此前也发现过类似的锆石晶体,但由于测量方法的限制,使得我们无法精确计算其年份。这次,瓦利教授团队给出了毋庸置疑的结论,我们对于地球的研究又将大大向前推进。”

  据科学推断,地球形成于距今约45.6亿年前的“冥古纪”,当时的太阳系正处于一片混沌之中,刚刚新生的地球因受到巨型宇宙天体撞击也正经历着一场浩劫,其表面被炙热的岩浆所覆盖,没有任何生命存在。学术界一直认为,在地球形成初期,其外层经过冷却凝固,从起初的熔岩状态逐渐形成了地壳,而这个过程大概持续了6亿年。此前,有科学家一直在争论地球上最早的生命体究竟是诞生于38亿年前的格陵兰岛还是35亿年前的澳洲大陆。

  不过,瓦利教授发现的这颗“小沙粒”印证了所谓的“冷地球理论”,并足以证明地球在形成之后的1亿年内就已经开始冷却形成地壳。从锆石晶体内所测量到的氧元素可以推断,当时的地表很有可能已经存在液态水,这也意味着早期地球的温度已经低到可以维持海洋乃至生命的存在,不排除在43亿年前地球上已经存在微生物的可能性。瓦利教授向记者表示:“地球初期表面犹如恒星一样灼热,但我们所关注的是地球从何时开始变得适合生命存在的?这块锆石为我们展示了早期地球和现在的地球并没有什么不同,它并非一个完全无法生存的地方。我们没有理由反驳43亿年前地球上为什么不可以有生命存在。”

  沧海桑田,43亿年来这颗“小沙粒”一直默默地注视着地球,他看到了恐龙从称霸到灭绝的全过程,也见证了人类从蛮荒到文明的进化史……或许有一天,我们还能发现比他更加年长的“沙粒”。这些“沙粒”犹如历史的镜子一般,帮助人类更好地去了解与呵护自己脚下的这个星球。

  锆石又称锆英石,其主要化学成分为硅酸锆,其晶体呈短柱状,通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形,因其稳定性好,也被视为同位素地质年代学最重要的定年矿物。锆石广泛存在于酸性岩浆岩、变质岩和其他沉积物中,是地球上形成最古老的矿物之一,其成分中含有少量放射性元素铀。

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