科学家发现地球深处埋藏着距今45亿年的原始地球残迹

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翻译：张瀚之

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：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

文章内容速览：人类首次找到原始地球物质仍被保存至今的直接证据。

这张假想图展示了一个炽热的原始地球。大约45亿年前，它仍是一颗熔融的岩浆星球。近期，来自格陵兰、加拿大与夏威夷的古老岩石被发现保留着一种罕见的化学印记，而这种印记可能来自那颗尚未经历猛烈撞击的原始地球。

图片来源：Stocktrek Images/Getty Images

一场跨越45亿年的化学信号

科学家首次发现，地球内部或许仍然留存着原始地球时期的物质痕迹，也就是在那场形成月球的灾难性撞击之前，地球曾经的模样。

这项研究在10月14日被发表在《自然·地球科学》上。看起来我们地球岩石中深埋的微小化学线索在历经数十亿年时间的洗礼后仍几乎未被改变，为我们提供了一个窥视通往地球最初样子的窗口。

麻省理工学院地球与行星科学系助理教授聂（Nicole Nie）表示：“这或许是我们第一次直接看见原始地球的遗迹。”

炽热岩球的诞生

约45亿年前，年轻的太阳系还是一片气体与尘埃的旋涡。那个时候，行星与小行星还在混乱中逐渐成形，年轻的地球还是一颗被岩浆海覆盖的炽热球体。

不到一亿年后，一颗与火星大小相当的小行星与地球猛烈地撞在了一起。这场灾变几乎熔化并重新混合了整个地球，同时在冲击的碎片中诞生了月球。科学家一直认为，这次巨撞事件几乎抹去了地球早期化学的所有痕迹。

但聂的团队在古老岩石中发现了一些微妙的新证据：钾-40同位素比预期更少，这种异常或许正是原始地球残留物的化学指纹。

“这说明我们看到的是巨撞事件之前的地球碎片，”聂说，“这令人惊讶，因为这样的早期印记本应在地球演化中逐渐被抹去。”

钾同位素：来自地心的信号

钾元素在自然界中有三种同位素：钾-39、钾-40与钾-41，这些同位素在中子数上略有差异。

早在2023年，聂的团队曾分析过来自太阳系不同区域、不同年代形成的陨石，发现其中钾同位素的比例存在细微差异。这意味着钾同位素可以作为行星原始材料来源的追踪标记。

于是，在新研究中，科学家们将目光投向地球最古老、最深层的岩石，也就是来自格陵兰、加拿大阿比蒂比（Abitibi）与温尼伯奥西斯（Winnipegosis）岩带的样本，以及夏威夷的火山岩和美国西北部的纽伯里火山岩。

“如果原始地球的钾特征被保存下来，那它最可能藏在地球最古老、最深层的岩石中。”聂说。

实验与模型验证

聂的团队将这些古老岩石研磨成了粉末、用酸溶解后提取出钾，再利用超高精度质谱仪测定三种同位素的比例。结果显示，这些岩石中钾-40的含量确实比理论预测值更低。

为了验证这一发现，团队又建立了计算机模型，测试各种地质或宇宙过程（比如小行星撞击、地幔对流、行星大规模熔融）是否能解释这一比例。结果就是，这些古老岩石中保留的是巨撞事件未能完全混合的原始地幔，无论哪种模拟情境，模型中的钾-40都略多于实际岩石样本中的含量。

在此前的研究中，陨石样本也显示过钾同位素异常，但与地球样本的钾-40缺失并不完全相同，这说明形成原始地球的物质可能仍未被发现。

“科学家一直尝试通过不同类型陨石的化学成分来重建地球的原始组成。但我们的研究显示，目前已知的陨石种类并不完整，我们对地球起源的理解还远未结束。” 这项研究也为我们提供了前所未有的证据：地球深处，也许仍沉睡着45亿年前的原始残片，在那场改变太阳系格局的月球诞生巨撞之后，它依然静静存在。

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部