也許我們以前對(duì)地球歷史的認(rèn)識(shí)出錯(cuò)了

伯格.拉斯姆森

1902年，盧瑟福和索迪兩位物理科學(xué)家成功地發(fā)現(xiàn)了放射性元素的原子核數(shù)目隨著時(shí)間的增加而減少的公式。也許他們沒有想到，他們發(fā)現(xiàn)的這一公式——著名的衰變定律，為地質(zhì)年代學(xué)的繁榮奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

眾所周知，大多數(shù)放射性核素在自然條件下都存在于巖石之中，而具體的巖石生成，又往往跟歷史上或大或小的地質(zhì)事件分不開。那么，如果我們現(xiàn)在能夠測(cè)算出該巖石經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月后，其放射性核素在今日還剩下多少，并帶入衰變定律的公式，便可以確切地知道發(fā)生地質(zhì)事件的時(shí)間了。

進(jìn)行這種測(cè)驗(yàn)最好的對(duì)象便是鋯石。鋯石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有相當(dāng)強(qiáng)的耐化學(xué)風(fēng)化的能力，即使在高溫高壓的惡劣環(huán)境下，它也很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保證了自己晶格結(jié)構(gòu)的完整。除了超高的“化學(xué)防御力”外，鋯石還具有強(qiáng)大的“物理防御力”：它高達(dá)7.5～8.0的摩氏硬度，基本完勝所有常見礦物，因此完整地廣泛分布于地殼各處巖石。再加上鋯石是如此古老，其歷史可以一直上溯到44.5億年前。因此，鋯石成為了地質(zhì)年代學(xué)科學(xué)家眼中最理想的“時(shí)間膠囊”。

但是最新的研究指出，這些公認(rèn)的“時(shí)間膠囊”并不像科學(xué)家們過去認(rèn)為的那樣古老和原封不動(dòng)。因此，科學(xué)家們此前從基于鋯石的研究中得出結(jié)論——例如早期海洋的形成或遠(yuǎn)古大陸的運(yùn)動(dòng)——被劃上了問號(hào)。

在這項(xiàng)新的研究中，研究小組分析了7000多塊采自澳大利亞西部杰克山某處的巖石樣本。根據(jù)以前的測(cè)量，那里的巖石年齡在26.5億～30.5億年之間。研究人員費(fèi)了很大力氣才把這些鋯石晶體從其他礦物碎片中揀選出來。在那片富含鋯石的礫巖中，許多厘米見方的石塊已經(jīng)嚴(yán)重變形——有些被拉長(zhǎng)了、有些被壓扁了、還有一些在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間被埋入了地殼深處，在那里劇烈的高溫高壓的作用下化學(xué)成分發(fā)生了改變。

小組選擇了10多塊含有微量放射性元素鋯石的巖石，對(duì)它們用傳統(tǒng)的方法測(cè)定了巖石的年代，測(cè)定的結(jié)果令人大吃一驚：一些石塊的年齡約為26.8億年，另一些約為8億年。經(jīng)過多次檢驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些巖石的年代與鋯石樣本本身年代不符——換句話說，利用鋯石來計(jì)算巖石的方法并不可靠。

經(jīng)過仔細(xì)發(fā)現(xiàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)有些巖石存在一些極其細(xì)的裂痕，而這些裂隙可以充當(dāng)通道，讓富含礦物質(zhì)的液體通過它們滲入鋯石內(nèi)部。而檢測(cè)結(jié)果不同的另一些巖石看起來被包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。在這種情況下，液體也許是沿著鋯石晶體結(jié)構(gòu)中的晶格缺陷，或者通過某些過于微小或位置特殊以致人們難以發(fā)現(xiàn)的通道進(jìn)入鋯石樣本內(nèi)部，從而造成檢測(cè)結(jié)果的差別。

近年來，一些科學(xué)家通過對(duì)鋯石及其含有鋯石的巖石的分析，尤其是對(duì)它們形成之后所經(jīng)歷的溫度和壓力變化的分析，推斷出距今40億年以前，地球上就已經(jīng)存在海洋和現(xiàn)代類型的板塊構(gòu)造。這一結(jié)果比過去推測(cè)的年代大大提前，但根據(jù)這次對(duì)鋯石的研究判斷，有些結(jié)論值得懷疑。

位于堪培拉的澳大利亞國(guó)立大學(xué)的同位素地質(zhì)化學(xué)家伊恩·威廉姆斯表示：“這些研究結(jié)果表明杰克山的鋯石和板塊構(gòu)造歷史的關(guān)系大大減弱了。” 美國(guó)亞利桑那大學(xué)圖森分校的同位素地質(zhì)化學(xué)家喬納森·帕切特對(duì)此也表示贊同，他還補(bǔ)充說“以前科學(xué)家對(duì)鋯石的分析結(jié)果根本就不能太當(dāng)真。”

威廉姆斯認(rèn)為，有很大比例的含有鋯石的巖石是由磷酸鹽礦物組成的。如果在某一次取樣中，所有的鋯石里都不含這種礦物了，那就是在提示巖石的化學(xué)成分可能已經(jīng)發(fā)生了改變，此時(shí)的檢測(cè)結(jié)果應(yīng)更加小心地對(duì)待。

不過，澳大利亞臥龍崗大學(xué)的地質(zhì)化學(xué)家艾倫·納特曼認(rèn)為，盡管這項(xiàng)研究對(duì)部分鋯石提出懷疑，但其他一些巖石仍然可能提供有價(jià)值的信息。“你無需把這些信息全部否定，只是在使用它們的時(shí)候要多加小心。”