地球史的秘密守护者：锆石帮助科学家揭示亿万年地质之谜

地球史的秘密守护者：锆石帮助科学家揭示亿万年地质之谜 锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，它是时间的记录者，也是了解许多地质现象（如氧化状态）的化学窗口。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始时间。来源：中国科学出版社锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，在岩浆（熔岩）冷却时结晶，可在岩浆岩中发现微量锆石。岩浆的形成构成了地球上的山脉。通过与水和大气的相互作用，山脉分解成沉积物。锆石坚固又稳定，耐风化和侵蚀，很少会消失在历史中，因此沉积物中的这种矿物（所谓的"碎屑锆石"）最能让人了解地球的过去。锆石富含铀（U-Pb 测定法），是时间的记录者，也是了解许多地质现象（如氧化态）的化学窗口。火成岩源锆石和沉积物源锆石的 ΔFMQ 移动平均值（未显示低于 10% 的比例）与超大陆汞齐化时间间隔。与沉积源相关的岩浆在大约600Ma的周期性中更为减少，并在26亿年时形成。来源：中国科学出版社研究小组采用了 Loucks 等人（2020 年）的一种新方法来确定花岗岩岩浆的氧化态，该方法利用锆石中 Ce、U 和 Ti 的比率来跟踪地壳岩浆在地球历史上的氧化态变化，该计算方法不需要知道离子电荷，也不需要确定结晶温度、压力或母体熔体成分。"以前的方法包括Ce/Ce*和Eu/Eu*氧压计，但每种方法都有与温度、压力、主岩化学成分变化或测量Ce/Ce*和Eu/Eu*异常所需的REE元素精度有关的局限性"。来自西澳大利亚的 Bob Loucks 说。这种改进的氧化仪能够更可靠地评估氧化状态的变化，现在可以从全球构造随时间变化的角度来解释氧化状态的变化。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始时间。关键的一点是，位于地球表面的岩石可以被带回到地幔深处（地表以下数百至数千公里处）。我们的数据表明，这种现象不仅发生在今天，而且可能已经持续了数十亿年。通过观察从地球早期、30 亿年前的锆石到今天形成的锆石，我们发现它们形成时的岩浆氧化还原状态。碎屑锆石的氧化态（以ΔFMQ表示）在大约35亿年前升高，随后在过去30亿年中平均ΔFMQ>0，这表明大洋岩石圈在最终形成的俯冲带中被回收回地幔。研究表明，氧化还原态的下限在 26 亿年前急剧下降，标志着界限分明的大陆的形成和大洋岩石被埋回地球深部地幔。此外，研究人员还发现了氧化还原模式的周期性：每隔 6 亿年左右，大陆就会聚集在一起形成超级大陆，如冈瓦纳大陆、罗迪尼亚大陆、努拉大陆和苏比利亚大陆。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

37.5亿年前 科学家发现一段古老地壳的证据

37.5亿年前 科学家发现一段古老地壳的证据 这些痕迹是在矿物锆石中发现的，经过化学分析，地球科学与自然资源管理系的研究人员发现，丹麦和斯堪的纳维亚半岛赖以生存的"地基"很可能是在大约 37.5 亿年前从格陵兰岛"诞生"的。图片来源：Andreas Petersson芬兰的河沙和岩石中发现的锆石晶体的特征表明，它们比在斯堪的纳维亚半岛发现的任何东西都要古老得多，同时与格陵兰岛岩石样本的年龄相吻合。同时，三项独立同位素分析的结果证实，斯堪的纳维亚半岛的基岩很可能与格陵兰岛有关。资料来源：Andreas Petersson地球科学与自然资源管理系地质学家托德-怀特教授说："我们的数据表明，斯堪的纳维亚半岛地下最古老的地壳部分起源于格陵兰岛，比我们之前认为的要早大约 2.5 亿年。"研究人员对锆石的研究表明，锆石的化学指纹在多个方面与西格陵兰北大西洋克拉通发现的地球上最古老的岩石相吻合。"我们在芬兰的河沙和岩石中发现的锆石晶体的特征表明，它们比斯堪的纳维亚半岛发现的任何东西都要古老得多，同时与格陵兰岛岩石样本的年龄相吻合。"地球科学与自然资源管理系研究员安德烈亚斯-彼得森（Andreas Petersson）说："同时，三项独立同位素分析的结果证实，斯堪的纳维亚半岛的基岩很可能与格陵兰岛有关。"没有氧气的水世界丹麦、瑞典、挪威和芬兰位于地壳的一部分，这部分地壳被称为芬诺斯堪地盾（Fennoscandian Shield）或波罗的海地盾（Baltic Shield）。研究人员认为，它从格陵兰岛分离出来，成为一颗"种子"，经过数亿年的移动，直到在今天芬兰所在的地方"生根发芽"。在这里，板块随着周围新的地质物质的积累而不断扩大，直到成为斯堪的纳维亚半岛。地壳从格陵兰岛脱离时，地球的面貌与今天截然不同。研究人员分析了来自芬兰偏远的普达斯耶尔维（Pudasjärvi）和索穆耶尔维（Suomujärvi）地区的现代河沙和岩石样本中的锆石。在芬兰河沙中发现的锆石晶体最初是在地壳深处的花岗岩岩浆中结晶的。然后，这些花岗岩被抬升到地表并受到侵蚀，最终形成了沙子。资料来源：Tod Waight"地球很可能是一个充满水的星球，就像电影《水世界》中那样，但大气中没有氧气，也没有地壳。但是，由于时间太久远了，我们无法确定它的真实面貌，"托德-怀特说。据研究人员称，当他们把目光投向太空并与银河系附近的其他行星进行比较时，地球甚至拥有由花岗岩构成的大陆地壳这一事实是非常特别的。"这在太阳系中是独一无二的。而且，液态水和花岗岩地壳的证据是识别宜居系外行星和地球外生命可能性的关键因素，"安德烈亚斯-彼得森解释说。这项新研究为原始大陆之谜增添了新的内容。原始大陆之谜早在地球生命真正绽放之前就已开始，但它在很大程度上为人类和动物的生命铺平了道路。"了解大陆是如何形成的，有助于我们理解为什么我们的星球是太阳系中唯一有生命存在的星球。因为如果没有固定的大陆和大陆之间的水，我们就不会存在。事实上，大陆对洋流和气候都有影响，而洋流和气候对地球上的生命至关重要，"安德烈亚斯-彼得森说。此外，越来越多的研究拒绝接受迄今为止用来计算大陆如何生长的方法，尤其是在地球历史的头十亿年里，这项新研究为这些研究做出了贡献。"最常用的模型假定，地球的大陆地壳是在地球形成时开始形成的，即大约 46 亿年前。相反，我们和其他几项最新研究表明，显示大陆地壳生长的化学特征只能在大约 10 亿年后才能确定。"华特教授说："这意味着，我们可能需要修改关于早期大陆如何演化的许多想法。"与此同时，这项研究的结果还补充了之前在世界其他地区的古地壳中发现类似"种子"的研究。"我们的研究为我们揭开大陆是如何形成并在地球上蔓延的谜团提供了另一条重要线索尤其是在芬诺斯坎地盾方面。但是，我们还有很多事情不知道。例如，在澳大利亚、南非和印度都发现了类似的种子，但我们还不确定它们是否都来自同一个"发源地"，或者它们是否在地球上的几个地方独立起源。"怀特教授总结说："我们希望利用我们在这项研究中使用的方法对这一问题进行更多的调查。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究揭示地球淡水出现的时间比以前认为的早5亿年

新研究揭示地球淡水出现的时间比以前认为的早5亿年 科廷大学（Curtin University）领导的新研究发现，有证据表明，对生命至关重要的淡水是在大约 40 亿年前出现在地球上的，这比以前认为的要早一亿年。主要作者、科廷大学地球与行星科学学院兼职研究员、阿联酋哈利法大学助理教授哈迈德-加马勒迪恩（Hamed Gamaleldien）博士说，通过分析西澳大利亚中西部地区杰克山（Jack Hills）的古老晶体，研究人员将淡水出现的时间线推后到了地球形成后的几亿年。Gamaleldien 博士说："我们能够确定水文循环起源的日期，水文循环是水在地球上流动的连续过程，对于维持生态系统和支持地球上的生命至关重要。通过研究矿物锆石微小晶体中的年龄和氧同位素，我们发现了远在40亿年前的异常轻同位素特征。这种轻的氧同位素通常是地球表面下几公里处的高温淡水改变岩石的结果。地球深处淡水的证据挑战了现有理论，即地球在 40 亿年前完全被海洋覆盖"。科廷大学的雨果-奥利鲁克（Hugo Olierook）博士与一块来自西澳大利亚杰克山的岩石，其中包含本研究中分析的锆石晶体。资料来源：科廷大学研究报告的合著者、科廷大学地球和行星科学学院的雨果-奥利罗克博士说，这一发现对于了解地球是如何形成以及生命是如何出现的至关重要。"这一发现不仅揭示了地球的早期历史，还表明陆地和淡水在相对较短的时间内地球形成后不到6亿年为生命的繁衍创造了条件。标志着我们在了解地球早期历史方面迈出了重要一步，并为进一步探索生命起源打开了大门"。编译来源：ScitechDaily作者是科廷大学地球与行星科学学院地球动力学研究小组和矿物系统时间尺度小组以及约翰-德-莱特中心的成员。部分研究是利用约翰-德莱特中心大型几何离子微探针（LGIM）设施中的CAMECA 1300HR3仪器完成的，该设施由 AuScope（通过联邦国家合作研究基础设施战略）、西澳大利亚地质调查局和科廷大学资助。 ... PC版： 手机版：

窥探远古生命：考古学家从35亿年前的生物质中发现新线索

窥探远古生命：考古学家从35亿年前的生物质中发现新线索 西澳大利亚皮尔巴拉克拉通的硫酸钡岩石（称为重晶石岩）。图片来源：Gerhard Hundertmark哥廷根大学领导的一个研究小组现在发现了有关这种古老生物质的形成和组成的新线索，为了解地球上最早的生态系统提供了线索。研究成果发表在《前寒武纪研究》（Precambrian Research）杂志上。裸露在地表的皮尔巴拉克拉通岩石：底部为灰色重晶石岩，顶部为因氧化而呈红色的叠层石。图片来源：Jan-Peter Duda研究人员利用核磁共振光谱（NMR）和近边 X 射线吸收精细结构（NEXAFS）等高分辨率技术，分析了在硫酸钡岩石中发现的碳质颗粒。这使科学家们获得了有关微观小颗粒结构的重要信息，并证明了这些颗粒来源于生物。这些颗粒很可能是作为沉积物沉积在"火山口"（火山活动后形成的大锅状空洞）的水体中。此外，一些颗粒肯定是被火山表面下的热液水搬运和改变的。这表明沉积物沉积的历史很动荡。通过分析各种碳同位素，研究人员得出结论，当时火山活动附近已经生活着不同类型的微生物，类似于今天在冰岛间歇泉或黄石国家公园温泉中发现的微生物。位于皮尔巴拉克拉通"德雷斯勒地层"的重晶石采石场。这些岩石距今约 350 万年，含有微生物生命的证据。图片来源：Jan-Peter Duda这项研究不仅揭示了地球的过去，而且从方法论的角度来看也很有趣。第一作者、哥廷根大学地球科学中心的莱娜-魏曼（Lena Weimann）解释说："能够将一系列高分辨率技术结合起来，使我们能够获得有关有机颗粒沉积历史及其起源的信息，这非常令人兴奋。我们的研究结果表明，即使在年代极为久远的材料中，仍然可以找到最初生物的原始痕迹。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

月球岩石形成的发现解决了月球地质学的重大难题

月球岩石形成的发现解决了月球地质学的重大难题 图为 1972 年 NASA 执行阿波罗 17 号任务期间，宇航员兼地质学家 Harrison H. Schmitt 站在一块巨大的月球巨石旁。这项研究中的科学家们使用了来自这次阿波罗任务的岩石样本。资料来源：NASA/Gene Cernan利用熔岩进行的高温实验室实验与对月球样本进行的精密同位素分析相结合，确定了控制其成分的关键反应。图片显示的是阿波罗 17 号任务中的月球岩石（被称为高钛玄武岩）样本，与本研究中分析的样本类似。资料来源：美国国家航空航天局核心反应这种反应发生在大约 35 亿年前的月球内部深处，涉及岩浆中的铁（Fe）元素与周围岩石中的镁（Mg）元素的交换，改变了熔体的化学和物理特性。共同第一作者、布里斯托尔大学地球科学教授蒂姆-埃利奥特（Tim Elliott）说："火山月岩的起源是一个引人入胜的故事，它涉及原始岩浆海洋冷却时产生的不稳定的行星级晶体堆的'雪崩'。"制约这段史诗般的历史的核心是存在月球独有的岩浆类型，但解释这种岩浆如何到达月球表面并被太空任务采样一直是个棘手的问题。能解决这个难题真是太好了"。图片显示的是美国国家航空航天局克莱门汀号航天器获得的月球表面钛丰度图。与陆地岩石相比，红色部分表示极高的浓度。图片来源：月球与行星研究所了解高钛玄武岩早在 20 世纪 60 年代和 70 年代，美国国家航空航天局的阿波罗任务就成功地从月球地壳中取回了凝固的古老熔岩样本，自此人们就知道月球表面部分地区钛（Ti）元素的浓度出奇地高。最近的轨道卫星测绘显示，这些被称为"高钛玄武岩"的岩浆在月球上广泛存在。"到目前为止，模型还无法再现符合高钛玄武岩基本化学和物理特征的岩浆成分。"共同第一作者、明斯特大学矿物学研究所研究员 Martijn Klaver 博士补充说："事实证明，要解释它们的低密度尤其困难，因为这种低密度使它们能够在大约 35 亿年前喷发。"该研究实验的电子显微镜图像。熔体（棕色）与周围的晶体（绿色）发生反应，导致含铁量较低的熔体。资料来源：布里斯托尔大学/明斯特大学由英国布里斯托尔大学和德国明斯特大学领导的国际科学家小组利用高温实验成功地在实验室中模拟了高钛玄武岩的生成过程。对高钛玄武岩的测量还发现了一种独特的同位素组成，为实验所再现的反应提供了指纹。这两项结果都清楚地表明，熔固反应是理解这些独特岩浆形成的不可或缺的因素。 ... PC版： 手机版：

地质学家从格陵兰岛上发现了37亿年前的磁场记录

地质学家从格陵兰岛上发现了37亿年前的磁场记录 伊苏阿超级地壳带东北部有 37 亿年历史的带状铁质地层。资料来源：克莱尔-尼科尔斯一项新的研究还原了 37 亿年前的地球磁场记录，发现它与今天地球周围的磁场极为相似。这项研究结果发表在今天（4 月 24 日）出版的《地球物理研究杂志》（Journal of Geophysical Research）上。如果没有磁场，地球上的生命就不可能存在，因为磁场可以保护我们免受有害宇宙辐射和太阳发射的带电粒子（"太阳风"）的伤害。但是，迄今为止，现代磁场是何时开始形成的还没有一个可靠的日期。研究人员沿着横断面提取样本，以比较 35 亿年前的火成岩侵入体与周围岩石之间的差异。资料来源：克莱尔-尼科尔斯在这项新研究中，研究人员考察了格陵兰岛伊苏阿含铁岩石的古老序列。当结晶过程将铁微粒锁定在适当位置时，铁微粒可以有效地充当微小磁体，记录磁场强度和方向。研究人员发现，37 亿年前的岩石捕捉到的磁场强度至少为 15 微特斯拉，与现代磁场（30 微特斯拉）相当。这些结果提供了从整个岩石样本中得出的地球磁场强度的最古老估计值，与以前使用单个晶体的研究相比，这些结果提供了更准确、更可靠的评估。研究报告的合著者雅典娜-艾斯特（Athena Eyster）站在大片裸露的带状铁质地层前，这种富含铁质的沉积物正是提取古代磁场信号的来源。图片来源：克莱尔-尼科尔斯首席研究员克莱尔-尼科尔斯（Claire Nichols）教授（牛津大学地球科学系）说："从如此古老的岩石中提取可靠的记录极具挑战性，当我们在实验室分析这些样本时，看到原生磁场信号开始出现，这真是令人兴奋。在我们试图确定地球生命最初出现时古磁场的作用时，这是向前迈出的非常重要的一步。"虽然磁场强度似乎一直保持相对稳定，但已知太阳风在过去要强得多。这表明，随着时间的推移，地球表面免受太阳风侵袭的能力增强了，这可能使生命得以移居大陆，离开海洋的保护。地球磁场是由流体外核中的熔融铁混合产生的，内核凝固时受到浮力的驱动，产生了发电机。在地球形成的早期，固体内核尚未形成，因此关于早期磁场是如何维持的问题仍未解决。这些新结果表明，驱动地球早期发电机的机制与今天产生地球磁场的凝固过程具有类似的效率。了解地球磁场强度随时间的变化也是确定地球内部固体内核何时开始形成的关键。这将有助于我们了解热量从地球内部深处逸出的速度，而这对于了解板块构造等过程至关重要。在如此久远的年代重建地球磁场的一个重大挑战是，任何加热岩石的事件都会改变保存下来的信号。地壳中的岩石往往具有漫长而复杂的地质历史，从而抹去了以前的磁场信息。然而，伊苏阿超级地壳带地质独特，位于厚厚的大陆地壳之上，使其免受广泛的构造活动和变形的影响。这使得研究人员能够建立一个清晰的证据体系，支持 37 亿年前磁场的存在。这些结果还可能让我们对磁场在形成我们所知的地球大气层发展过程中的作用，尤其是大气层中气体的逸散，有了新的认识。目前无法解释的一个现象是，25 多亿年前，大气层中失去了不活跃的气体氙。氙气相对较重，因此不可能从大气中简单地飘散出去。最近，科学家们开始研究带电氙粒子被磁场从大气中清除的可能性。未来，研究人员希望通过研究加拿大、澳大利亚和南非的其他古代岩石序列，扩大我们对大约 25 亿年前地球大气中氧气增加之前的地球磁场的了解。更好地了解古代地球磁场的强度和可变性，将有助于我们确定行星磁场是否是行星表面承载生命的关键，以及它们在大气演化中的作用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：