“熾熱火球”引爭議

胨前云

地球是太陽系中唯一已知存在生命的行星。它快速的自轉(zhuǎn)與宮含鎳鐵熔巖的地核共同形成了一個(gè)巨大的磁氣圈。在太陽風(fēng)的吹拂下，磁氣圈的形狀被扭曲成水滴狀。它與大氣一同擔(dān)當(dāng)了阻止來自太陽和其他天體有害射線的任務(wù)。地球的大氣層還使我們免受流星雨的襲擊，太多的隕石在它們到達(dá)地面前已被安全燒毀。

地球的年齡，如果定義為原始地球形成后到現(xiàn)在的時(shí)間，則可由巖石和礦物所含的放射性同位素來測定，根據(jù)巖石和隕石中鉛同位素的精密分析，地球目前的壽命是46億年。可是，目前沒有一塊巖石可以為地球最初6億年前的面貌提供見證，這是因?yàn)榈厍虻耐鈿し浅Ｄ贻p，它不斷受到大氣、水和生物的侵蝕，并在地質(zhì)運(yùn)動(dòng)中不斷地重建，使得第一批大陸的痕跡蕩然無存。所以地球表面沒有像月球那樣坑坑洼洼地遍布隕石坑。

長期以來，地質(zhì)學(xué)家普遍認(rèn)為，地球最初的6億年應(yīng)該是煉獄一般：一望無垠的巖漿在地表沸騰翻滾，天空中連綿不斷地下著流星火雨，地球上沒有一絲生命的痕跡……直到地球冷卻到一定溫度，大陸得以持久地固定下來，水汽冷凝聚成海洋，原先極其不宜生命生存的時(shí)代才宣告結(jié)束。已知最古老的巖石只能追溯到40億年前，而最早的生命痕跡則不超過38億年。而最近，德國大學(xué)礦物學(xué)院一位學(xué)生的驚人發(fā)現(xiàn)，可能會(huì)給這種觀點(diǎn)帶來致命一擊。這位年輕的德國學(xué)生在澳大利亞西部杰克山地區(qū)一處丘陵發(fā)現(xiàn)的鉆石，其形成年代經(jīng)測定，竟然在42.5億年前!它們也因此成為迄今在地球上發(fā)現(xiàn)的最古老鉆石，之前的紀(jì)錄是32億年。這些古老的鉆石不僅可能改變我們對地球的認(rèn)識，而且也可能是我們星球早期生命出現(xiàn)的唯一見證。

鉆石來自哪里?

然而更重要的是，發(fā)現(xiàn)這些幾乎與地球同齡的寶石將使我們終于有望了解更多有關(guān)地球早期環(huán)境的情況，說不準(zhǔn)還會(huì)給我們對生命起源的認(rèn)識帶來一場革命!不過，這些神秘鉆石的來源還有待確認(rèn)。這并不容易，因?yàn)椤熬湍壳翱茖W(xué)所了解的鉆石形成方式來看，我們可以作出好幾種假設(shè)。

鉆石是在高溫高壓下形成的純碳礦物。根據(jù)這種形成條件，地質(zhì)學(xué)家們認(rèn)為地球上的鉆石有四種來源，其中最具“異國情調(diào)”的一種就是隕星。的確，某些隕星含有在太陽系外、地球誕生之前就已形成的鉆石。它們墜落到地球上，也就留下了這些寶石。同時(shí)，隕星撞擊地球產(chǎn)生的高溫高壓也能產(chǎn)生鉆石，當(dāng)然條件是碰撞區(qū)域里含有碳，或者隕星本身含有碳。德國學(xué)生發(fā)現(xiàn)的鉆石是否就屬于這兩種來源之一呢?按理說不是，因?yàn)榘凑湛茖W(xué)家長期的觀測顯示，這類鉆石很小，它們的尺寸只是德國學(xué)生發(fā)現(xiàn)的鉆石千分之一。

星外來源被排除了，那讓我們回到地球本身。鉆石可以以兩種方式在地球上產(chǎn)生。第一種方式涉及到絕大多數(shù)從礦山中開采出來的鉆石，這些鉆石在地底深處至少4×10⁹帕高壓(相當(dāng)于大氣壓的4萬倍)和接近1000℃高溫條件下形成。其中有些在距地表700多千米的深處結(jié)晶，而后通過劇烈的火山噴發(fā)被帶到地面上來。但這些來自地幔的鉆石要比德國學(xué)生發(fā)現(xiàn)的大，而且形狀也要規(guī)則得多。

那么就只剩下最后一個(gè)可能的來源了：超高壓變質(zhì)巖。這些原本處于地表的巖石，在大陸板塊對撞時(shí)，俯沖到地下150千米的深處，從而在高溫高壓的作用下，成為形成鉆石的溫床。它們隨后又通過一種目前尚不明了的機(jī)制得以重返地表。這類鉆石產(chǎn)地很少，只在中國和哈薩克斯坦的某些地區(qū)出現(xiàn)過。不過德國學(xué)生發(fā)現(xiàn)的鉆石的確很有可能是這種現(xiàn)象的結(jié)果。因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)的這些鉆石，顆粒非常之小，并且包含于鋯石晶體之中。

迄今發(fā)現(xiàn)的被包含在鋯石中的鉆石全部來自變質(zhì)巖地區(qū)，與德國學(xué)生發(fā)現(xiàn)的鉆石一樣，它們也伴有石墨，這是巖層上抬時(shí)，鉆石局部變質(zhì)的表現(xiàn)。但是從結(jié)晶學(xué)的角度來看，這兩種鉆石并不完全相似。對于這些鉆石的來源，目前科學(xué)家還難以定論。但肯定的是它們的確與變質(zhì)巖地區(qū)發(fā)現(xiàn)的鉆石最相像，這正是該發(fā)現(xiàn)的意義所在。如果未來的化學(xué)分析能夠證明這些鉆石的的確確來自于超高壓變質(zhì)巖的話，那將是一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)。

這將具有雙重含義。首先，這意味著在42.5億年前可能已經(jīng)存在一個(gè)厚厚的、冷卻了的大陸巖石圈，即一個(gè)堅(jiān)硬的巖石層：其次，形成鉆石的巖層通過類似板塊運(yùn)動(dòng)的過程而被埋藏到地下150千米的深處。但通常認(rèn)為那時(shí)的地球像一個(gè)到處流淌著熾熱巖漿的火球，尚未被巖石所覆蓋，怎么可能具備上述這兩個(gè)條件呢?

地質(zhì)學(xué)家們目前正在對那個(gè)時(shí)期是否有大陸——哪怕是小小的旦存夕亡的大陸——進(jìn)行激烈的討論，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有想到可能存在這樣一個(gè)巖石圈。有些科學(xué)家認(rèn)為，早期地球可能存在幾個(gè)大陸“胚胎”。當(dāng)然不是像亞洲大陸那樣規(guī)模巨大、巖層厚達(dá)100多千米的陸地!因?yàn)檫@需要非常長的時(shí)間來形成和冷卻。

爭論的另一個(gè)焦點(diǎn)在于，要得到這些源自于變質(zhì)巖的鉆石，必須有板塊運(yùn)動(dòng)，才能使得地表的巖石沖入150千米以下的地底深處。然而迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石，也無法讓我們了解38億年前是否有板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。但事實(shí)擺在那里，不管怎樣，要形成這些鉆石，必須有厚厚的巖層才能達(dá)到足夠的壓力，

盡管我們不知道該巖層究竟是因板塊碰撞還是通過某種未知的機(jī)制才被埋到地下的，雖然這一發(fā)現(xiàn)還未能獲得完美的解釋，但它無疑為早期地球要比我們想象要冷的觀點(diǎn)提供了一條新證據(jù)。早在2001年，有些科學(xué)家通過對鋯石中的氧同位素的測量研究，對傳統(tǒng)的“熾熱地球”觀點(diǎn)就提出了異議。其研究結(jié)果表明，這些鋯石所在的巖層，其表面曾受到過液態(tài)水的侵蝕。由此得出結(jié)論，認(rèn)為雖然最古老的沉積巖只有38億年的歷史，但海洋早在43億年前便已出現(xiàn)。這個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)足以讓“熾熱火球”論者們重新審視自己的觀點(diǎn)了。

對地球的另一種認(rèn)識

既然有了適宜的溫度，有了液態(tài)的水，那為什么不能有生命呢?生命存在必需的所有要素，在生命現(xiàn)象首次出現(xiàn)之前5億年就已經(jīng)全都匯集在地表上了。對于這個(gè)問題，新發(fā)現(xiàn)的鉆石也可能帶來意想不到的信息。因?yàn)殂@石是由碳所構(gòu)成的，而碳的來源之一正是生命體產(chǎn)生的有機(jī)物!根據(jù)所含碳同位素種類的多寡，我們通?？梢澡b別出那究竟是有機(jī)碳還是無機(jī)碳，但并不絕對。傳聞同位素分析已經(jīng)完成。但在結(jié)果正式發(fā)表之前，我們無法得出更進(jìn)一步的結(jié)論。不過，如果同位素的組成包含有機(jī)碳的成分，那么很多人將會(huì)認(rèn)為這是地表生物活動(dòng)的一個(gè)見證，盡管這種解釋肯定不會(huì)得到一致認(rèn)同……大家都急切地期盼著分析結(jié)果能在近期公布。因?yàn)檫@些古老的鉆石不僅可能改變我們對地球的認(rèn)識，而且也可能是我們星球早期生命出現(xiàn)的唯一見證。

在鋯石中發(fā)現(xiàn)鉆石是不可辯駁的事實(shí)。但它們的形成過程還沒有完全澄清，因此尚難以確定這一發(fā)現(xiàn)的意義。鉆石之所以永恒，那是因?yàn)槲覀兒茈y測出它們的年齡!事實(shí)上，鉆石很少含有便于測定其形成年代的放射性物質(zhì)。所以，42.5億年并不是鉆石的年齡，而是包裹它的鋯石的年齡。鋯硅酸鹽在結(jié)晶時(shí)將放射性鈾原子囚禁起來，而鈾原子會(huì)以一個(gè)已知的速度衰變成鉛原子，我們因而可以估算出鋯石的年齡。由于鉆石的年齡無法直接獲取，因此關(guān)鍵就在于確定它們的形成年代是比鋯石早還是晚。所以認(rèn)為，這些鉆石是在鋯石結(jié)晶之前或同時(shí)形成的，所以它們至少是和鋯石同齡的。但假如它們是在鋯石結(jié)晶之后才結(jié)晶的呢?如果鋯石中含有石墨，鉆石是后來才由石墨形成的。那么在成為鉆石的過程伴有巨大的體積上的變化。這樣巨大的變化將會(huì)在鋯石里留下痕跡。所以，作為對早期地球環(huán)境進(jìn)行判斷的必不可少的依據(jù)，這些鉆石的年齡應(yīng)該不容置疑。