揭示地球最古老岩石的秘密:来自哈德安纪的证据

地球形成于大约46亿年前,属于地质时代的哈德安纪。

哈德安一词源自希腊神话中的冥王,反映了当时地球的极端高温。

约在43.5亿年前,地球可能已经冷却到足以形成第一层地壳,甚至生命可能在这个时期出现。

然而,由于这一早期历史时期的岩石和矿物极为稀缺,我们对哈德安纪的认识仍然很有限,这使得重构地球在哈德安纪时期的样子变得相当困难,许多关于其早期演化的问题仍然没有答案。

我们的研究团队最近确认了位于加拿大北部魁北克省的最古老岩石,这些岩石的形成时间超过40亿年,为我们提供了一个珍贵的机会,了解地球的起源。

哈德安纪遗迹

哈德安纪是地质时间表中的第一段时期,从地球形成的46亿年前开始,到约40.3亿年前结束。

迄今为止,科学家们所报道的最古老陆地材料是发现于西澳大利亚的极为稀少的锆石矿物,这些锆石的形成时间可追溯至44亿年前。

虽然包裹锆石的母岩已经风化,但锆石的耐久性使其得以长期保存。

对这些锆石的研究为我们提供了哈德安纪时期的环境线索,揭示了地球最古老地壳的形成与演化。

锆石的化学成分表明,它们是通过古代海洋底部沉积物的熔化而形成的,这暗示着哈德安纪很可能是在短时间内迅速冷却,液态水的海洋很早就形成。

其他有关哈德安纪锆石的研究表明,地球最早的地壳是镁铁质的。然而,直到近期,关于这一地壳的存在仍然未被确认。

2008年,由我们团队的一位成员,麦吉尔大学的副教授乔纳森·奥尼尔(当时是博士生)领导的研究提出,古代地壳的岩石被保存在魁北克北部,并被认为是哈德安纪唯一已知的遗迹。

自那时以来,这些岩石的年龄,即位于努瓦瓦吉图克绿岩带的岩石,一直引发争议,并成为持续科学讨论的主题。

“古老的坚硬岩石”

努瓦瓦吉图克绿岩带位于魁北克省北部的努纳维克地区,超越第55纬线。

该区域大部分的岩石都是变质火山岩,富含镁和铁,其中最常见的岩石被称为乌贾拉鲁克岩,意为“古老的坚硬岩石”。

通过检测钕-142的变化——此同位素仅在哈德安纪期间通过钐-146的放射性衰变而产生,提出了约43亿年的年龄。

在2008年之前,钐与钕同位素丰度之间的关系已经用于对陨石和月球岩石进行定年,但从未应用于地球岩石。

该解释在多个研究小组中受到挑战,一些小组研究了绿岩带中的锆石,提出其年龄最多为37.8亿年,从而将这些岩石归入太古宙。

确认哈德安纪年龄

在2017年夏季,我们回到努瓦瓦吉图克带,进一步研究古老岩石。这次我们收集了切穿乌贾拉鲁克岩层的侵入性岩石——称为变辉长岩,试图获得独立的年龄约束。

由于这些新研究的变辉长岩切穿了乌贾拉鲁克岩,因此后者的形成时间必定更早,将它们确立为哈德安纪的时期。

研究努瓦瓦吉图克的岩石,这些唯一保存下来的哈德安纪岩石,为我们提供了了解地球早期历史的独特机会。

它们可以帮助我们理解最早的大陆是如何形成的,以及地球的环境在何时何种情况下演变为可居住的状态。

图片源于:theconversation