科学探索|科学家在37亿年前的格陵兰岛岩石中发现地球早期岩浆海洋的残留物科学家在37亿年前的格陵兰岛岩

在一个原本荒凉的太阳系中，地球并不总是一个蓝色和绿色的生命绿洲。在我们星球的最初5千万年里，即大约45亿年前，它的表面是一个岩浆海洋的地狱景象，冒着来自地球内部的热气，喷涌而出。随后，地球从这种熔融状态冷却下来，这些岩浆海洋结晶成固体岩石，是我们星球的结构、表面的化学和早期大气形成的一个决定性阶段。这些原始岩石含有可能解释地球宜居性的线索，被认为已经在板块构造的破坏中消失。但是现在，剑桥大学一个研究团队在格陵兰岛南部37亿年前的岩石中发现了地球岩浆海洋的化学残留物，揭示了地球几乎完全熔化时的一个诱人的快照。

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地球是混乱的早期太阳系的产物，据信它的特点是地球和其他行星体之间发生了一些灾难性的撞击。地球的形成在它与一颗火星大小的撞击行星的碰撞中达到高潮，这也导致了大约45亿年前地球卫星的形成。
这些宇宙碰撞被认为产生了足够的能量来融化地球的地壳和我们星球的几乎所有内部（地幔），创造了行星规模的熔岩量，形成了数百公里深的"岩浆海" 。相比之下，今天的地壳完全是固体，而地幔被视为"可塑固体"：允许缓慢、粘稠的地质运动，与地球早期地幔的液体岩浆相差甚远。
随着地球在混乱的碰撞后的恢复和冷却，其深层岩浆海洋结晶和凝固，开始了地球走向我们今天所知的星球的旅程。从地球冷却的岩浆海洋中喷出的火山气体，可能对我们星球早期大气的形成和组成起了决定性作用--它最终将支持生命。
地质学搜索
寻找地球以前的熔融状态的地质证据是非常困难的。这是因为岩浆海洋事件很可能发生在40多亿年前，而地球历史上那一时期的许多岩石后来都被板块构造所回收。但是，虽然这一时期的岩石不再存在，但它们的化学痕迹可能仍然储存在地球的深处。地球冷却时期的凝固晶体会非常密集，以至于它们会沉到地球地幔的底部。科学家们甚至认为，这些矿物残留物可能被储存在地球地幔-地核边界深处的孤立区域。
如果它们确实存在，这些古老的晶体“墓地”对研究人员来说是无法进入的--隐藏得太深，他们无法直接取样。而且，如果它们曾经上升到地球表面，岩浆海洋晶体会自然地经历一个熔化和凝固的过程，在进入地壳的火山岩中只留下它们起源的痕迹。
结晶的线索
研究人员知道格陵兰岛将是一个寻找地球熔融历史的这些痕迹的好地方。他们的样本来自格陵兰岛西南部的伊苏阿上地壳岩带，这是一个著名的地质学家地区。乍一看，伊苏阿的岩石看起来就像在海底发现的任何现代玄武岩。但是这些岩石是世界上最古老的一些岩石，据信其年龄在37亿至38亿年之间。
在分析伊苏阿的岩石时，研究人员发现了独特的铁同位素特征。这些特征表明，形成这些岩石的地幔区域受到了非常高的压力，在地球表面以下700多公里。这正是在岩浆海洋结晶过程中形成的矿物的位置。
但是，如果这些岩石确实带有岩浆海洋结晶的痕迹，它们是如何到达地球表面的？答案在于地球内部如何融化，在地球表面产生火山岩。
熔化的岩石
当地球的半固体地幔区域加热和融化时，它们浮力般地上升到地壳，当岩浆到达表面并冷却时，最终产生火山岩。通过研究表面的这些岩石的化学成分，研究人员可以探测到熔化形成这些岩石的材料的成分。
伊苏阿岩石的同位素构成显示，它们到达地球表面的旅程涉及到在地球内部的几个结晶和重熔阶段--这是它们到达表面途中的一种蒸馏过程。但是出现的岩石，位于今天的格陵兰岛，仍然保留着化学特征，将它们与地球的岩浆覆盖的过去联系起来。