地球科学大揭秘黄金来自太空陨石雨

童霆 · 发表于 2014-3-12 04:01:26

　　“为什么能够在地球表面找到金块?”科普作家约翰·艾莫斯利说，“答案是，它们可能以陨石的形式来自太空。”
　　在过去数十年里，这一貌似古怪的理论已经被大多数科学家所接受，他们认为唯有如此才能解释地球上丰富的黄金储量。地壳(约25英里厚的地球岩石外壳)中每1000吨物质中含有1.3克黄金，但是按照地球形成的标准模式，这个比例依然太高。在45亿年前，地球诞生之后，地球表面布满了火山和熔岩。然后，在几千万年的时间里，多数的铁元素穿透地幔沉入地核。黄金与铁熔合与之一起沉没。
　　伦敦帝国学院的地理学家马西亚斯·威尔伯德说，这一过程就好比密度较大的食醋沉到装满橄榄油的碗底。因此，他说，“一切的黄金早应该消失。”但是事实并非如此。于是科学家不得不做出合理解释。目前最流行的理论是——陨石。

　　“在地核形成后，大规模的陨石雨袭击地球，”威尔伯德说，“落到地面上的陨石包含黄金，它们就是地幔和地壳中黄金的来源。”这一理论符合陨石活动的模式，38亿年前地球曾经遭遇陨石风暴，这些陨石来自地球和火星之间的一个小行星带，今天这一小行星带依然存在。
　　陨石携带黄金到地球的理论最早出现在上世纪70年代，阿波罗登月计划之后。科学家们研究从月球幔层中采集的岩石样本，发现它们的铱和金的含量比从月球表面和地球表面及地幔采集的岩石中同种元素的含量明显低很多。科学家于是提出，月球和地球曾经受到富含铱元素的外太空陨石袭击。其中携带的贵重金属遗落在月球表面。但在地球上，由于星球内部活动，地表的金属被搅动，进入地幔。

　　这一理论被称为“后增薄层假说”，已经成为行星科学的基本理论。它也帮助解释了其他很多地球构造的反常之处。科学家还认为，碳、氮、水和氨基酸等构成生命的必要元素同样来自太空陨石。

　　“它们是构建地球的基石，”威尔伯德说。两年前，他和布里斯托大学及牛津大学的一个研究小组分析了从格陵兰岛采集的岩石样本。这些岩石来自地幔中没有受到陨石活动影响的部分。研究小组并没有分析这些有着44亿年高龄的岩石的黄金构成，而是要寻找另一种元素：钨。钨和黄金有些相似·X·，但以不一样形式存在，可赋予科学家更多历史信息。
　　威尔伯德说：“这些岩石的钨同位素构成和其他岩石的钨同位素构成截然不一样。”他推断这些从格陵兰岛采集的岩石是后增薄层期陨石风暴(大约在44亿至38亿年前)开始前形成的。
　　威尔伯德的研究结果于2011年9月在《自然》杂志发表，为“后增薄层假说”提供了迄今为止最有力的证据。这一假说似乎是格陵兰岛岩石罕见钨同位素构成的最佳解释，它恰好也可以解释地幔和月球幔层中钨和黄金的构成差异。但是，这一假说并非没有遇到挑战。

　　去年，马修·图博和马里兰大学的一个研究小组分析了采集自俄罗斯的岩石样本，这些岩石形成于约28亿年前，比格陵兰岛研究中使用的样本要年轻得多。这些较年轻的岩石含有全套亲铁元素——与铁共生的系列金属，包括金——但就钨同位素而言，这些岩石与威尔伯德在格陵兰岛发现的岩石非常相似。但是，它们却形成于后增薄层陨石风暴之后。
　　“对于导致岩石中钨结构反常的原因，我们得出了不一样的结论，”图博说。他认为，地幔中不一样的条件可能导致钨同位素的差异。虽然他仍然相信后增薄层假说是正确的，但并不认为钨同位素的差异是这一天体事件曾经发生的证据。另一些的科学家则认为，或许应该彻底转变思路。

　　“我过去也对后增薄层假设深信不疑，但那是因为在缺乏相关数据的情况下，这似乎是最合理的解释，但现在，我认为这一理论已经过时，”佛罗里达州立大学的穆尼尔·胡马云说，“它看似完美，但数据上却有很多断层。大部分是人们的猜测。”

　　胡马云说，上世纪70年代月球和地球岩石研究结果并不精确，和90年代进行的更复杂的跟踪研究有很多出入。马里兰大学的研究发现，地球岩石构成和球粒陨石(富含铱的陨石)并不像之前认为的那样相似。“在我看来，这是后增薄层假说的漏洞，”胡马云说，“实验结果显示，一切已知陨石中没有任何一种与后增薄层相似。”
　　科学家还开始在地幔更深处发现类似黄金的金属，这完全出乎他们的意料。如果陨石风暴发生的时间更早，而且比从前认为的更加猛烈，这也许可以解释得通。但在胡马云看来，“后增薄层假说”已经无法回答旧的问题，又引发的新的疑问。他和另外一小撮科学家转而支持另一种理论。他们认为，地壳中一切或是大部分的黄金从始至终都在地球上。其中大部分和铁形成合金沉入地核，但是还有相当一部分或许0 .2%熔化于地表之下700公里深处的岩浆海，即地球的外地幔。再后来，火山活动将黄金带回地壳。这一理论需要黄金和其他亲铁元素具有比之前所认为的更好的可溶·X·，才可能有足量的黄金溶入地幔。N A SA (美国宇航局)两位科学家——凯文·莱特和丽莎·但尼尔森——认为，随着压力和温度的升高，黄金在地幔中的可溶·X·确实会增加。但是，目前还无法用实验证明。因此，这一种解释黄金丰富·X·的新理论同样也仅仅是一种假说。但是，它引起越来越多人的兴趣，在上个月的地球化学年度国际研讨会上引发激烈讨论。

　　参加会议的马西亚斯·威尔伯德说，大家普遍认为，后增薄层假说依然是对格陵兰岛岩石异常钨同位素构成的最佳解释。不一样于胡马云，多数科学家依然认为，陨石雨是对地壳和地幔中富含金属的合理解释。但他也承认，这一假说确实存在漏洞。
　　“你永远无法100%地肯定，”他说，“但目前公认理论的美妙之处在于，重要数据都对得上。”他的同位素测定显示，约0 .5%的地球地幔物质来自陨石(即200亿亿吨)。这一数字与地理学家们目前的最佳估计相符。在威尔伯德看来，这是最好的证明。
　　但胡马云说，地球化学家对新理论的相信程度取决于他们各自的研究领域。分析地球化学家——主要工作是测量岩石的元素构成——认为他们的研究可帮助了解地球上的生命是如何产生的，和他们相比，实验地球化学家——他们试图在实验室里复制地幔的条件——思想更为开通。“这完全取决于你赚钱的方式!如果你是实验派，那么你的实验可能等于从后增薄层信仰者口中夺食。分析派如此喜欢后增薄层假说的原因让我困扰。这是因为，他们将这个假说和地球生命的起源捆绑在了一起。这背后牵涉利益巨大!”

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