突破性发现：研究人员如何在珀斯附近发现地球原始地壳的残余物

何一方88

挪威的堤坝切入较老的层状砂岩。来源：Cato Andersen/Mapillary，CC BY-SA

（）据《对话》（Chris Kirkland）：我们的星球诞生于大约45亿年前。为了理解这种令人费解的悠久历史，我们需要研究岩石及其矿物。

澳大利亚最古老的岩石是在珀斯以北700公里的西澳大利亚默奇森区发现的，也是地球上最古老的一些岩石。它们的年代已经接近40亿年。

在《通讯地球与环境》杂志上发表的一项新研究中，我们在珀斯南部的科利附近发现了类似年龄岩石的证据。这表明西澳大利亚的古代岩石覆盖的面积比我们所知道的要大得多，埋在地壳深处。

古代大陆地壳

澳大利亚的古代地壳对于了解早期地球至关重要，因为它告诉我们大陆地壳是如何形成和演化的。

大陆地壳构成了人类生活的陆地的基础，支撑着生态系统，并为文明提供了必要的资源。没有它就没有淡水。它拥有丰富的矿产资源，如黄金和铁，具有重要的经济意义。

然而，探索古代大陆地壳并不容易。它的大部分被深深地掩埋，或者被环境强烈地改变了。只有少数暴露的区域，研究人员可以直接观察到这种古老的地壳。

为了了解这种隐藏的古代地壳的年龄和成分，科学家们通常依靠间接的方法，例如研究保存在上覆盆地中的侵蚀矿物，或者使用声波、磁性或重力的遥感。

然而，也许还有另一种方法可以窥视地壳深处，如果幸运的话，甚至可以对其进行采样。

从深处拖动晶体

我们星球的地壳经常被富含铁和镁的深色岩浆切割，这些岩浆可以从上地壳一直延伸到地幔。这些被称为堤坝的结构可以来自至少50公里的深度（甚至比最深的钻孔深得多，只有12公里）。

这些堤坝可以从深处采集微量矿物，并将其一直输送到地表，在那里我们可以对其进行检查。

在我们最近的研究中，我们通过对其中一个堤坝的锆石颗粒进行年代测定，发现了古代埋藏岩石的证据。

锆石含有微量的铀，随着时间的推移，铀会衰变为铅。通过精确测量锆石颗粒中铅与铀的比例，我们可以判断颗粒结晶的时间。

该方法表明，该岩墙的锆石晶体可追溯到34.4亿年前。

钛铁矿装甲

锆石被包裹在一种不同的矿物中，称为钛酸盐，这种矿物比岩墙中的锆石更稳定。想想一粒盐，困在一颗煮熟的甜糖里，掉进一杯热茶里。



钛铁矿颗粒的显微镜图像，锆石晶体被困在里面并受到保护。图片右下方的比例尺为100微米，大约相当于一根头发的宽度。来源：改编自《通讯地球与环境》（2024）。DOI:10.1038/s43247-024-01469-6

当岩墙向上移动时，钛酸铁甲的稳定性通过化学、压力和温度条件的变化保护了古老的锆石晶体。堤坝中未屏蔽的锆石晶体在旅途中被强烈修饰，抹去了它们的同位素记录。

然而，包裹在钛酸盐中的晶粒完好无损地保存了下来，这为我们提供了一个罕见的地球早期历史的一瞥。

这条堤坝本身可以追溯到大约14亿年前，为了解古代地壳提供了一扇独特的窗户，否则这些地壳就会被隐藏起来。我们还在天鹅河向北的沙子中发现了类似的古代锆石颗粒，天鹅河流经珀斯，流经同一地区，进一步证实了这些古代材料的年龄和起源。



珀斯以南地壳的横截面显示，堤坝从深处采集了34亿年前的锆石，并将其带到了地表。插图放大显示了这种古老锆石被矿物钛酸盐屏蔽的盔甲。来源：通讯地球与环境（2024）。DOI:10.1038/s43247-024-01469-6

这一结果扩展了已知的古代地壳区域，以前在Murchison区的Narryer地区发现。

了解深地壳很重要的一个原因是，我们经常在地壳块体之间的边界处发现金属。绘制这些区块可以帮助绘制区域图，以调查采矿潜力。

时间深处的残余

所以，下次你捡起一块石头，一些矿物颗粒在你的手上摩擦时，想想这些颗粒可能已经存在了多久。

为了掌握时间尺度，想象一下我们星球的历史长达一年。地球是12个月前由旋转的尘埃形成的。你在珀斯周围捡的任何一把沙子都会含有大约十个月前的一两粒沙子。澳大利亚的大部分黄金形成于七个月前，而陆地植物仅在一个月前抵达。

两周前，恐龙出现了。在过去的30分钟里，全人类都来了。你呢？清醒地说，在这个尺度上，你的生命将持续大约半秒。