地球的地核与地壳

1.地球的地核与地壳

地球初期的地质活动已经毁灭了几乎所有的古老岩石，这些岩石中原本可能有生命的记录。但大陆仍给我们留下一种记忆形式，残留的古老岩石中有早期生命的化石。

科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、火星在内的石质行星是一块尘埃云快速引力坍缩而形成的，这种坍缩是产生致密球体的收缩作用。但在20世纪60年代，“阿波罗”太空计划改变了这种观点，对月坑的研究揭示出，这些坑是由于在距今约45亿年时，大量天体的撞击而形成的。此后，撞击的次数看来很快减少。这一研究结果使奥托·施密特提出的吸积（在地质界常译为“增生”）理论恢复了活力，这位俄罗斯地球物理学家于1944年提出：行星是一步一步地逐渐增大其体积的。

根据施密特的见解，宇宙尘团聚在一起成为颗粒，颗粒变成砾石，砾石变成小球，然后变成大球，再变成微行星（即星子），最后，尘埃终于变成了月球那样的大小。随着星子越来越大，它们的数目就减少，结果，星子（即陨石）之间碰撞的机会就减少。能够用于吸积的东西越来越少，意味着为了集结成大行星这一作用已进行了很长的时间。由佐治亚·韦瑟里尔所进行的计算表明，一个直径10千米大小的天体变成地球这样大小的天体需要经过大约1亿年的时间。

吸积过程对于地球来说有着显著的热后果，这是些强烈支配地球演化的热后果。撞入地球的大物体在地球内部会产生巨大的热量从而将在那里的宇宙尘熔化。这样形成的熔融区——位于地下约200～400千米的深处，称为岩浆洋——在几百万年期间内都是活动的，并引起火山喷发。当地球还年轻时，由火山作用和来自内部的熔岩流所引起的地表加热还受到巨大星子经常轰击所产生的热量的补充（这些星子中的一些或许有着月球那样大甚至火星那样大），在这一时期，不可能有生命存在。

20世纪60年代，地球化学家开始应用同位素地质学的方法去了解地球的演化，使用所谓的放射性时钟来给岩石计时，这就使地质学家能对不含化石的古老地区进行研究。放射性时钟的指针是同位素，而地质时间是由一种同位素衰变成另一种同位素的速率来测定的。在许多的放射性时钟中，那些基于铀－238衰变成铅－206和铀－235衰变成铅－207的时钟是特别重要的，因为地质年代学家们仅仅通过分析放射性母体铀的子体——在此情况下是铅——就能测定样品的年龄。

同位素地质学使地质学家们得以确定地球的吸积作用以地球的下述分异作用而告终，即地核——地球磁场的根源——的形成和大气的开始出现。查理·帕特森于1953年使用铀－铅时钟所进行的经典工作确定了地球和形成地球的许多陨石的年龄为45.5亿年，但是在这之后的大约1.2亿年到1.5亿年的时间内，由于星子的轰击，地球还在不断地增大。在那时——距今44.4亿年到距今44.1亿年之间——地球开始保留住它的大气并开始形成地核，大陆地壳出现于稍微晚些时候。根据板块构造理论，这些陆块是地壳仅有的未被再循环的部分，而且也是由地幔对流所驱动的地热循环期间未被毁灭的部分。因此，大陆提供了一种记忆形式，这是由于在它们的岩石中早期生命的记录可以被辨认出。然而，这种证据并未广泛分布，包括板块构造、侵蚀作用和变质作用在内的地质活动已经毁灭了几乎所有的古老岩石，只有很少的碎块幸免于这种地质机器的破坏。

但是，最近几年还是使用同位素地球化学方法作出了若干重要的发现。斯塔芬·摩尔贝斯领导的一个研究小组在西格陵兰发现了一块年龄为距今37亿年到38亿年之间的地体。此外，萨缪尔·邦宁在北美洲考察了一小片地区——阿卡斯塔片麻岩，它的年龄为39.6亿年。年龄无可争辩的最古老化石发现于澳大利亚和南非，它们是年龄约为35亿年的蓝绿藻残遗物。曼弗里德·西道夫斯基研究了西格陵兰的伊苏亚组地层，并论证了有机物质在距今38亿年时就已存在。由于绝大多数早期生命的记录都已被地质活动所毁灭了，所以我们不可能精确地说生命最初出现于何时——或许在地球形成后它很快就出现了，甚至可能早在距今42亿年时就出现了。