地殼的形成 – 盤古開天「闢地」的時刻

藉由地球岩石中鋯石(Zircons)顆粒裡,鎦(Lu)137—鉿(Hf)137的放射性衰變系列數據,再配合球粒隕石(Chondritic meteorite)所提供四十五億六千萬年前原始太陽系中Lu/Hf的比值推算,我們的地殼大約是在地球形成後的三億二千萬年之內,就從一片熔融的岩漿海中分異而形成了。

利用Lu137-Hf137的放射性衰變分析除了可以提供定年的資料(半衰期三百六十億年)之外,同時也可以提供行星地殼與地函演化的過程,這是由於Lu和Hf原本是屬於地函的物質,在地殼自地函中分異出來時,Hf和Lu都會富集到地殼之中,而Hf富集的程度則會高於Lu。可是地球不同於月球、水星或火星的是,我們地表岩石最老的年齡只有三十八億年,我們遺失了地球形成前六億年的資料。而且這樣的計算還必須建立在精確的原始太陽系中 Lu/Hf比值,因此我們還必須找到這樣的材料才行。

後來Bizzarro等人便利用地球古老岩石中鋯石顆粒所包含地球最古老的訊息,並且以球粒狀隕石(特別是源自於小行星—灶神星 Vesta的隕石)量測獲得原始太陽系中Lu/Hf的比值,結果顯示地球表面的地殼源自於大約四十三億年前分異自地函的岩漿海之中,再利用過去分析釹(Nd)同位素系列的結果可以知道,這個形成地殼的過程大約是在一億多年前的四十四億七千萬年前就開始了的。這樣的結果與月球在四十四億年前形成月球地殼和地函的時間相當接近。

不過今天的地球由於有板塊運動的關係,岩石中的Nd和Hf都會因為板塊隱沒到地函裡面而影響了其含量的分析,因此在地球形成後的三十億年前左右,板塊運動便幾乎破壞了所有地球早期的證據,這是為什麼我們今天想知道地球早期演化過程如此困難的原因。我在想除了利用這樣抽絲剝繭的研究方法之外,未來我們是不是有可能利用研究太陽系外行星系統而得到更多的資訊呢?這似乎還是一條很漫長的道路~

資料來源:
Stein B. Jacobsen, Lost terrains of early Earth, Nature 421, 901 – 903 (2003)
Bizzarro et al., Early history of Earth’s crust–mantle system inferred from hafnium isotopes in chondrites, Nature 421, 931 – 933 (2003)

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