突破性發現：研究人員如何在珀斯附近發現地球原始地殼的殘余物 _地球

挪威的堤壩切入較老的層狀砂巖。來源：Cato Andersen/Mapillary，CC BY-SA
據《對話》（Chris Kirkland）：我們的星球誕生于大約45億年前。為了理解這種令人費解的悠久歷史，我們需要研究巖石及其礦物。
澳大利亞最古老的巖石是在珀斯以北700公里的西澳大利亞默奇森區發現的，也是地球上最古老的一些巖石。它們的年代已經接近40億年。
在《通訊地球與環境》雜志上發表的一項新研究中，我們在珀斯南部的科利附近發現了類似年齡巖石的證據。這表明西澳大利亞的古代巖石覆蓋的面積比我們所知道的要大得多，埋在地殼深處。
古代大陸地殼
澳大利亞的古代地殼對于了解早期地球至關重要，因為它告訴我們大陸地殼是如何形成和演化的。
大陸地殼構成了人類生活的陸地的基礎，支撐著生態系統，并為文明提供了必要的資源。沒有它就沒有淡水。它擁有豐富的礦產資源，如黃金和鐵，具有重要的經濟意義。
然而，探索古代大陸地殼并不容易。它的大部分被深深地掩埋，或者被環境強烈地改變了。只有少數暴露的區域，研究人員可以直接觀察到這種古老的地殼。
為了了解這種隱藏的古代地殼的年齡和成分，科學家們通常依靠間接的方法，例如研究保存在上覆盆地中的侵蝕礦物，或者使用聲波、磁性或重力的遙感。
然而，也許還有另一種方法可以窺視地殼深處，如果幸運的話，甚至可以對其進行采樣。
從深處拖動晶體
我們星球的地殼經常被富含鐵和鎂的深色巖漿切割，這些巖漿可以從上地殼一直延伸到地幔。這些被稱為堤壩的結構可以來自至少50公里的深度（甚至比最深的鉆孔深得多，只有12公里）。
這些堤壩可以從深處采集微量礦物，并將其一直輸送到地表，在那里我們可以對其進行檢查。
在我們最近的研究中，我們通過對其中一個堤壩的鋯石顆粒進行年代測定，發現了古代埋藏巖石的證據。
鋯石含有微量的鈾，隨著時間的推移，鈾會衰變為鉛。通過精確測量鋯石顆粒中鉛與鈾的比例，我們可以判斷顆粒結晶的時間。
該方法表明，該巖墻的鋯石晶體可追溯到34.4億年前。
鈦鐵礦裝甲
鋯石被包裹在一種不同的礦物中，稱為鈦酸鹽，這種礦物比巖墻中的鋯石更穩定。想想一粒鹽，困在一顆煮熟的甜糖里，掉進一杯熱茶里。

鈦鐵礦顆粒的顯微鏡圖像，鋯石晶體被困在里面并受到保護。圖片右下方的比例尺為100微米，大約相當于一根頭發的寬度。來源：改編自《通訊地球與環境》（2024）。DOI:10.1038/s43247-024-01469-6
當巖墻向上移動時，鈦酸鐵甲的穩定性通過化學、壓力和溫度條件的變化保護了古老的鋯石晶體。堤壩中未屏蔽的鋯石晶體在旅途中被強烈修飾，抹去了它們的同位素記錄。
然而，包裹在鈦酸鹽中的晶粒完好無損地保存了下來，這為我們提供了一個罕見的地球早期歷史的一瞥。
這條堤壩本身可以追溯到大約14億年前，為了解古代地殼提供了一扇獨特的窗戶，否則這些地殼就會被隱藏起來。我們還在天鵝河向北的沙子中發現了類似的古代鋯石顆粒，天鵝河流經珀斯，流經同一地區，進一步證實了這些古代材料的年齡和起源。

珀斯以南地殼的橫截面顯示，堤壩從深處采集了34億年前的鋯石，并將其帶到了地表。插圖放大顯示了這種古老鋯石被礦物鈦酸鹽屏蔽的盔甲。來源：通訊地球與環境（2024）。DOI:10.1038/s43247-024-01469-6
這一結果擴展了已知的古代地殼區域，以前在Murchison區的Narryer地區發現。
了解深地殼很重要的一個原因是，我們經常在地殼塊體之間的邊界處發現金屬。繪制這些區塊可以幫助繪制區域圖，以調查采礦潛力。
時間深處的殘余
所以，下次你撿起一塊石頭，一些礦物顆粒在你的手上摩擦時，想想這些顆粒可能已經存在了多久。
為了掌握時間尺度，想象一下我們星球的歷史長達一年。地球是12個月前由旋轉的塵埃形成的。你在珀斯周圍撿的任何一把沙子都會含有大約十個月前的一兩粒沙子。澳大利亞的大部分黃金形成于七個月前，而陸地植物僅在一個月前抵達。
兩周前，恐龍出現了。在過去的30分鐘里，全人類都來了。你呢？清醒地說，在這個尺度上，你的生命將持續大約半秒。