地质学家通过研究裸露的地壳确定早期地球是一个“水世界”

海洋全景。Credit: © peangdao / Adobe Stock

地质学家分析了现在暴露在澳大利亚陆地上的古代海洋地壳的氧同位素数据后说，32亿年前的地球是一个由被淹没的大陆组成的“水世界”。这可能会对生命起源产生重大影响。

“早期地球没有大陆，可能类似于“水世界”，这提供了一个重要的环境来约束地球上生命的起源和演化及其可能存在其他地方，“地质学家本杰明·约翰逊和Boswell翼刚在网上发表的一篇论文中写道《自然地球科学》期刊上。

约翰逊说，他与温在会议上交谈时了解到，在西澳大利亚州一个偏远的地方，有保存完好的古宙(40亿到25亿年前)的32亿年前的海洋地壳，之前的研究表明，该地区已经有大量的地球化学数据。

约翰逊加入了Wing的研究小组，亲自去看了海洋地壳，在采集了自己的岩石样本并挖掘了现有的数据库之后，约翰逊创建了一个横截面网格，其中包含了岩石中发现的氧同位素和温度值。

同位素是一种化学元素的原子，其原子核内有相同数量的质子，但不同数量的中子，在这种情况下，保存在古岩石中的氧同位素的差异为数十亿年前岩石和水的相互作用提供了线索。

一旦他有了基于整块岩石数据的二维网格，约翰逊就创建了一个逆模型来估算古代海洋中的氧同位素。得出的结果是：古代的海水中含有的重同位素氧(氧含有8个质子和10个中子，写作18O)含量比今天的无冰海洋高千分之四。

如何解释重同位素随时间减少?

Johnson和Wing提出了两种可能的方法:古代海洋地壳的水循环与今天的海水不同，后者有更多的高温相互作用，可以用重同位素氧丰富海洋。或者，大陆岩石的水循环可能减少了海水中重同位素的比例。

“我们的首选假设是大陆从陆地风化开始于32亿年前的某个时候，并开始从海洋中提取大量的重同位素，”Johnson说。

水在海洋地壳中循环的方式与今天不同，导致同位素组成的不同，“这种观点目前没有证据表明，”约翰逊说。“我们研究的有32亿年历史的那部分海洋地壳看起来和非常非常年轻的海洋地壳一模一样。”

约翰逊说，这项研究表明，地质学家可以建立模型，找到新的定量方法来解决一个问题——即使这个问题涉及到32亿年前的海水，他们永远不会看到或取样。

约翰逊还说，这些模型让我们了解了生命起源和进化的环境：“如果没有大陆和海平面以上的陆地，最早的生态系统进化的唯一地方就是海洋。”

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