地球科學(xué)界幾乎公認(rèn)黃金來(lái)自太空

老虎菜

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科學(xué)家普遍認(rèn)同，大約在38億年前，隕石雨帶來(lái)了黃金。

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黃金來(lái)自太空！這個(gè)理論聽上去就像是科學(xué)幻想。然而在地球科學(xué)界，這卻幾乎是公認(rèn)的觀點(diǎn)。

這一古怪的理論到底是如何形成的，它究竟是否屬實(shí)？

哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲之前的印第安頭領(lǐng)們特別喜歡在河底或是地下發(fā)現(xiàn)的亮晶晶的黃色金屬，認(rèn)為它可以捕捉太陽(yáng)神的力量。他們披掛著用這種金屬鑄造的鎧甲，相信可以獲得神的保護(hù)。可惜他們被外表欺騙了。黃金是一種罕見柔軟的金屬，根本無(wú)法抵擋西班牙人的鋼鐵武器。但這種漂亮的元素可能真的像印第安人所認(rèn)為的那樣不屬于這個(gè)世界。

“為什么能夠在地球表面找到金塊？”科普作家約翰？艾莫斯利說(shuō)，“答案是，它們可能以隕石的形式來(lái)自太空。”

在過(guò)去數(shù)十年里，這一貌似古怪的理論已經(jīng)被大多數(shù)科學(xué)家所接受，他們認(rèn)為唯有如此才能解釋地球上豐富的黃金儲(chǔ)量。地殼(約25英里厚的地球巖石外殼)中每1000噸物質(zhì)中含有1.3克黃金，但是按照地球形成的標(biāo)準(zhǔn)模式，這個(gè)比例依然太高。在45億年前，地球誕生之后，地球表面布滿了火山和熔巖。然后，在幾千萬(wàn)年的時(shí)間里，多數(shù)的鐵元素穿透地幔沉入地核。黃金與鐵熔合與之一起沉沒(méi)。

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倫敦帝國(guó)學(xué)院的地理學(xué)家馬西亞斯？威爾伯德說(shuō)，這一過(guò)程就好比密度較大的食醋沉到裝滿橄欖油的碗底。因此，他說(shuō)，“所有的黃金早應(yīng)該消失?！比欢聦?shí)并非如此。于是科學(xué)家不得不做出合理解釋。目前最流行的理論是――― 隕石。

“在地核形成后，大規(guī)模的隕石雨襲擊地球，”威爾伯德說(shuō)，“落到地面上的隕石包含黃金，它們就是地幔和地殼中黃金的來(lái)源?！边@一理論符合隕石活動(dòng)的模式，38億年前地球曾經(jīng)遭遇隕石風(fēng)暴，這些隕石來(lái)自地球和火星之間的一個(gè)小行星帶，今天這一小行星帶依然存在。

隕石攜帶黃金到地球的理論最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代，阿波羅登月計(jì)劃之后。科學(xué)家們研究從月球幔層中采集的巖石樣本，發(fā)現(xiàn)它們的銥和金的含量比從月球表面和地球表面及地幔采集的巖石中同種元素的含量明顯低很多?？茖W(xué)家于是提出，月球和地球曾經(jīng)受到富含銥元素的外太空隕石襲擊。其中攜帶的貴重金屬遺落在月球表面。但在地球上，由于星球內(nèi)部活動(dòng)，地表的金屬被攪動(dòng)，進(jìn)入地幔。

這一理論被稱為“后增薄層假說(shuō)”(lateveneerhypothesis)，已經(jīng)成為行星科學(xué)的基本理論。它也幫助解釋了其他很多地球構(gòu)造的反常之處。科學(xué)家還認(rèn)為，碳、氮、水和氨基酸等構(gòu)成生命的必要元素同樣來(lái)自太空隕石。

“它們是構(gòu)建地球的基石，”威爾伯德說(shuō)。兩年前，他和布里斯托大學(xué)及牛津大學(xué)的一個(gè)研究小組分析了從格陵蘭島采集的巖石樣本。這些巖石來(lái)自地幔中沒(méi)有受到隕石活動(dòng)影響的部分。研究小組并沒(méi)有分析這些有著44億年高齡的巖石的黃金構(gòu)成，而是要尋找另一種元素：鎢。鎢和黃金有些相似性，但以不同形式存在，可賦予科學(xué)家更多歷史信息。

威爾伯德說(shuō)：“這些巖石的鎢同位素構(gòu)成和其他巖石的鎢同位素構(gòu)成截然不同?！彼茢噙@些從格陵蘭島采集的巖石是后增薄層期隕石風(fēng)暴(大約在44億至38億年前)開始前形成的。

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威爾伯德的研究結(jié)果于2011年9月在《自然》雜志發(fā)表，為“后增薄層假說(shuō)”提供了迄今為止最有力的證據(jù)。這一假說(shuō)似乎是格陵蘭島巖石罕見鎢同位素構(gòu)成的最佳解釋，它恰好也可以解釋地幔和月球幔層中鎢和黃金的構(gòu)成差異。但是，這一假說(shuō)并非沒(méi)有遇到挑戰(zhàn)。

去年，馬修？圖博和馬里蘭大學(xué)的一個(gè)研究小組分析了采集自俄羅斯的巖石樣本，這些巖石形成于約28億年前，比格陵蘭島研究中使用的樣本要年輕得多。這些較年輕的巖石含有全套親鐵元素―――與鐵共生的系列金屬，包括金―――但就鎢同位素而言，這些巖石與威爾伯德在格陵蘭島發(fā)現(xiàn)的巖石非常相似。然而，它們卻形成于后增薄層隕石風(fēng)暴之后。

“對(duì)于導(dǎo)致巖石中鎢結(jié)構(gòu)反常的原因，我們得出了不同的結(jié)論，”圖博說(shuō)。他認(rèn)為，地幔中不同的條件可能導(dǎo)致鎢同位素的差異。雖然他仍然相信后增薄層假說(shuō)是正確的，但并不認(rèn)為鎢同位素的差異是這一天體事件曾經(jīng)發(fā)生的證據(jù)。另一些的科學(xué)家則認(rèn)為，或許應(yīng)該徹底轉(zhuǎn)變思路。

“我過(guò)去也對(duì)后增薄層假設(shè)深信不疑，但那是因?yàn)樵谌狈ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)的情況下，這似乎是最合理的解釋，但現(xiàn)在，我認(rèn)為這一理論已經(jīng)過(guò)時(shí)，”佛羅里達(dá)州立大學(xué)的穆尼爾？胡馬云說(shuō)，“它看似完美，但數(shù)據(jù)上卻有很多斷層。大部分是人們的猜測(cè)?！?/font>

胡馬云說(shuō)，上世紀(jì)70年代月球和地球巖石研究結(jié)果并不精確，和90年代進(jìn)行的更復(fù)雜的跟蹤研究有很多出入。馬里蘭大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，地球巖石構(gòu)成和球粒隕石(富含銥的隕石)并不像之前認(rèn)為的那樣相似?！霸谖铱磥?lái)，這是后增薄層假說(shuō)的漏洞，”胡馬云說(shuō)，“實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所有已知隕石中沒(méi)有任何一種與后增薄層相似?！?/font>

科學(xué)家還開始在地幔更深處發(fā)現(xiàn)類似黃金的金屬，這完全出乎他們的意料。如果隕石風(fēng)暴發(fā)生的時(shí)間更早，而且比從前認(rèn)為的更加猛烈，這也許可以解釋得通。但在胡馬云看來(lái)，“后增薄層假說(shuō)”已經(jīng)無(wú)法回答舊的問(wèn)題，又引發(fā)的新的疑問(wèn)。他和另外一小撮科學(xué)家轉(zhuǎn)而支持另一種理論。他們認(rèn)為，地殼中所有或是大部分的黃金從始至終都在地球上。其中大部分和鐵形成合金沉入地核，但是還有相當(dāng)一部分―――或許0 .2%―――熔化于地表之下700公里深處的巖漿海，即地球的外地幔。再后來(lái)，火山活動(dòng)將黃金帶回地殼。這一理論需要黃金和其他親鐵元素具有比之前所認(rèn)為的更好的可溶性，才可能有足量的黃金溶入地幔。N A SA (美國(guó)宇航局)兩位科學(xué)家―――凱文？萊特和麗莎？但尼爾森―――認(rèn)為，隨著壓力和溫度的升高，黃金在地幔中的可溶性確實(shí)會(huì)增加。然而，目前還無(wú)法用實(shí)驗(yàn)證明。因此，這一種解釋黃金豐富性的新理論同樣也僅僅是一種假說(shuō)。然而，它引起越來(lái)越多人的興趣，在上個(gè)月的地球化學(xué)年度國(guó)際研討會(huì)上引發(fā)激烈討論。

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參加會(huì)議的馬西亞斯？威爾伯德說(shuō)，大家普遍認(rèn)為，后增薄層假說(shuō)依然是對(duì)格陵蘭島巖石異常鎢同位素構(gòu)成的最佳解釋。不同于胡馬云，多數(shù)科學(xué)家依然認(rèn)為，隕石雨是對(duì)地殼和地幔中富含金屬的合理解釋。但他也承認(rèn)，這一假說(shuō)確實(shí)存在漏洞。

“你永遠(yuǎn)無(wú)法100%地肯定，”他說(shuō)，“但目前公認(rèn)理論的美妙之處在于，重要數(shù)據(jù)都對(duì)得上?！彼耐凰販y(cè)定顯示，約0 .5%的地球地幔物質(zhì)來(lái)自隕石(即200億億噸)。這一數(shù)字與地理學(xué)家們目前的最佳估計(jì)相符。在威爾伯德看來(lái)，這是最好的證明。

但胡馬云說(shuō)，地球化學(xué)家對(duì)新理論的相信程度取決于他們各自的研究領(lǐng)域。分析地球化學(xué)家―――主要工作是測(cè)量巖石的元素構(gòu)成―――認(rèn)為他們的研究可幫助了解地球上的生命是如何產(chǎn)生的，和他們相比，實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)家―――他們?cè)噲D在實(shí)驗(yàn)室里復(fù)制地幔的條件――― 思想更為開通。

“這完全取決于你賺錢的方式！如果你是實(shí)驗(yàn)派，那么你的實(shí)驗(yàn)可能等于從后增薄層信仰者口中奪食。分析派如此喜歡后增薄層假說(shuō)的原因讓我困擾。這是因?yàn)?，他們將這個(gè)假說(shuō)和地球生命的起源捆綁在了一起。這背后牽涉利益巨大！”