科学家们发现了隐藏在地球深处的失落世界的碎片，比月球本身还要古老 _科学

科学家们发现了隐藏在地球深处的失落世界的碎片，比月球本身还要古老。图片来源：麻省理工学院新闻;iStock
据今日科学新闻：早在我们称之为家园的蓝色大理石存在之前，在海洋在阳光下闪闪发光或山脉冲天而起之前，就已经存在了原始地球——一个由新生太阳留下的尘埃和碎片形成的熔融、混乱的世界。这颗原始行星形成于大约 45 亿年前，注定要变得伟大，也注定要毁灭。
在宇宙暴力的灾难性时刻，一个火星大小的天体（今天被称为忒伊亚）与原地球相撞，融化并重塑其表面。从那次巨大的撞击中，不仅出现了我们所知道的地球，还出现了月球，我们永远的天体伴侣。科学家们长期以来一直认为，这一事件抹去了这颗行星原始成分的任何痕迹。原地球似乎永远消失了。
但麻省理工学院（MIT）的科学家及其全球合作者的新研究表明，那个古代世界的碎片可能仍然隐藏在我们脚下。这些痕迹保存在地球地幔深处，为了解地球最早的历史提供了一个直接的窗口——这是地球之前的回声。
动摇行星科学基础的发现
这项发表在《自然地球科学》上的研究表明，来自格陵兰岛、加拿大和夏威夷的某些岩石含有微妙但引人注目的化学特征——钾同位素的异常——这使它们与地球上几乎所有其他材料区分开来。
在未经训练的人看来，这些岩石看起来并不起眼：黑暗、致密、古老的地壳和地幔碎片。但对于像麻省理工学院的妮可·聂这样的地球化学家来说，它们简直是非凡的。“我们看到了非常古老的地球的一部分，”聂解释道。“甚至在巨大的撞击之前。这太神奇了，因为我们预计这个早期特征会随着地球的演化而慢慢被抹去。
聂和她的团队发现的可能是第一个直接证据，证明原始地球碎片——比月球本身更古老的物质——今天仍然存在。
世界的诞生
要理解这一发现的意义，我们必须回到太阳系的黎明。大约 46 亿年前，太阳是由坍塌的气体和尘埃云形成的。剩余的物质被压平成一个旋转的圆盘，无数的尘埃颗粒在那里碰撞、聚集，并长成岩石，最终形成行星。
这些早期世界——原始行星——是由它们周围的任何原材料建造的。有些形成在靠近太阳的地方，那里以金属和硅酸盐为主;另一些则在更远的地方，那里盛行冰和气体。原地球就是这些岩石体之一，在无情的轰炸下慢慢生长。
数千万年来，它经历了宇宙冰雹的撞击。然后是忒亚。忒伊亚和原地球之间的碰撞是如此剧烈，以至于它融化了行星的表面，并像大锅中的成分一样混合了它的内部层。大多数科学家认为这种“巨大撞击”抹去了关于原始地球最初由什么构成的任何记录。
但也许，只是也许，并不是一切都失去了。
钾的隐藏特征
这一启示的核心是一个微小的原子指纹——钾。这种元素在岩石和生物体中都很常见，以三种稳定形式或同位素存在：钾 39、钾 40 和钾 41 。每种同位素具有相同数量的质子，但不同数量的中子，因此质量略有不同。
每颗行星和陨石都有自己独特的同位素平衡，这些同位素是由其形成条件决定的。通过研究陨石和地球岩石中钾同位素的比例，科学家可以追踪早期太阳系中的物质是如何组合在一起的。
在早期的工作中，聂和她的同事检查了数十颗坠落到地球上的陨石，这些陨石代表了早期太阳系的化学多样性。他们发现每种类型的陨石都带有独特的钾同位素“特征” 。这一发现表明钾可以作为一种强大的示踪剂——一种行星起源的化学记忆。
当研究人员将注意力转向地球上最古老的岩石时，他们发现了一些意想不到的东西：钾 40 的微小但可测量的赤字。这种同位素虽然一开始就很罕见，但在这些特殊岩石中甚至比地球上几乎任何其他岩石中都稀缺。
这种差异很?。?几乎难以察觉——就像注意到海滩上少了一粒沙子一样。然而，在同位素地球化学领域，这种微妙之处可以揭示整个行星历史。
失落世界的遗迹
这些贫钾 40 的岩石会是原地球本身的遗迹吗？为了验证这个想法，该团队模拟了在多次高能撞击（包括创造月球的巨大碰撞）后行星的化学组成会发生什么。
他们的模型表明，任何最初缺乏钾 40 的材料都会通过混合、熔化和轰击逐渐获得更多的钾。数十亿年后，可能只剩下几个未受破坏的口袋——深埋在地幔中，像古代世界的化石一样保存完好。
来自加拿大、格陵兰岛和夏威夷的岩石的化学成分与这一预测完美匹配。它们似乎没有受到重塑地球的混乱事件的影响，使它们成为迄今为止发现的现存最古老的原始地球碎片之一。
比月球还古老的谜题
让这一发现更加神秘的是，在这些岩石中发现的钾特征与任何已知的陨石都不匹配。陨石经常被用作宇宙参考点——建造行星的早期材料的残余物。如果它们都不像原地球，这意味着我们星球的组成部分可能来自我们的陨石收藏中尚未出现的来源。
“科学家们一直试图通过结合不同陨石组的成分来了解地球的原始化学成分， ”聂说。“但我们的研究表明，目前的陨石清单并不完整，关于我们的星球来自哪里，还有很多东西需要了解。”
这一诱人的线索表明，太阳系中一些最早的物质仍然缺失在我们的理解中。在某个地方——也许在遥远的小行星或尚未回收的陨石中——存在着与原始地球真正匹配的化学成分。
深层时间与深层地球
为了发现这些隐藏的特征，聂和她的合作者分析了来自以古代地质历史而闻名的地区的岩石。在格陵兰岛和加拿大，一些地壳岩石的历史可以追溯到近四十亿年前，让人们难得一睹地球的萌芽时期。与此同时，来自夏威夷的火山物质提供了从深地幔中带上来的样本——地幔是地球最早章节的内部档案。
从这些岩石中提取钾绝非易事。研究人员小心地将粉末样品溶解在酸中，然后分离钾原子并使用极其灵敏的质谱仪测量它们的同位素比率。这种测量所需的精度几乎是难以想象的——检测到百万分之几的差异。
然而，从这项艰苦的工作中，出现了行星科学中最深刻的发现之一：并非所有原始地球都被摧毁了。有些作品经久不衰，默默地等待了数十亿年来讲述它们的故事。
它对科学和我们意味着什么
寻找原始地球的痕迹改变了我们理解地球历史的方式。它揭示了地球的故事不是一个彻底毁灭和重生的故事，而是一个关于复原力的故事——在混乱中保持连续性的故事。
这些古老的遗迹就像时间胶囊，里面承载着我们世界的原始配方。通过研究它们，科学家可以完善行星形成模型，不仅揭示地球是如何形成的，还揭示了其他岩石行星——火星、金星和太阳系以外的行星——是如何形成的。
在更深层次上，这一发现引发了人们对我们在宇宙中的位置的反思。我们体内的原子——我们骨骼中的钙、细胞中的钾——曾经属于古代世界，属于在太阳诞生之前就已经生存和死亡的恒星。而现在，埋藏在我们星球深处的，是地球本身之前就存在的世界的低语。
一个记得的宇宙
科学往往是小步前进，但偶尔也会发生飞跃，重塑我们对一切事物的理解。原地球遗迹的发现就是这样一个飞跃。它告诉我们，即使在太阳系的暴力婴儿期，大自然也保存了过去的碎片。
也许这是最诗意的真理：宇宙永远不会真正忘记。正如化石保存着灭绝生物的记忆，星光承载着遥远过去的回声一样，我们脚下的原子也记得我们之前的世界。
聂和她的团队给了人类一份难得的礼物——一瞥深邃的时间，了解存在的根基。在深地幔的某个地方，隐藏在亿万年未受破坏的岩石中，隐藏着原始地球的最后心跳，仍然在我们现在称之为家的星球上微弱地跳动。
更多信息：Da Wang 等人，地幔现存巨人撞击前成分的钾 40 同位素证据，自然地球科学（2025）。DOI：10.1038/s41561-025-01811-3