地球的“建材”之謎

周小光

傳說，上古的時候有個大神叫作東皇太一，他有一件法寶叫作“混沌鐘”，他用這個“混沌鐘”就可以重新設(shè)置時空，建造天地。可惜我們沒有這件法寶，如果想要造一個地球，那該怎么辦呢？也許，我們就要像蓋房子一樣造地球了。

蓋房子要有地皮，要有磚石、鋼筋、水泥等建筑材料，這樣才能構(gòu)建一座房子。要是我們想建造一個地球呢？在哪里給地球找“地皮”，該用什么樣的材料建造呢？

建造地球所需的“地皮”好解決，目前地球在太陽系占的軌道就算是它的“地皮”了。 對于科學家來說，地球的“建材”才是一個特別值得研究的問題。

地球上有很多隕石，這些隕石從太空中掉到地面，不是今天才有的事情。很久很久之前就有隕石掉到地球上，當然現(xiàn)在也有，2014年就有一顆大隕石掉到了俄羅斯的荒野之中。地球上的隕石大概可以分為兩類 ：一類是原始隕石，一類是分異了的隕石。原始隕石里面最原始的就是碳質(zhì)球粒隕石，圖1 a就是一塊碳質(zhì)球粒隕石的照片。在這張照片里，我們能看到一個個圓球狀的物質(zhì)，這就是球粒。在顯微鏡下面（圖1 b），球粒更加明顯，這種球粒結(jié)構(gòu)就是鑒定原始隕石的一個標志。分異了的隕石里面最常見的就是鐵隕石（圖 1 c），鐵隕石通常也不是完全由鐵組成的，還會含有其他硅酸鹽礦物，比如橄欖石，各種元素共同形成一種網(wǎng)格狀的熔離結(jié)構(gòu)（圖1 d）。網(wǎng)格就是金屬礦物，通常主要是鐵和鎳組成，網(wǎng)格中間的填充物就是硅酸鹽礦物。

既然碳質(zhì)球粒隕石是最原始的隕石，那么人們自然猜測地球就是由碳質(zhì)球粒隕石組成的，這就是人們最初給地球?qū)ふ业摹敖ú摹薄Ｗ詮?0世紀60年代以來，科學家發(fā)現(xiàn)很多證據(jù)，支持這一猜測。其中有一條證據(jù)就是，地球上耐火親石元素含量的比值，比如鋁和硅的比值。那么，什么是耐火親石元素呢？耐火，就是指在高溫狀態(tài)下不會發(fā)生揮發(fā)，不會變成氣體“跑了”;親石，就是指這種元素主要存在于硅酸鹽礦物（比如長石）里，不會進入金屬礦物（比如黃鐵礦）里。地球中鋁和硅的比值和碳質(zhì)球粒隕石中鋁和硅的比值是一樣的，這是一條支持碳質(zhì)球粒隕石是地球的主要“建材”的重要證據(jù)。其實，不僅是這些元素含量的比例，就是耐火親石元素的同位素，比如鉿同位素的組成，地球的情況和碳質(zhì)球粒隕石的也都是一樣的。

如果以上的推論是真的，那么碳質(zhì)球粒隕石就是像圖2中的路徑1那樣，一大堆碳質(zhì)球粒隕石碰撞聚合在一起演化成了地球。可是，最近卻有強有力的證據(jù)證明，地球上的耐火親石元素含量的比值和碳質(zhì)球粒隕石并不一樣。澳大利亞國立大學的奧尼爾教授和德國科隆大學的帕姆教授近幾年來發(fā)表的大量數(shù)據(jù)表明，地球的鈉和錳含量的比值和碳質(zhì)球粒隕石的不一樣。2015年，科學家布吉巴等人發(fā)表在《自然通訊》上的一篇文章表明，地球的鎂和硅含量的比值和碳質(zhì)球粒隕石的也不一樣。

這些發(fā)現(xiàn)，讓地球的“建材”和“建造過程”變得撲朔迷離了。地球和碳質(zhì)球粒隕石之間的不同，到底是在地球形成過程中發(fā)生了某些“奇怪”事情造成的，還真就是地球不是或者不全是由碳質(zhì)球粒隕石形成的呢？

奧尼爾和帕姆提出了一個“碰撞剝蝕學說”來解釋地球和碳質(zhì)球粒隕石在耐火親石元素組成方面的不同。這個學說認為，在地球的嬰兒時期，地球有過一個原始的地殼，這個地殼后來和其他小行星或者星體碰撞的時候，被撞碎了，撞飛了，丟到太空里了。這個解釋，本質(zhì)上只是為了解釋地球和碳質(zhì)球粒隕石的耐火親石元素含量為什么不同，并不否認地球的“建材”是碳質(zhì)球粒隕石。布吉巴等人也是用這個學說來解釋他們的數(shù)據(jù)的。

但是，科學界還有另外一種更具革命性的解釋：地球的“建材”不是或者不全是碳質(zhì)球粒隕石，也有可能有分異了的隕石，比如我們前面提到的鐵隕石。那么，地球是由多少碳質(zhì)球粒隕石和多少分異了的隕石組成的？各自比例是多少？形成過程是像圖2里的路徑2還是路徑3呢？這些問題，目前還沒有解決，都是行星化學家們努力研究的領(lǐng)域。

最近，又有人提出新觀點：現(xiàn)在我們收集到的隕石都不是地球的“建材”，因為地球的“建材”都用來建地球了，都用完了，地球有自己特殊的組成，不能簡單類比到我們現(xiàn)在收集到的隕石。科學的發(fā)展就是如此，隨著研究的深入和細致，就會發(fā)現(xiàn)原先的認識可能有不正確的地方，需要修正舊理論，甚至需要一個新的理論。關(guān)于地球的“建材”到底是什么，也許未來還會隨著科學證據(jù)的增加而出現(xiàn)更多新問題、新假設(shè)，讓我們拭目以待最終的答案。

【責任編輯】張小萌