地球淡水出現時間有新說

億萬年前，地球曾是一個被汪洋大海包圍的“水球”。隨著時間推移，陸地和淡水出現，為陸地生命演化提供了必要條件。

對于這一歷史性轉變，科學界的普遍認識是，陸地和淡水最早出現在32億～26億年前。

近期一項研究挑戰了這個觀點。今年6月，發表于英國《自然·地球科學》月刊的一篇論文提出，可能在約40億年前，地球上就已出現干燥的陸地和淡水。

中國科學院地質與地球物理研究所研究員王相力認為，該研究對于研究地球地質演變、尋找宜居星球具有重要意義。

跨越億萬年的“信物”揭開奧秘

想研究40億年前發生了什么，需要尋找一個能夠跨越億萬年的“信物”。

科學家將目光投向了鋯石。它是一種堅硬耐磨的礦物，能經受地球深處高溫高壓的考驗，在漫長的地質歷史中保存重要化學信息，是研究地球早期歷史的理想材料。王相力介紹，借助鋯石，科學家可以追溯地球演化史，解讀地質構造活動和氣候變化等重大事件。

哪里能找到來自40億年前的鋯石？澳大利亞西部的杰克山有得天獨厚的優勢。這里有已知最古老的地球物質，形成于約44億年前，幾乎與地球同時誕生。其中的鋯石樣本，是研究早期地球的關鍵線索。

來自澳大利亞科廷大學和中國科學院地質與地球物理研究所的科研人員分析了一批來自杰克山的鋯石樣本。這些鋯石樣本中，大約10%超過40億歲。

為探尋這些鋯石是否含有淡水記錄，研究人員采用氧同位素法。氧同位素法是一種通過測量礦物或巖石中的氧同位素組成，特別是氧-18與氧-16的比值，來推斷物質來源和形成環境的方法。研究人員發現，一小部分古老鋯石中存在的氧同位素組成與淡水環境中形成物質的氧同位素組成相似，進而推斷出地球在40億年前就已具備淡水循環系統。

分析結果顯示，部分鋯石樣品中氧-18與氧-16的比值明顯低于地幔平均值。而這正好符合內陸地區降水中氧-18與氧-16比值較低的特征。淡水是由降雨帶來的，水在蒸發過程中，較輕的氧同位素（氧-16）比較重的氧同位素（氧-18）更容易進入大氣，所以內陸地區降水中氧-18與氧-16的比值較低。

研究人員通過蒙特卡羅法模擬了這些鋯石形成的過程。他們發現，僅靠海水和地幔巖漿作用，鋯石的氧-18和氧-16比值幾乎不可能低于3‰，只有當陸地降水帶來的淡水參與到鋯石的形成過程中才有可能實現。并且，這片陸地必須足夠大，才能匯集足夠淡水。

王相力進一步解釋，在地球的水循環中，海水通過蒸發進入大氣，隨后以淡水形式降落陸地。在此過程中，輕的氧同位素富集在淡水，而重的氧同位素富集在海水。淡水參與地表生物地球化學反應，形成的水生物質隨后埋藏于海洋沉積物，最終因構造運動返回地球深部熔融成巖漿并形成鋯石礦物。

為尋找宜居星球提供新尺度

淡水的出現意味著當時地球上已經有了大片陸地。陸地生命的演化需要陸地作為棲息地，并需要淡水合成蛋白質。雖然陸地和淡水的存在并不意味著陸地生命必然出現，但至少已滿足兩個關鍵條件。

王相力認為，地球淡水循環在40億年前有序運行這一發現，對研究早期地球生命與環境的協同演化、尋找宜居星球有重要意義。

王相力分析，地球在45.6億年前形成，僅僅過了大約6億年，就具備了陸地生命的重要宜居要素，這為科學家提供了一個新的時間尺度，用于評估其他星球的宜居性演化。科學家可以通過對比地球早期的環境條件，推測其他類地行星上可能存在的生命起源條件，從而更有效地探索宜居星球。

同時，王相力也認為，這個結論仍存在許多需進一步厘清的問題。例如，攜帶淡水特征氧同位素的物質是如何返回地球深部的？一般觀點認為，地球表層系統產生的物質需經過板塊俯沖才能進入地球深部。因此，該研究暗示板塊俯沖可能在40億年前就已經發生，而這明顯早于許多已知的板塊俯沖地質證據。因此，40億年前板塊俯沖的具體模式及背后的驅動機制，仍有待更多研究來揭示。