发现原地球的第一个证据

从尘埃到行星

大约46亿年前，一团尘埃和气体云在自身引力的作用下，坍缩形成了太阳系。在年轻太阳的周围环绕着一个旋转的物质盘——原行星盘。盘中的尘埃和气体不断凝结、碰撞、汇聚，最终孕育出原地球和太阳系中的其他天体。

刚形成的原地球与今天的地球截然不同，它的表面布满了翻滚的岩浆。大约在地球形成后不到1亿年，一颗火星大小的天体更是撞上了这颗年轻的星球——这场大碰撞彻底搅乱并融化了地球内部，重新设定了它的化学构成。

长期以来，科学家认为，原地球的物质已经被完全改变了。换句话说，地球内部不再保留任何早于大碰撞的“原始化学指纹”。

但在一项新发表于《自然·地球科学》的研究中，一个国际研究团队发现了极其罕见的原地球遗迹：他们在一些古老的岩石中发现了一种与现如今地球上的物质截然不同的化学信号——一种极其微弱但可辨识的钾同位素不平衡。

陨石中的“钾异常”

同位素是指质子数相同，但中子数不同的元素。钾元素有三种天然同位素——钾-39、钾-40和钾-41。在地球上，无论钾出现在哪里，它的三种同位素都以一种稳定的比例共存——其中钾-39与钾-41占主导，而钾-40含量极低。

2023年，研究人员曾分析过世界各地收集的主要陨石样本——这些陨石在坠落地球之前，可能在太阳系的不同时期和位置形成，因此它们就像“时间胶囊”一样，记录了太阳系随时间演化的变化信息。

当他们将这些陨石样本的化学成分与地球进行比较时，发现其中存在“钾同位素异常”：陨石中的钾同位素比例与地球上大多数物质的钾同位素比例不同，而且不同类型的陨石有着不同的钾同位素特征。这种异常表明，任何具有类似异常特征的物质，都可能是原地球物质仍然存在的有力证据——这些物质形成于大碰撞彻底改写地球化学结构之前。

在地球内部寻找钾异常

在最新研究中，研究团队推测，如果这种钾同位素不平衡特征真的被保存下来，那么它们应该会在地球最深处留下印记。因此，这一次，他们将目光直接转向了地球本身，而非陨石。

他们采集了来自格陵兰和加拿大的粉末状岩石样本，那些地区保存着地球上最古老的岩石。他们还分析了夏威夷火山喷发的熔岩沉积物——这些岩浆从地幔深处带出了一些地球上最早、最深的物质。

在实验过程中，研究人员首先用酸溶解样品，从剩余样品中分离出钾元素，然后利用高精度质谱仪测量三种钾同位素的比例。

结果令人惊讶，他们发现这些样本中的钾-40含量偏低。在地球上，自然存在的钾-40本就比另外两种钾同位素含量低，而在这项研究中，研究人员发现，这些岩石样品中的钾-40含量甚至更低。

模拟揭示：确实“与众不同”

那么，这些样本真的是原地球的残留物质吗？为了解答这个问题，研究人员假设这些样本确实源自于原地球，并用所有已知陨石的成分数据进行模拟。他们推演了这些钾-40较低的物质在经历大碰撞以及后续的一些地质过程后的化学变化过程。

结果显示，与格陵兰、加拿大与夏威夷的样品相比，模拟产生的钾-40含量略高一些，但与现代地球上大多数物质的组成相符。

基于这些结果，研究团队确认，这种钾同位素不平衡特征，不可能由目前已知的任何地质过程或撞击事件造成。换句话说，这些缺乏钾-40的样本中，很可能保留着地球最早期、尚未被完全混合的原地球成分。也就是说，这或许是首个直接证据，表明地球内部至今仍保存着源自原地球的物质。

仍知之甚少

更令人好奇的是，这些样品的钾同位素特征与任何已知陨石都不完全匹配。换言之，孕育地球的最初原料，可能至今仍未在陨石中被发现。这也意味着，关于地球最初的构成，我们仍有许多谜团尚待解开。

#参考来源：

https://news.mit.edu/2025/geologists-discover-first-evidence-45-billion-year-old-proto-earth-1014

https://www.nature.com/articles/s41561-025-01811-3

#图片来源：

封面图&首图：Alex-Prado / Pixabay