早期地球地核活动是怎样的?

早期地球地核活动

铂与金是元素周期表中高度亲铁八元素中的两种。亲铁元素这一名字可以追溯到19世纪20年代,当时挪威奥斯陆大学的矿物学家维克多·戈尔德施米特按照元素自然结合的倾向性进行了分类分组,今天仍在沿用的其中四种分类是:亲石(或亲岩)元素、亲铜(或亲硫)元素、亲气元素和亲铁元素。

亲铁元素似乎与构成地壳大部分的氧和硅基化合物并不相为伍,相反却往往与铁结合紧密,例如钨(元素周期表中以W代表)也是一种亲铁元素,在对地球地质史的研究中一直有着非常重要的意义。除了钨之外,其他亲铁元素还有钌、铑、钯、铼、锇、铱、铂和金,它们甚至是铁的更亲密的“粉丝”,被称为八大高度亲铁元素。

由于高度亲铁元素在地核中的丰度值较高,而在地幔和地壳中则比较稀缺,通过对这些元素的探测,可以帮助科学家跟踪地球内部的演化历史。从某个矿井深处挖出的一块石头,或者从新爆发火山获得的一块岩石,都可以通过对其中含有的亲铁元素的测量来探究地球以往的历史。例如,某种亲铁元素的放射性元素是否发生了衰变,岩石中是否有较高含量的某种亲铁元素等。通过这些信息,可以进一步揭示亲铁元素在地球内部的移动轨迹,以及这些元素在地球深处发生的化学过程。

美国斯克里普斯海洋研究所的地球化学家詹姆斯·达伊说:“通过对亲铁元素的研究,我们可以跟踪某颗行星形成的整个演化过程。”例如,对地球上最古老岩石中的亲铁元素进行研究分析后发现,在地壳板块构造互相摩擦挤压和偶尔急剧下沉(俯冲)的活动过程中,最古老的岩石被拖曳到地球深处融化成了熔岩。但在格陵兰岛西南部一个名叫伊苏华的地方,研究人员发现了一块未被地球板块构造活动拖入地心中的古老地壳,距今已有33亿年至38亿年的历史了。

科学家对格陵兰岛岩石中含有的大量高度亲铁元素进行了检测,发现岩石中含有大量钨-182,而这种发生衰变的放射性同位素只存在于地球歷史最早的5000万年里,因此在格陵兰岛发现的古老岩石作为一种时间胶囊,可有助于揭示早期太阳系的历史。

对地球上残留下的远古遗迹的研究表明,地球地幔在化学构成上的分布上是参差不齐的,一块块含有大量钨-182的原始材料,就像混合在面团里的饼干片一样,或一块块补丁一样,镶嵌在一大片混合得更均匀的脉石中。令研究人员惊讶的是,他们原本以为,经过几十亿年的搅拌,地球内部所有的物质都均匀混合在一起了,但出乎研究人员意料的是,保留了原始岩石风貌的那部分地幔不知因何原因,却顽强地抵制了地球地心炽热熔岩的巨大搅拌力幸存了下来。

通过研究这些补丁块所在的位置以及它们的构成成分,研究人员可以寻找到关于地球早期历史一些问题的答案。例如,早期地球内部熔岩如何对流,今天的火山中是否含有这些原始物质等。而且科学家在2016年5月的报告中称,他们利用地球化学的方法,通过对亲铁元素的鉴定,确认了在加拿大巴芬湾和南太平洋发现的原始熔岩。

就像古老的格陵兰地壳一样,这些岩石中也含有大量的钨-182。显然,加拿大和太平洋地区的火山底下深处储藏了许多这样的原始物质,其中一些通过火山活动的力量穿过火山口抵达了地球表面。研究人员对这些岩石中的亲铁元素进行探索,就像乘坐时间机器回到了过去,看看45亿年前的地球是什么样子的。

英国达勒姆大学的地球化学家艾米·里奇斯说:“这些岩石讲述了远古地球的故事,给我们带来了一个又一个的惊喜。”

八种高度亲铁元素

(注:原子数也叫原子序数,指的是元素在周期表中按次序排列的序号;原子量是指原子的质量,也叫相对原子质量)

钌(Ru)

原子数:44

原子量:101.07

白色金属,用于强化铂和钯

钯(Pd)

原子数:46

原子量:106.42

钢蓝色金属,用于催化转换器

锇(Os)

原子数:76

原子量:190.23

有光泽带青白色的金属,用于某些合金中,以及作为催化剂使用

铂(Pt)

原子数:78

原子量:195.08

银白色金属,用于珠宝业、催化转换器和高温工业工艺中

铑(Rh)

原子数:45

原子量:102.91

银白色金属,用作工业催化剂

铼(Re)

原子数:75

原子量:186.21

银白色金属,用于生产高辛烷值汽油

铱(Ir)

原子数:77

原子量:192.22

易碎的白色金属,用于制造高温实验用的设备

金(Au)

原子数:79

原子量:196.97

黄色金属,用于珠宝业,以及作为工业催化剂

陨石撞击为地球贵金属补充“新鲜血液”

大约45亿年前,新生行星地球的地核渐渐凝固(1);高度亲铁元素被吸引进入富含铁的地核中(2);在此之后的陨石撞击可能给地球带来一波新的稀有金属(3)

来源:《大自然探索》2017年第06期