地球上最古老的岩石竟然在月球上被发现

地球上最古老的岩石竟然在月球上被发现

1971年2月6日,美国宇航员艾伦·谢泼德(Alan Shepard),美国宇航局阿波罗14号任务的指挥官,正在月球上漫步。他和同行的宇航员埃德加·米切尔(Edgar Mitchell)正忙着在一个叫做锥形陨石坑的洼地周围收集月球岩石标本。引用谢泼德自己的话,其中很多都是“一手就能抓取的岩石样本”,但两人也带回了一些更大的岩石样本。

谢泼德收集的一块篮球大小的岩石为自己赢得了一个绰号:“大伯莎” (Big Bertha)。正式名称为“月球样本14321”,重约9公斤,是阿波罗14号带回地球的最大岩石,也是阿波罗任务中发现的第三大岩石。

这种岩石是一种角砾岩,是一种被称为“碎屑”的地质碎片的大杂烩,由类似水泥的混合物粘合在一起。一个新发表的假说说,大伯莎的一部分在数十亿年前就在地球上形成了。事实上,尽管谢泼德是在月球上发现的大伯莎,但它可能是迄今为止发现的最古老的“地球岩石”。

这个假说发表在1月24日《地球与行星科学快报》上,这篇论文的作者包括一个国际地球科学家小组,他们研究了阿波罗14号获得的月球岩石,包括月球样本14321。这个著名的角砾岩上大多数的碎屑是深灰色的,但也有一个浅色的碎屑引起了人们的注意。

它是由霏细岩(felsite)构成的,一种火山岩,含有长石和石英。浅灰色的碎屑,直径约2厘米0.7英寸,上面也含有微小的锆石晶体。许多锆石包含了有关它们形成的时间和地点的重要信息。

对大伯莎碎屑中锆石的仔细观察表明,这些晶体是由冷却的、富氧的岩浆产生的。然而,这种熔岩在月球表面并不存在。要找到这样的岩石,需要在谢泼德和米切尔发现大伯莎的月球表面下方162公里以上的位置。

那么这些含有锆石的碎屑是如何最终出现在月球表面的呢?是不是陨石撞击?当陨石或小行星撞击月球时,爆炸的冲击力可以将埋藏在地壳深处的物质输送到地表。在发现大伯莎的月球表面附近有一个巨大的陨石坑,是不是这次撞击造成的?也许不是。这个圆锥型陨石坑约76米深,304米宽,大约在2600万年前形成。科学家们认为,这次陨石撞击造成的冲击力可能无法挖掘出月球下方超过70公里的物质。

当然也有一种可能,大伯莎的霏细岩碎屑可能起源于月球岩浆。但似乎不太可能。科学家们认为另一种情况更为合理。

在地球表面以下19公里的地方,有冷却的、富含氧气的岩浆。正是这种原材料可能制造出了大伯莎碎屑上的锆石。锆石晶体里含有铀同位素,根据这些铀同位素的放射性测年,霏细岩碎屑形成于40-41亿年前。把这两个线索放在一起,一个潜在的事件时间表就会出现。根据这项研究提出的假说,在40亿至41亿年前,位于地壳下19公里的一些岩浆硬化成了这种碎屑。

我们知道我们的地球在那些日子里被陨石所包围(这个过程创造了很多非常古老的花岗岩)。重复的撞击会使碎屑越来越接近地表,直到最后,一个足够巨大的陨石撞击地球,将霏细岩碎屑撞击到太空。

据估计,40亿年前,我们的月球离地球的距离是现在的三倍左右。据推测,这颗来自远方的碎屑跨越了距离,降落在了月球上。但是在那个时间,陨石也同样围绕着月球。大约39亿年前,其中一次撞击使碎屑部分融化,并将其推到月球表面之下,在那里它与其他碎屑合并并成为角砾岩的一部分。

最后,在2600万年前,小行星撞击产生了锥形陨石坑,并使大伯莎来到了月球表面,在1971年历史性的一天,它又被艾伦·谢泼德抓进了手里。

如果霏细岩碎屑真的来自地球,那么有意思的是,它可能是地球上已知的最古老的岩石,只有来自加拿大西北部地区的40.3亿年前的阿卡斯塔片麻岩(Acasta Gneiss)可以在年龄上与其媲美。这项研究的合著者大卫·A·克林((David A. Kring))告诉《科学》杂志,大伯莎的霏细岩碎屑和它的锆石是同时形成的。