西南格陵兰最古老岩石照片供图/万渝生
中国地质学家也对最古老陆壳物质的研究作出了重要贡献。在中国大陆,至少4个地区发现了冥古宙时期的锆石,年龄为40亿年~41亿年。这些锆石来自花岗质岩石,这说明在40亿年~41亿年的时候,地球上花岗质岩石分布已经很多了,也就是说大陆壳已有了相当的规模。地质学用“克拉通”一词指代“古陆核”,也就是大陆地壳稳定的构造单元。华北克拉通是中国大陆最古老、规模最大、研究程度也最高的克拉通。目前已有三个地区发现38亿年岩石,古老锆石在更多地区被发现。
中国第一个发现38亿年岩石的地区是鞍山,这里是中国的钢铁之都。鞍山地区古老岩石的发现还颇有些传奇色彩。在20世纪90年代初,中国地质科学院的专家刘敦一和沈其韩等在鞍山地区开展野外考察。一天,他们看到远处有一个新的采石场,于是就前去碰碰运气。哪知这里的岩石还真有点特别,他们就采集了岩石样品。经过定年分析,竟然是38亿年岩石,一项重大科学发现就这样诞生了!许多岩石的外貌都是差不多的,最初学者们以为这个山所有岩石都是38亿年,实际上十分复杂,什么年龄的岩石都有,有的岩石中还存在不同的锆石年龄记录,所以把它们称为杂岩。
鞍山地区白家坟杂岩——红线为断层,圆圈位置的样品由吴福元院士等定年
中国第二个38亿年岩石露头的发现也很偶然。1994年在鞍山出野外,开车路过东山的一个亭子,由于这里风景很好,有人提议,停下来休息一下。艾伦.纳特曼教授在亭子对面看到条带状岩石,觉得它是老岩石,测年结果证实了他的想法。一次偶然的停车休息就带来一个重要发现。之后中国地质学家又陆续发现了其他38亿年岩石。所有38亿年岩石都存在于不同杂岩中,这些杂岩具有类似的长期连续锆石年龄记录(31亿年~38亿年),很可能是同一巨大杂岩的不同残余部分,表明鞍山地区古老杂岩分布范围很大,那时长期处于高热状态。这在全球范围内也十分的罕见。
在信阳地区,地质学家在年轻火山岩中发现了38亿年前的麻粒岩包体,表明华北克拉通深部地壳存在非常古老的岩石。最近,冀东地区也发现了38亿年前的花岗闪长质片麻岩,它们还被37.7亿年前的花岗闪长岩脉所侵入。此外,还发现了大量的年龄为39亿年~40亿年的锆石。
北美、格陵兰、南极等发现最古老岩石的地方都地处偏远,天寒地冻,开展科学研究十分困难。与之相比,华北克拉通的自然条件就好多了。其中,鞍山地区有长期的研究,地质现象也丰富多彩。吸引了不少国内外地质学家开展野外考察和研究。这也提高了鞍山的国际影响力。
地球童年成长史简图 供图/万渝生
最后把地球童年成长史作个小结。45.67亿年前,地球和太阳系的其他天体一起从一团星云物质中冷凝形成。在婴儿期就遭受到一次巨大的撞击,形成了自己的伙伴——月球。在地球形成2亿年以后,地表炽热的岩浆海开始冷凝,最古老的大陆地壳形成,并不断扩大。期间也遭受了频繁的陨石撞击。大约38亿年~40亿年前,最古老的生命出现。地球的发展进入到一个崭新的阶段。尽管目前通过先进的离子探针锆石测年技术,我们不断发现地球童年的遗物,但是还有很多未解之谜等待人们去探索。作为地球科学的研究人员,我们的体会是很多科学发现都带有偶然性,但是成功总是等待着有准备的人。特别希望广大的地质爱好者能保持对地质学的兴趣和好奇心。说不定您什么时候不经意找到的一块石头,可能就是一个重大发现。
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