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地殼循環

地球的地殼是由活的板塊構成的。地球表面的陸地因此會聚合、分離,並且彼此碰撞,使得研究地球的地質史非常困難。證據顯示,板塊運動最晚在24億5千萬年前就開始了。
 
 
 
太陽系的行星中,地球有一個特徵,使得研究地球的地質史非常困難,就是:地球的地殼是由活的板塊構成的。地球表面的陸地因此會聚合、分離,並且彼此碰撞。例如古生代晚期曾有一段時間,地球所有的陸地都聚集在一起,那塊巨大的陸地叫做Pangaea,中文翻譯成盤古大地。

地殼由活的板塊構成還有一個後果,就是每個主要的地塊都在不斷更新。舊的地殼不斷沉陷,新的地殼不斷生成。結果地球表面找不到原始地殼,也找不到地球生命史早期的生物化石。

此外,地球有濃密的大氣層,地表有大量的水,因此氣象系統非常活躍。地表受到各種自然因子的作用,例如風化、水蝕,原始地殼保存不下來。於是有些問題不容易解答,例如地球科學家研究火山爆發後形成的火成岩,想知道地函的化學組成、同位素組成,結果發現各地地函的化學組成、同位素組成都不同。有些學者認為是因為原始地殼不斷沉陷到地函中,汙染了地函。

現在有個研究團隊利用南太平洋庫克群島(澳洲正東方)2,000萬年前形成的火山岩,估計出地殼的循環周期。他們利用的是橄欖輝綠石。

橄欖輝綠石是含鎂、鐵的矽酸鹽結晶,在地下幾公里處形成;噴湧到地表後,禁得起風化、侵蝕;其中含有硫化物。分析結果顯示那些硫化物不是生物產物,未經過生物汙染。關鍵線索是其中的硫同位素比例。

研究人員認為那些硫化物最晚在24億5,000萬年前的地面上形成。那時實行光合作用的生物還沒有演化出來,地球大氣中氧的比率很低。陽光(紫外線)與硫的光反應,造成特有的硫同位素比例:硫33(特別低)和硫32。實行光合作用的生物演化出來之後,大氣中氧的比率快速提升,臭氧層出現了,紫外線與硫的光反應不再活躍,硫化物中硫同位素的比例就變了。

這個發現的意義是,科學家終於獲得了一個地殼表面物質再循環的數據:地殼表面的物質沉陷到地函中,要過24億5,000萬年才能再見天日。而且,原始地殼的組成經過這麼長的時間後並沒有變化。

過去有些學者相信,地球板塊運動是後來才出現的,因為原始地球內部的溫度很高,不會容許板塊下沉到地函中。新的證據則顯示,地球的板塊運動最晚在24億5,000萬年前就開始了。
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