放射性元素就像是存在岩石內部的時鐘,記錄著岩石過去的歷史。地球化學家就一直希望利用這個方法研究地球過去的歷史。但是我們並無法直接測量地球過去的年齡,所以我們藉著研究從太空中掉落在地球上的隕石,知道地球的年齡大約有45億年這麼久。但是截止目前為止,我們所發現到最古老的岩石卻不超過40億年的歷史,而這其中地球早期演化時期約 5億年的期間,大陸地殼究竟是否存在,如果是,那其演化的過程又是如何,這些都是很多地質學家所關心的課題。

關於早期大陸地殼演化的問題已經爭論了將近30年了,對於為什麼我們已知地球已經有45億年的歷史,但是我們所能夠找到最古老的岩石卻不會大於40億年的歷史呢?這相差約 5億年究竟發生了些什麼事?對於這個問題,人們提出了兩個假說:第一,在最早的 5億年間,大陸地殼也是和現今的大陸地殼一樣的存在,但是因為板塊運動的過程將其破壞使得我們找不到那時候的標本。第二、大陸地殼是在大約40億年前才開始形成的,然後慢慢成長、增加,以至於今日大陸地殼之規模,所以前5億年的大陸地殼並不存在。為解開這個疑惑,人們嘗試直接研究地殼下部的地函,欲從其中找出一些線索來推測大陸地殼早期的演化。但是由於我們無法直接從地函中取得樣品,所以我們希望能間接研究從地函部份融然後熔結晶出來的玄武岩,了解其微量元素百分比。雖然,間接研究從地函結晶出來的玄武岩並無法得知元素在地函的絕對濃度百分比,但是我們卻可以了解這些微量元素在地函的相對濃度為何。

其中Nb/U的值對於我們來說是非常有用的,利用降落在地球上的石質隕石中我們發現,早期當大陸地殼還未形成時,原始地函中的Nb/U值大約為30,而今天地函中的Nb/U值為47,這個變化顯然和大陸地殼(其Nb/U=10 )的形成有關。造成這個Nb/U值上升的主要原因,乃是當地函在部份融熔形成岩漿的時候, U較Nb易進入岩漿,這些岩漿噴發形成大陸地殼,而遺留在剩餘地函中的Nb就相對的增加,所以Nb/U的值也就較原始地函中的值為高。利用這些關係,我們就可以對大陸地殼的演化過程作一些推論。

目前對於大陸地殼早期演化的一個說法,認為是在最早的前 5億年的時候,大陸地殼演化是相當快速的,換句話說它形成得很快,而且也消失得很快,也就是說它的循環期是非常短暫的,不像現今的大陸地殼,由岩漿噴發生成大陸地殼到隱沒的期間,循環期非常的長,所以現今的大陸地殼就一直呈現的非常穩定的狀態。因為以上的原因,所以我們無法找到前5億年大陸地殼的岩石標本。

科學家從研究澳洲27億年前的火山岩中Nb/U值關係所得到的結果,顯示在27億年前,大陸地殼的總量和今天是差不多的,這意謂著,假始大陸地殼是從40億年前才開始生成,那麼在27億年前,大陸地殼大概已形成到像今天大陸地殼的規模。至於40億年前大陸地殼究竟有否存在,仍然需要等待進一步的資料,包括從更多的古老地塊中獲得同位素和微量元素的資料。

摘自:Hofmann, A. W. (1997) Early Evolution of Continents. Science, Vol. 275, p. 498~499.

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