(作者：吴福元，中国科学院地质与地球物理研究所研究员)
太阳系内最古老的物质是陨石，它大约是在4568Ma(45.68亿年)前形成的，但地球上最古老的岩石是什么时候形成的，却是目前讨论极为热烈的重要科学问题。根据行星形成的科学理论，地球作为太阳系家族的一员，其形成年龄也应该是4568Ma。但实际情况是，目前地球上发现的物质却远比上述年龄年轻。
目前世界上发现的地球古老物质主要有两种：一种是以稳定状态存在的矿物，如锆石;另一种是自然界的岩石。目前世界上发现的大于38亿年的锆石产地有西澳、美国中部、加拿大东部和西北部，以及我国的河北东部、西藏和秦岭地区等。这些古老的锆石常产于年轻的沉积岩中，如在澳大利亚西部JackHills的元古宇沉积岩中，发现有44亿年锆石的存在，这也是目前发现的地球上最古老的物质。地球上大于38亿年岩石的产地主要有加拿大、格陵兰、南极和中国等，其中加拿大西北部的Slave地区，目前确定出有约40亿年岩石的存在，是目前发现的地球上最古老岩石的产地。
在地球的古老岩石研究中，中国占据着十分重要的地位。20世纪90年代早期，我国科学家发现在河北省东部和辽宁的鞍山地区均存在大于38亿年的物质，使中国成为世界上少数几个保存地球古老地质历史记录的国家之一。后来，在湖北、甘肃和西藏等地区也相继发现了38亿年左右甚至更古老的物质。特别是鞍山地区，目前发现的38亿年物质出露在城区内的东山风景区和城东的白家坟一带，交通便利，易于研究。但目前存在的一个重要问题是，鞍山地区发现的38亿年锆石究竟代表的是岩石的形成时代还是只是年轻岩石中的古老残留，目前还有待进一步的工作。
虽然目前发现的地球上最古老的矿物是44亿年,地球上最古老的岩石是40亿年，但这并不表明地球上不发育最初5亿年的岩石。那么，为什么地球很少保存其最初5亿年内形成的岩石或物质呢?一种可能性是与地球早期的天体撞击有关。目前认为，地球在形成的初期，有一颗火星大小的天体与地球发生了碰撞。这次撞击能量之大使地球发生了整体全部熔融，当时地球的表面完全为炽热的岩浆所覆盖，形成所谓的“岩浆海”。显然，岩浆海将抹去地球早期的所有物质记录，使我们难以寻觅它的存在。但目前还不能排除在月球等其他天体上找到来自地球陨石的可能性。第二种可能性是，地球早期形成的岩石与现在差别较大，主要表现为密度较高。由于当时存在大量小尺度的板块俯冲作用，使形成的岩石未能保留;而随着地球演化的持续进行，形成的岩石不断向低密度的方向发展，从而免于板块俯冲而被保存下来。
早期物质记录是我们研究人类居住的地球初期演化的重要对象。目前，科学家通过对这些古老锆石的内部矿物包裹体、锆石本身的结晶温度、微量元素及O-Hf-Nd-Li-Xe同位素等方面的研究，对地球早期的水圈和岩石圈的形成有了新的认识。其中所获得的主要结论有：
①Hf同位素资料显示，这些锆石来源于约45亿年物质的熔融，反映地球在形成的初期就已出现物质的再循环;
②锆石内部矿物包裹体(主要为石英和含水的白云母)和O-Li-Xe同位素资料显示，结晶出锆石的岩浆是含水的，且来自于沉积岩的部分熔融，这就反映当时地球上存在流水作用或水圈;
③通过Ti温度计，目前认为这些锆石的结晶温度在600~780°C，平均为680°C左右。结合矿物包裹体的资料，获得锆石结晶时的地热梯度为35°C/km，与地球现今的平均地热梯度相当。
但实际上，地球在形成的初期由于大量放射性生热元素的存在，致使其地热梯度至少是现在的3倍。对这一矛盾现象的合理解释是，这些岩浆形成于一个相对低温的环境，非常可能类似于现今的板块俯冲带。如果这一解释能够得到证实的话，地球在形成不久就开始了板块构造过程。很显然，我们需要找到更多地球早期的岩石和矿物，来回答地球在最初形成后5亿年内的状态以及所发生的各种地质作用过程。
人学研究网·地球生命栏目编辑：清衣猿
