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今天我們用的金子,都是從天上掉下來的

2019-03-22 02:28溯鷹
中國科技教育 2019年7期
關(guān)鍵詞:巖漿金子行星

溯鷹

科學(xué)家說,當(dāng)年天上掉過金子,嘩啦啦地掉!它們的總量比今天各國央行的儲量加起來還要多很多,地球被砸得苦不堪言。這可真不是玩笑,是科學(xué)家在頂級科學(xué)期刊《自然》上發(fā)表的科研成果。

那地球自己的金子呢?從小到大我們都知道黃金是大地的寶藏,現(xiàn)在可好,你告訴我地球自己不產(chǎn)金子?當(dāng)然產(chǎn)。哪有大地不產(chǎn)黃金的道理?只不過,我們沒動它分毫。換句話說,我們至今用的所有金子都來自天上,而地球本土的黃金呢,至今仍原封不動在地下“寶庫”中封存著。

這個寶庫在哪兒呢?在這顆星球的最深處,那是生命完全無法存活的煉獄,堅固的鐵都能融化為鐵湯……我知道這需要一點時間理解。在我們徹底被金光閃閃的事實晃暈前,一起了解一下這顛覆常識的故事背后,到底是什么來歷吧!

地球形成于46億年前。在最初的混沌時代,太陽系沒有八大行星,只有氣體和無數(shù)細(xì)小雜亂的塵屑。它們圍著太陽瘋狂飛舞,軌道雜亂交錯,不停地相撞,不停地融合。在千百萬年的尺度下逐漸增大,最終形成后來的各個行星。

塵埃聚合成星球是一個劇烈的能量轉(zhuǎn)化過程,塵埃高速飛行的動能在相撞過程中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,釋放出高溫,以此熔化自身,進(jìn)而焊接起來,越聚越大。當(dāng)行星的原型逐漸形成之后,自身龐大的引力會將更多的氣體、塵屑和小天體吸引到自己的表面。當(dāng)后者砸下來的時候,同樣把自己的動能全部貢獻(xiàn)給了星球的內(nèi)能。

這份巨大內(nèi)能最終令整個星球充斥著極高的溫度,在這個溫度下,哪怕堅固的巖石也紛紛熔化。當(dāng)時的地球是巖漿的海洋。在行星聚合過程中飛進(jìn)來的塵屑和小天體紛紛解體,熔解在這汪宇宙的巖漿池中。

既然是液體,其中的物質(zhì)便會受到重力和浮力的控制而運動。當(dāng)體積相等時,密度更大的物質(zhì)會擁有更大的質(zhì)量,因而受到更強烈的地心引力,得以克服自己的浮力,向星球深處(引力中心)運動;與此對應(yīng),當(dāng)質(zhì)量相等時,密度小的物質(zhì)又會擁有更大的體積,受到的浮力更大,于是就傾向于浮到巖漿海的表面。

當(dāng)然,這只是對巖漿海中復(fù)雜動力學(xué)行為最簡單的梳理。雖然這兩種力的作用機制太簡單,最終卻給整個星球帶來了宏觀的演化趨勢:重的物質(zhì)越來越富集于地球深處,輕的物質(zhì)越來越富集于地球表層,久而久之,地球的巖漿海里出現(xiàn)了分層。當(dāng)溫度逐漸冷卻,物質(zhì)們開始結(jié)晶的時候,就把這種分層的特征凝固為了星球的圈層結(jié)構(gòu)。這便是行星分異,是球狀天體形成內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)的必經(jīng)過程。

再說回到金子。雖然金元素不是構(gòu)成地球的主要元素,但在地球形成之初,自帶的金子數(shù)量也是頗為可觀的。曾有研究認(rèn)為,地球上的金儲量約為1600萬億噸。這么多金子,到底又是多少呢?換個更直觀一點的說法——這些金子差不多夠給整個地球表面鋪一層半米厚的黃金甲。

可惜,作為密度相對較大的元素,金子也得遵循行星分異的規(guī)律。在早期地球還是一汪巖漿池的時候,這么多的金子就隨著鐵一道,沉到了地球的最深處,從此再也不見天日了。照這個道理講,地球表層將不再會有金元素的富集。這顯然并非我們今天看到的實情。只要想見到,我們很容易找到金子。如果地球的金子都隨著原初時期的行星大分異沉入地球深處,為啥我們今天在地表還能挖到這么多金子呢?

其實,有一種非常簡單直接的方案,就可以在地球自身的金子全部“沉淪”后,讓地表依然充斥著金色的光輝。想到是啥了嗎?對,讓天上往下掉金子就行了!

隨著行星分異逐漸完成,地球巖漿海逐漸冷卻,表層逐漸凝固成巖石圈,再砸進(jìn)來的小行星,只要噸位不是太大,別砸穿地表,那么它們所攜帶的一切物質(zhì),就可以順利留在地表。

地球的行星分異發(fā)生在距今46億-45億年前。從這個時間點開始算起,直到臣今38億年前,中間這8億年的時光被稱為冥古宙(Hadean)。但冥古宙這煉獄般的8億年并非全程都充斥天地大撞擊??茖W(xué)家根據(jù)天體演化模型和隕擊坑的實際測年統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),冥古宙撞擊的頻度明顯具有2個峰值。第1個峰值出現(xiàn)在46億-45億年前的冥古宙前期——這是上面剛說過的星球聚合期。沒有冥古宙早期瘋狂的隕擊與聚合,就不會有八大行星的形成。這個時期最龐大的撞擊物能有火星那么大,一頭栽在地球上,很可怕。

關(guān)鍵是第2個峰值。它出現(xiàn)于距今42億-38億年的冥古宙后期。此時,八大行星早已經(jīng)形成好幾億年,地球早就凝固了下來??煽茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),這段時期,小行星隕擊活動又突然加強了。這個事情地球自身沒有地質(zhì)記錄——我們地球的地質(zhì)活動太活躍,早就把當(dāng)時地表的一切破壞完了。相反,我們的衛(wèi)星月亮,由于表面地質(zhì)作用停滯,把當(dāng)時的一切都成功記錄了下來。今天你拿望遠(yuǎn)鏡看月球,會發(fā)現(xiàn)它表面上布滿密密麻麻的隕擊坑,它們幾乎都是在距今42億-38億年前這段時期形成的。

這次隕擊事件的原因至今眾說紛紜。主流意見認(rèn)為,以木星為首的巨行星在這段時間內(nèi)調(diào)整了位置,從自己原有的軌道上飛了出去。木星是太陽系最大的行星,它的體量手撕地球都輕松無比。當(dāng)它調(diào)整軌道時,途中那些亂七八糟的小雜屑自然構(gòu)不成擋路資格,輕易就會被它的引力甩開,高速飛進(jìn)太陽系內(nèi)帶。這些密密麻麻的小天體對于地球來說猶如炸彈,猶如隕石雨,猶如轟炸機的飽和式襲擊。于是,這個發(fā)生在冥古宙后期的密集隕擊事件,就有了一個形象的名稱——后期重轟炸。

以往我們提起后期重轟炸,往往三句不離它的最大恩賜——水。事實上,被木星拋進(jìn)來的這些炸彈,一個個都是“臟雪球”,主要成分以水為主。無數(shù)的臟雪球活生生在地表匯聚出了一個圈層——也就是我們熟知的這片藍(lán)色海洋。

臟雪球帶來的可不光是水。水融化了,臟東西也留了下來。這些臟東西都是什么呢?各種原始巖石成分、各種元素化合物,當(dāng)然,里面也有不少值錢貨,比如金子。

至此故事就結(jié)束了?;剡^頭重新看這次隕擊事件,可能你會感覺畫風(fēng)都變了:明明奔著一通飽和式轟炸把你地球砸到傷痕累累去的,結(jié)果變成了“砸一拳,就送點兒金子”。最后可好,地球啥事兒沒有,金子和水卻都留下了。

這是最壞的時代,卻也是最好的時代。地球從此覆蓋著藍(lán)色的海洋,懷揣著璀璨的黃金,進(jìn)入到?jīng)]有襲擊、沒有轟炸、平平淡淡的后續(xù)幾十億年。

這就是地球表面我們摸得到的那些金子的來歷。

金,化學(xué)元素周期表第79號元素,在太陽系的物質(zhì)構(gòu)成中,以微量元素的形式存在,化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定,因此無法成為生物圈可用的能量來源。換句話說,生命并不需要它。自冥古宙之后生命登上地球舞臺以來,第79號元素一如既往地卑微存在著。既不是能量來源,也不是危險物質(zhì),又有哪個生物會注意它呢?

誰也沒想到,38億年之后,這個繁衍不息的生物圈,孕育出了智慧。于是第一次,生物圈里產(chǎn)生了一種嶄新的訴求。他們需要一種合適的符號,量化稀缺性,量化多元性。為了彰顯,為了結(jié)算,為了交易,為了最終的延續(xù)與繁榮。這時,一種性質(zhì)穩(wěn)定、含量稀少的物質(zhì)就走進(jìn)了他們的視野。79號元素,這種大地的雜質(zhì),從此有了一個嶄新的名稱:貨幣。

有金子的地方,終歸會引發(fā)人們探索與開拓的欲望。金子的作用是表述價值,而開拓的含義則是創(chuàng)造價值。只是,創(chuàng)造價值的過程中,請不要夢想天上掉金子這種美事兒,因為,幾十億年前就掉完啦!

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