科学家们通过地壳中的小晶体追溯到了地球在银河系中的路径

比人类头发丝还细的小矿物颗粒为我们探索地球的构成提供了线索

（图片来源：Triff）

这篇文章首次发表于《对话》，并被刊登在太空业界之声：观点与见解专栏。

柯克兰是澳洲科廷大学的地质学教授。菲尔·萨顿是英国林肯大学的天体物理学高级讲师。他们是地球在银河系中的路径这一最新研究课题的作者。

“从一粒沙看到整个世界”这句俗语，出自英国诗人威廉·布莱克《纯真预言》的首句，却也恰好刻画了一些地质学家们在做的事。

我们观察了比头发丝还细的矿物颗粒的构成，通过推断它们的化学进程来思考地球的构成。现在我们已经站在了新的高度，来把小矿物粒和地球在银河系中的位置联系起来。

看向宇宙

柯克兰是一名地质学教授，他是西澳科廷大学地质调查组的一名资深地质年代学学者。许多天体物理学家们试图去理解宇宙和我们在宇宙中的位置。他们运用物理规律去构建描绘天体运行的模型。

尽管我们可能认为地球表面的形成完全是由于地球自身的作用，但其实它却毫无疑问地受到了来自宇宙的影响。这包括地球轨道的周期性变化，太阳输出的变化，伽马射线爆炸，当然，还有陨石撞击。

光是看一看月球那坑坑洼洼的表面就足以证实这一点，更遑论比这颗灰色小卫星大80多倍的地球呢。实际上，近期研究已经表明陨石撞击对地球陆地地壳的产生具有重大作用，它在“年幼”地球的最外层臭氧层上种下了能浮起来的“种子”。

我们和国际研究团队的同事们已经发现了早期陆地地壳形成的规律，这是一个宏伟的驱动装置。这项研究成果已经在地质学期刊上发表了。

由于身处银河系中，我们无法拍到银河系的图片，但是我们认为，它与其他棒旋星系是相同的，就像NGC4394一样。（图片来源：ESA/Hubble & NASA）

地球地壳产生的规律

菲尔·萨顿是英国林肯大学的一名天体物理学高级讲师，他研究各种天体，包括太阳系内外的行星，卫星，小行星和行星环。

许多地球上的岩石都由熔化的或者半熔化的岩浆形成。而岩浆要么直接来自于地幔（主要是固体但会缓慢在地壳之下流动的一层），要么是重新沸腾了古老已存地壳的一部分。随着液态岩浆冷却下来，固态岩石也就最终形成了。

通过岩浆的冷却结晶，矿物形成了，并且能够保留像铀这样的元素，这些元素会随着时间的经过而发生衰变，形成一种天然的时钟，记录下矿物的年龄。不仅如此，它们还会保留其他元素，可以借此追溯它们“父辈”岩浆的组成，就像我们通过姓氏可以追溯到一个人的家族那样。

通过年龄和组成这两条信息，我们可以重现地壳形成的时间线。然后，我们可以通过“傅里叶变换”算法，来破译它主要的频率。这个算法可以基本破译出事件发生的频率，就像破解做一个蛋糕需要往搅拌器中加入哪些食材那样。

我们在宇宙中的位置

但是还有另外一个相同规律的进程。尽管我们的太阳系和银河系的四个旋臂都绕着位于银河系中心的巨大黑洞旋转，但是，它们的运行速度却是不同的。

旋臂以每秒210公里的速度运行，而太阳以每秒240公里的速度运行，可以说我们的太阳系就在银河系的悬臂中来回穿梭。你可以把旋臂当作是一个密集区，它减缓了星星通行的速度，像发生了交通拥堵一样。

太阳系穿过银河系旋臂时的地质事件，包括重大的地壳形成事件。（图片来源：NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt）

这个模型表明每次我们的太阳系穿越银河系一条旋臂的时间是大约2亿年。

所以，地壳形成的时间似乎与此有某种联系，但是为什么呢？

云的撞击

在距我们太阳系很远的地方，有一团由冰冷的岩石碎片组成的云被称为奥尔特云，我们认为，它围绕着我们的太阳运行。

当太阳系周期性地进入到一条银河系旋臂中时，它和奥尔特云就会相互作用，分解云中的物质，使其更靠近太阳系的内部。其中有些物质甚至会撞击地球。

银河的构造与太阳系围绕银河系的运转，对控制一些大的对地球的撞击很重要，而这反过来也为早期地球地壳的产生孕育了条件。（图片来源：jivacore）

小行星带岩石体相对频繁地撞击地球，平均速度为每秒15公里。而奥尔特云喷发出的彗星撞击速度则要更快些，平均每秒52公里。

我们认为，正是这些周期性的高能撞击，被保存在微小矿物颗粒中的地壳生成记录所追踪。彗星在地球表面撞出了许多大坑，导致地幔减压熔化，就像开一瓶汽水那样。

熔化的富含如硅、铝、钠、钾等轻元素的岩石，实际上漂浮在浓厚的地幔之上。尽管有很多种方法可以产生大陆地壳，但最有可能是早期地球撞击产生了能漂浮的地壳的种子。后来的地质过程产生的岩浆会附着在这些早期的种子上。

是厄运的先兆还是陆地生物的园丁？

在大多数地球自然循环中，陆地地壳都至关重要—它与水，氧气相互作用，形成了新的风化的产物，孕育了大多数金属和生物碳。

大的陨石撞击是能摧毁一切生命的灾难，然而，它也很可能是我们赖以生存的大陆地壳发展的关键。

随着星际小行星最近穿越太阳系，一些人甚至认为它们在宇宙中运送生命。

不论我们是如何到达这里的，在一个晴朗的夜晚，抬头仰望天空，看到星星和它们所勾画出的轮廓，然后低头看着你的脚，感受脚下的矿物颗粒、岩石和大陆地壳—所有这些都通过某种伟大的规律联系在一起，这实在令人叹服。