努夫亞吉圖克綠巖帶看起來不像戰場。它位於加拿大哈德遜灣東北邊緣寧靜、無路的偏遠地區，距離最近的人類居住地因努克朱亞克超過20英里。從海岸線開始，開闊的地面隆起成低矮的山丘，有些覆蓋著地衣，有些被冰河時代的冰川颳得光禿禿的。裸露的岩石因其伸展和褶皺的複雜性而美麗。有些是灰色和黑色，佈滿了淺色的紋理。另一些是粉紅色，點綴著石榴石。一年中的大部分時間裡，這裡唯一的訪客是北美馴鹿和蚊子。
但這個寧靜的地方確實是一個戰場——一個科學的戰場。近十年來，地質學家們分成不同的團隊前往因努克朱亞克，在那裡他們將獨木舟裝滿露營裝備和實驗室裝置，沿著海灣海岸跋涉到綠巖帶本身。他們的目標：證明這些岩石究竟有多古老。一個由科羅拉多大學地質學家斯蒂芬·J·莫伊茲西斯領導的團隊確信，這些岩石的年齡為38億年。這非常古老，但不是創紀錄的。
在渥太華大學領導競爭團隊的喬納森·奧尼爾認為，努夫亞吉圖克岩石形成於44億年前。這將使它們成為迄今為止地球上發現的最古老的岩石。而且這還不是全部。如此古老的岩石將告訴我們地球表面是如何從其劇烈的初期形成的，以及生命在那之後多久出現——這是地球傳記中迄今為止仍然遙不可及的關鍵篇章。
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地球歷史的最初五億年——從45.68億年前形成到40億年前——是水降落形成海洋，第一塊陸地隆出海面形成大陸的時期。那是彗星和小行星撞擊地球，以及一個火星大小的失敗行星可能與我們相撞，從殘骸中創造出月球的時期。但地質學家們對於這些事件的時間線知之甚少，例如一些礦物斑點表明海洋可能在月球形成之前就已形成。他們發現自己與古代希臘哲學家的傳記作者處境非常相似，試圖從羊皮紙碎片和二手故事中儘可能地擠出意義。
如果奧尼爾是對的，努夫亞吉圖克的岩石確實有44億年的歷史，那麼它們讀起來就不像碎片，而像整本書。數千英畝的礦物等待著被研究，或許能解答長期存在的謎團。板塊構造是早期就開始了，還是地球在大陸和海洋地殼開始移動之前成熟了數億年？最年輕的海洋和大氣的化學成分是什麼？生命在地球形成後多久出現？
如果莫伊茲西斯是對的，地球歷史的最初篇章現在仍然關閉。如果奧尼爾是對的，努夫亞吉圖克的岩石是地質學中最珍貴的寶藏之一。
囚禁在石頭中
像構成地球大部分地殼的岩石一樣，努夫亞吉圖克的岩石通常以兩種方式之一產生。在某些情況下，細小的顆粒沉降到海底，在那裡它們逐漸被壓成層狀的沉積岩。在另一些情況下，熔融岩漿從地幔上升，在上升過程中冷卻並結晶成火成岩。
只有努夫亞吉圖克等地的古代地殼的極小部分保持完好，而其餘部分已經消失。一些岩石被雨水和風緩慢侵蝕，並被送回海洋進行新的沉積。許多其他岩石被構造板塊帶回地球地殼之下，沉入炎熱的地幔，岩石在那裡融化，它們最初的身份像冰塊扔進溫暖的池塘一樣被抹去。它們的原子混合到岩漿中，再次升起成為新鮮的年輕石頭。
早期地球上的岩石也被巨大的小行星摧毀，這些小行星撞擊地球並融化了大部分地殼。大約44億年前，一次碰撞——稱為巨型撞擊——將大量物質拋入軌道，形成了月球。“巨型撞擊可能真的把地球搞得一團糟，”卡內基科學研究所的理查德·W·卡爾森說。“你不會想待在這裡。你可能想從金星上觀看它。”
鑑於如此多的古代岩石以某種方式被摧毀，樣品稀少並不令人驚訝。這就是努夫亞吉圖克的發現如此珍貴——以及如此激烈競爭的原因。世界上只有少數其他地點提供了38億年前的樣品。最古老的是來自西北地區的苔原，可以追溯到39.2億年前。
早期岩石的稀有性促使地質學家尋找其他線索來了解地球最初的數億年是什麼樣子。其中一些線索來自稱為鋯石的微小晶體。這些堅固的、鋯基礦物有時會在冷卻的岩漿中形成。當由此產生的岩石後來被侵蝕掉時，一些鋯石可能會保持完整，即使它們沉回海底並被納入更年輕的沉積岩中。
構成鋯石的化學鍵可以捕獲鈾等放射性原子。這些原子的衰變就像一個時鐘，地質學家可以用它來測量鋯石的年齡。這些晶體還會捕獲其他化學物質，這些物質可以提供一些線索，說明地球在它們形成時是什麼樣子。“鋯石很棒，因為它們是時間膠囊，”莫伊茲西斯說。
在澳大利亞內陸，地質學家發現了散佈著極其古老鋯石的沉積岩。一些鋯石（但不是周圍的岩石）可以追溯到44億年前，使它們成為迄今為止發現的最古老的地質歷史痕跡。自2001年發現這些微小寶石以來，科學家們已經從中提取了非凡的資訊。它們的結構表明，它們最初形成的岩石在大約地表以下四英里的地方凝固。莫伊茲西斯和他的同事也在一些澳大利亞鋯石中發現了水的化學指紋。
科學家可以從沉積鋯石中提取的資訊遠遠勝過沒有資訊，但遠不及他們可以從鋯石生長的原始岩石中獲得的資訊。岩石包含許多其他礦物，這些礦物共同可以揭示更多關於地球形成時的樣子。“除非你有岩石，否則你沒有完整的故事，”阿爾伯塔大學的拉里·希曼說。這使我們回到了努夫亞吉圖克。
純粹的運氣
在1990年代後期，魁北克政府啟動了一項大規模的地質考察，以製作該省北部地區的首批詳細地圖。該地區的地質結構呈洋蔥狀，古代大陸地殼核心被年輕岩石層層包圍。大部分岩石被證明大約有28億年的歷史。但當時是不列顛哥倫比亞省西蒙弗雷澤大學博士候選人的皮埃爾·納多帶回了一個可以追溯到38億年前的樣本。純粹是出於運氣，他被派往努夫亞吉圖克綠巖帶。“找到這些岩石就像天上掉下珠寶掉到我的膝蓋上，”納多的同事羅斯·史蒂文森在2002年釋出他們的研究結果後告訴BBC。
其他地質學家開始長途跋涉前往努夫亞吉圖克。在這些朝聖者中，有在麥吉爾大學攻讀博士學位的奧尼爾。努夫亞吉圖克岩石與格陵蘭島38億年前的岩石之間的化學相似性給他留下了深刻的印象。也許它們屬於同一塊古老的大陸。
為了探測化學成分，奧尼爾與卡內基研究所的卡爾森合作，卡爾森是古代岩石精密測量的專家。確定努夫亞吉圖克的特定石頭是否古老的唯一明確方法是對其進行年代測定。為此，科學家們計算石頭內部捕獲的放射性同位素的水平。放射性同位素是原子的變體，它們是我們太陽系誕生的塵埃雲的一部分。它們被納入凝固的行星和隕石中，當地球上的岩石結晶時，它們就被囚禁在裡面。隨著時間的推移，同位素以有規律的、時鐘般的節奏逐漸分解。測量今天剩餘的水平可以揭示岩石的年齡。
在卡內基研究所的實驗室裡，奧尼爾和卡爾森統計了不同同位素的濃度。那時他們意識到努夫亞吉圖克樣本有些非常奇怪的地方。在同位素中，有一種稱為釹142的同位素。它是由釤146的分解形成的。地球上已經沒有天然的釤146了，因為它的半衰期很短，據估計只有6800萬年。“它早已消失了，”卡爾森說。“釤146在地球形成時就存在，因為它是由啟動太陽系形成的超新星注入的。但隨後它在5億年內衰變消失了。”
卡爾森和他的同事發現，不同的努夫亞吉圖克岩石具有不同比例的釹142和其他釹同位素。只有當岩石形成於地球上仍然存在釤146的時期，這種變化才可能發生。奧尼爾、卡爾森和他們的同事比較了這些比例，以估計岩石形成的時間有多久。這個數字是他們誰都沒有預料到的：42.8億年。令他們驚訝的是，他們發現了地球上最古老的岩石。
“這完全不是我們期望找到的，”奧尼爾說。他和他的同事在2008年報告了他們的發現。從那時起，他們分析了其他樣本，現在估計努夫亞吉圖克岩石的年齡高達44億年。
古老——還是有史以來最古老？
奧尼爾和他的同事首先在溫哥華的一次地質學會議上宣佈了他們的研究結果。莫伊茲西斯仍然記得他對這個訊息感到震驚：“我驚掉了下巴。我環顧四周，人們都驚呆了。我想，‘這很奇怪。’”
莫伊茲西斯有特別的理由感到驚訝。他是少數幾個前往努夫亞吉圖克跟進納多研究的地質學家之一。莫伊茲西斯和他的同事們鑑定出一條火成岩脈，這條岩脈是在地殼形成後穿透地殼的。事實證明，它含有鋯石。回到科羅拉多的家後，莫伊茲西斯和他的同事們確定，鋯石的年齡為37.5億年——這個結果與納多最初估計的38億年非常吻合。
現在奧尼爾站在莫伊茲西斯和其餘科學界人士面前，宣佈努夫亞吉圖克岩石比他們古老五億年。
莫伊茲西斯的合作者、法國里昂高等師範學院的伯納德·布林登要求提供奧尼爾的一些樣本，並再次進行了測試。釹的測量結果是正確的。儘管如此，“這對我來說沒有意義，”莫伊茲西斯說。
因此，在2011年，莫伊茲西斯和他的學生們返回努夫亞吉圖克，進一步研究該地點。他們繪製了奧尼爾測定年代的樣本週圍的地形和岩層圖。在據報道有44億年曆史的岩石中，他們看到了鮮綠色的石英岩帶。莫伊茲西斯認為，這提供了一種方法來測試努夫亞吉圖克岩石是否是地球上最古老的岩石。
地質學家在年輕得多的地層中也看到了類似的排列。當水下火山將熔岩擴散到海底時，就會發生這種情況。有時火山會熄滅，來自陸地的沉積物會沉降在火成岩的頂部。然後火山再次活躍起來，將沉積岩埋在新鮮的火成岩層中。
如果努夫亞吉圖克的情況是這樣，那麼石英岩就來自火山停頓期間古代陸地的沉積物。如果石英岩含有鋯石，那麼這些鋯石必須比周圍的火山岩更古老，因為它們有更長的歷史。
“我們趴在地上，爬過許多露頭，”莫伊茲西斯說。經過數天的搜尋，他們發現了兩片帶有鋯石的石英岩——其中一片產生了數千個微小的礦物。當他們將這些鋯石帶回科羅拉多州時，莫伊茲西斯發現它們的年齡為38億年。這正是他們不期望在44億年前的岩石中發現的東西。
莫伊茲西斯的研究小組也從其他科學方向探討了努夫亞吉圖克的年齡問題。例如，他們使用了另一個時鐘來測定岩石的年代，這個時鐘是基於鎦衰變成鉿。他們再次得出了38億年的結果。
所有這些證據使莫伊茲西斯對努夫亞吉圖克有了新的敘述。大約在44億年前，一些熔岩升向地球表面並凝固。當它結晶時，它捕獲了一些早期地球仍然存在的短壽命放射性釤146。但隨後古代地殼被拉回地幔中。物質加熱到不再是岩石的程度，但並非所有物質都混合到周圍的地幔中。其中一小部分仍然是一個獨特的斑點，具有其自身獨特的釹水平。最後，在6億年後，火山活動將該物質推回地表，形成了岩石，其中包含了一些古代斑點，以及該斑點的44億年曆史的特徵。
“熔體本身可以具有先前存在的記憶，”莫伊茲西斯說。因此，一塊只有38億年曆史的岩石可能看起來有44億年的歷史。
鋯石之謎得到解釋
莫伊茲西斯和他的同事一直在地質會議上展示這些結果，有時在與奧尼爾展示相反觀點的同一場會議上——岩石形成於44億年前，並且從那時起就一直留在地球地殼中。奧尼爾的團隊回到了努夫亞吉圖克，將其古代岩石的收藏從10塊增加到大約50塊。沒有新的資料與最初對該地點年齡的估計相沖突。奧尼爾也拒絕接受莫伊茲西斯和他的同事用來論證努夫亞吉圖克只有38億年曆史的證據。“我們對該地區的地質情況存在嚴重分歧，”奧尼爾說。
以莫伊茲西斯發現鋯石的石英岩層為例。在努夫亞吉圖克那些古老的地層中，要確定一個地層是由哪種岩石組成的並不簡單，因為它在數十億年的時間裡變形得非常厲害。奧尼爾根本不認為石英岩帶是石英岩。相反，他認為，這是一條岩漿脈，在38億年前將自己推入了古代岩石。因此，其鋯石的年齡與周圍岩石的年齡無關。“我自己的岩石沒有任何奇異或不尋常之處，”奧尼爾說。“它們只是非常古老。”
希曼本人是古老岩石的專家，他認為奧尼爾和他的同事們提出了一個很好的論據。“我認為他們的證據令人信服，”他說。“他們已經盡職盡責了。”但希曼也認為，在科學家們找到另一種方法來測定岩石的年代之前，一些不確定性將持續存在。努夫亞吉圖克有爭議的岩石中可能潛伏著一些含有鈾和鉛的礦物。這種組合是講述古代時間的最可靠方法，因為科學家們在這方面擁有豐富的經驗。“如果有人能夠去那裡找到合適的材料並獲得一個古老的年代，那麼科學界[將]更容易接受那裡暴露了一些古代地殼的想法，”希曼說。
生命何時形成
如果努夫亞吉圖克岩石確實有44億年的歷史，奧尼爾認為它們有可能為早期地球開啟一扇寬闊的視窗，因為它們會在巨型撞擊後不久形成。澳大利亞的鋯石也在那個時候形成，在地幔深處數英里處。但奧尼爾認為，努夫亞吉圖克岩石是在地表形成的。“這些岩石的地球化學性質真的看起來像海底，”他說。
如果這是真的，那就證實了地球在巨型撞擊後不久就獲得了海洋。奧尼爾還發現，這些岩石的化學性質與最近形成的海底岩石非常相似。這將表明，當世界海洋最初出現時，它們與今天的情況並沒有太大的不同。奧尼爾甚至認為，這些岩石顯示出板塊構造的跡象，表明這個過程在地球歷史的早期就開始了。
如果努夫亞吉圖克岩石形成於44億年前的海底，還有一個更令人興奮的前景：它們可以闡明生命的起源。目前，化石線索在35億年前就中斷了。在比這更年輕的岩石中，科學家們發現了儲存下來的細菌。在比這更古老的岩石中，他們一無所獲。
但化石並不是生命能夠留下的唯一痕跡。當細菌以碳為食時，它們會改變環境中碳同位素的平衡，而這種不平衡可以儲存在當時形成的岩石中。一些研究人員聲稱，來自格陵蘭島的38億年前的岩石帶有這種不平衡，這是生命的特徵。
但這仍然沒有生命在地球存在的前7億年的證據。因此，科學家們無法說清生命是在地球形成後不久就在地球上迅速開始，還是延遲了數億年。他們也尚未弄清楚生命起源於地球上的哪個地方。一些研究人員認為生物分子出現在沙漠或潮汐池中。另一些人則認為深海熱液噴口是最初的搖籃。
如果努夫亞吉圖克岩石形成於44億年前的海底，它們是研究這些重大問題的完美材料。奧尼爾希望與研究人員合作，看看這些岩石是否可能在熱液噴口形成。“我們不能忽視這些岩石。這是生命可能形成的理想場所，”他說。
尋找生命的最早痕跡也是莫伊茲西斯的痴迷，但他不會在努夫亞吉圖克尋找它們。“我將用我的餘生來追逐那個怪物，”他說。
然而，莫伊茲西斯確實看到了他與奧尼爾和其他人的分歧所產生的重要好處。當他們爭論時，他們正在開發更好的方法來測定一般古老岩石的年代。“這真是一場精彩的辯論，”莫伊茲西斯說。未來幾代地質學家將冒險進入世界偏遠角落，帶回神秘的樣本，他們將能夠使用這些方法最終揭開早期地球的面紗。至少在這一點上，奧尼爾和莫伊茲西斯達成了共識。“所有這些古老岩石的小飛地可能到處都是，”奧尼爾說。“它們只是很容易被錯過。”