努夫亚吉图克绿岩带看起来不像战场。它位于加拿大哈德逊湾东北边缘宁静、无路的偏远地区，距离最近的人类居住地因努克朱亚克超过20英里。从海岸线开始，开阔的地面隆起成低矮的山丘，有些覆盖着地衣，有些被冰河时代的冰川刮得光秃秃的。裸露的岩石因其伸展和褶皱的复杂性而美丽。有些是灰色和黑色，布满了浅色的纹理。另一些是粉红色，点缀着石榴石。一年中的大部分时间里，这里唯一的访客是北美驯鹿和蚊子。
但这个宁静的地方确实是一个战场——一个科学的战场。近十年来，地质学家们分成不同的团队前往因努克朱亚克，在那里他们将独木舟装满露营装备和实验室设备，沿着海湾海岸跋涉到绿岩带本身。他们的目标：证明这些岩石究竟有多古老。一个由科罗拉多大学地质学家斯蒂芬·J·莫伊兹西斯领导的团队确信，这些岩石的年龄为38亿年。这非常古老，但不是创纪录的。
在渥太华大学领导竞争团队的乔纳森·奥尼尔认为，努夫亚吉图克岩石形成于44亿年前。这将使它们成为迄今为止地球上发现的最古老的岩石。而且这还不是全部。如此古老的岩石将告诉我们地球表面是如何从其剧烈的初期形成的，以及生命在那之后多久出现——这是地球传记中迄今为止仍然遥不可及的关键篇章。
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地球历史的最初五亿年——从45.68亿年前形成到40亿年前——是水降落形成海洋，第一块陆地隆出海面形成大陆的时期。那是彗星和小行星撞击地球，以及一个火星大小的失败行星可能与我们相撞，从残骸中创造出月球的时期。但地质学家们对于这些事件的时间线知之甚少，例如一些矿物斑点表明海洋可能在月球形成之前就已形成。他们发现自己与古代希腊哲学家的传记作者处境非常相似，试图从羊皮纸碎片和二手故事中尽可能地挤出意义。
如果奥尼尔是对的，努夫亚吉图克的岩石确实有44亿年的历史，那么它们读起来就不像碎片，而像整本书。数千英亩的矿物等待着被研究，或许能解答长期存在的谜团。板块构造是早期就开始了，还是地球在大陆和海洋地壳开始移动之前成熟了数亿年？最年轻的海洋和大气的化学成分是什么？生命在地球形成后多久出现？
如果莫伊兹西斯是对的，地球历史的最初篇章现在仍然关闭。如果奥尼尔是对的，努夫亚吉图克的岩石是地质学中最珍贵的宝藏之一。
囚禁在石头中
像构成地球大部分地壳的岩石一样，努夫亚吉图克的岩石通常以两种方式之一产生。在某些情况下，细小的颗粒沉降到海底，在那里它们逐渐被压成层状的沉积岩。在另一些情况下，熔融岩浆从地幔上升，在上升过程中冷却并结晶成火成岩。
只有努夫亚吉图克等地的古代地壳的极小部分保持完好，而其余部分已经消失。一些岩石被雨水和风缓慢侵蚀，并被送回海洋进行新的沉积。许多其他岩石被构造板块带回地球地壳之下，沉入炎热的地幔，岩石在那里融化，它们最初的身份像冰块扔进温暖的池塘一样被抹去。它们的原子混合到岩浆中，再次升起成为新鲜的年轻石头。
早期地球上的岩石也被巨大的小行星摧毁，这些小行星撞击地球并融化了大部分地壳。大约44亿年前，一次碰撞——称为巨型撞击——将大量物质抛入轨道，形成了月球。“巨型撞击可能真的把地球搞得一团糟，”卡内基科学研究所的理查德·W·卡尔森说。“你不会想待在这里。你可能想从金星上观看它。”
鉴于如此多的古代岩石以某种方式被摧毁，样品稀少并不令人惊讶。这就是努夫亚吉图克的发现如此珍贵——以及如此激烈竞争的原因。世界上只有少数其他地点提供了38亿年前的样品。最古老的是来自西北地区的苔原，可以追溯到39.2亿年前。
早期岩石的稀有性促使地质学家寻找其他线索来了解地球最初的数亿年是什么样子。其中一些线索来自称为锆石的微小晶体。这些坚固的、锆基矿物有时会在冷却的岩浆中形成。当由此产生的岩石后来被侵蚀掉时，一些锆石可能会保持完整，即使它们沉回海底并被纳入更年轻的沉积岩中。
构成锆石的化学键可以捕获铀等放射性原子。这些原子的衰变就像一个时钟，地质学家可以用它来测量锆石的年龄。这些晶体还会捕获其他化学物质，这些物质可以提供一些线索，说明地球在它们形成时是什么样子。“锆石很棒，因为它们是时间胶囊，”莫伊兹西斯说。
在澳大利亚内陆，地质学家发现了散布着极其古老锆石的沉积岩。一些锆石（但不是周围的岩石）可以追溯到44亿年前，使它们成为迄今为止发现的最古老的地质历史痕迹。自2001年发现这些微小宝石以来，科学家们已经从中提取了非凡的信息。它们的结构表明，它们最初形成的岩石在大约地表以下四英里的地方凝固。莫伊兹西斯和他的同事也在一些澳大利亚锆石中发现了水的化学指纹。
科学家可以从沉积锆石中提取的信息远远胜过没有信息，但远不及他们可以从锆石生长的原始岩石中获得的信息。岩石包含许多其他矿物，这些矿物共同可以揭示更多关于地球形成时的样子。“除非你有岩石，否则你没有完整的故事，”阿尔伯塔大学的拉里·希曼说。这使我们回到了努夫亚吉图克。
纯粹的运气
在1990年代后期，魁北克政府启动了一项大规模的地质考察，以制作该省北部地区的首批详细地图。该地区的地质结构呈洋葱状，古代大陆地壳核心被年轻岩石层层包围。大部分岩石被证明大约有28亿年的历史。但当时是不列颠哥伦比亚省西蒙弗雷泽大学博士候选人的皮埃尔·纳多带回了一个可以追溯到38亿年前的样本。纯粹是出于运气，他被派往努夫亚吉图克绿岩带。“找到这些岩石就像天上掉下珠宝掉到我的膝盖上，”纳多的同事罗斯·史蒂文森在2002年发布他们的研究结果后告诉BBC。
其他地质学家开始长途跋涉前往努夫亚吉图克。在这些朝圣者中，有在麦吉尔大学攻读博士学位的奥尼尔。努夫亚吉图克岩石与格陵兰岛38亿年前的岩石之间的化学相似性给他留下了深刻的印象。也许它们属于同一块古老的大陆。
为了探测化学成分，奥尼尔与卡内基研究所的卡尔森合作，卡尔森是古代岩石精密测量的专家。确定努夫亚吉图克的特定石头是否古老的唯一明确方法是对其进行年代测定。为此，科学家们计算石头内部捕获的放射性同位素的水平。放射性同位素是原子的变体，它们是我们太阳系诞生的尘埃云的一部分。它们被纳入凝固的行星和陨石中，当地球上的岩石结晶时，它们就被囚禁在里面。随着时间的推移，同位素以有规律的、时钟般的节奏逐渐分解。测量今天剩余的水平可以揭示岩石的年龄。
在卡内基研究所的实验室里，奥尼尔和卡尔森统计了不同同位素的浓度。那时他们意识到努夫亚吉图克样本有些非常奇怪的地方。在同位素中，有一种称为钕142的同位素。它是由钐146的分解形成的。地球上已经没有天然的钐146了，因为它的半衰期很短，据估计只有6800万年。“它早已消失了，”卡尔森说。“钐146在地球形成时就存在，因为它是由启动太阳系形成的超新星注入的。但随后它在5亿年内衰变消失了。”
卡尔森和他的同事发现，不同的努夫亚吉图克岩石具有不同比例的钕142和其他钕同位素。只有当岩石形成于地球上仍然存在钐146的时期，这种变化才可能发生。奥尼尔、卡尔森和他们的同事比较了这些比例，以估计岩石形成的时间有多久。这个数字是他们谁都没有预料到的：42.8亿年。令他们惊讶的是，他们发现了地球上最古老的岩石。
“这完全不是我们期望找到的，”奥尼尔说。他和他的同事在2008年报告了他们的发现。从那时起，他们分析了其他样本，现在估计努夫亚吉图克岩石的年龄高达44亿年。
古老——还是有史以来最古老？
奥尼尔和他的同事首先在温哥华的一次地质学会议上宣布了他们的研究结果。莫伊兹西斯仍然记得他对这个消息感到震惊：“我惊掉了下巴。我环顾四周，人们都惊呆了。我想，‘这很奇怪。’”
莫伊兹西斯有特别的理由感到惊讶。他是少数几个前往努夫亚吉图克跟进纳多研究的地质学家之一。莫伊兹西斯和他的同事们鉴定出一条火成岩脉，这条岩脉是在地壳形成后穿透地壳的。事实证明，它含有锆石。回到科罗拉多的家后，莫伊兹西斯和他的同事们确定，锆石的年龄为37.5亿年——这个结果与纳多最初估计的38亿年非常吻合。
现在奥尼尔站在莫伊兹西斯和其余科学界人士面前，宣布努夫亚吉图克岩石比他们古老五亿年。
莫伊兹西斯的合作者、法国里昂高等师范学院的伯纳德·布尔登要求提供奥尼尔的一些样本，并再次进行了测试。钕的测量结果是正确的。尽管如此，“这对我来说没有意义，”莫伊兹西斯说。
因此，在2011年，莫伊兹西斯和他的学生们返回努夫亚吉图克，进一步研究该地点。他们绘制了奥尼尔测定年代的样本周围的地形和岩层图。在据报道有44亿年历史的岩石中，他们看到了鲜绿色的石英岩带。莫伊兹西斯认为，这提供了一种方法来测试努夫亚吉图克岩石是否是地球上最古老的岩石。
地质学家在年轻得多的地层中也看到了类似的排列。当水下火山将熔岩扩散到海底时，就会发生这种情况。有时火山会熄灭，来自陆地的沉积物会沉降在火成岩的顶部。然后火山再次活跃起来，将沉积岩埋在新鲜的火成岩层中。
如果努夫亚吉图克的情况是这样，那么石英岩就来自火山停顿期间古代陆地的沉积物。如果石英岩含有锆石，那么这些锆石必须比周围的火山岩更古老，因为它们有更长的历史。
“我们趴在地上，爬过许多露头，”莫伊兹西斯说。经过数天的搜寻，他们发现了两片带有锆石的石英岩——其中一片产生了数千个微小的矿物。当他们将这些锆石带回科罗拉多州时，莫伊兹西斯发现它们的年龄为38亿年。这正是他们不期望在44亿年前的岩石中发现的东西。
莫伊兹西斯的研究小组也从其他科学方向探讨了努夫亚吉图克的年龄问题。例如，他们使用了另一个时钟来测定岩石的年代，这个时钟是基于镥衰变成铪。他们再次得出了38亿年的结果。
所有这些证据使莫伊兹西斯对努夫亚吉图克有了新的叙述。大约在44亿年前，一些熔岩升向地球表面并凝固。当它结晶时，它捕获了一些早期地球仍然存在的短寿命放射性钐146。但随后古代地壳被拉回地幔中。物质加热到不再是岩石的程度，但并非所有物质都混合到周围的地幔中。其中一小部分仍然是一个独特的斑点，具有其自身独特的钕水平。最后，在6亿年后，火山活动将该物质推回地表，形成了岩石，其中包含了一些古代斑点，以及该斑点的44亿年历史的特征。
“熔体本身可以具有先前存在的记忆，”莫伊兹西斯说。因此，一块只有38亿年历史的岩石可能看起来有44亿年的历史。
锆石之谜得到解释
莫伊兹西斯和他的同事一直在地质会议上展示这些结果，有时在与奥尼尔展示相反观点的同一场会议上——岩石形成于44亿年前，并且从那时起就一直留在地球地壳中。奥尼尔的团队回到了努夫亚吉图克，将其古代岩石的收藏从10块增加到大约50块。没有新的数据与最初对该地点年龄的估计相冲突。奥尼尔也拒绝接受莫伊兹西斯和他的同事用来论证努夫亚吉图克只有38亿年历史的证据。“我们对该地区的地质情况存在严重分歧，”奥尼尔说。
以莫伊兹西斯发现锆石的石英岩层为例。在努夫亚吉图克那些古老的地层中，要确定一个地层是由哪种岩石组成的并不简单，因为它在数十亿年的时间里变形得非常厉害。奥尼尔根本不认为石英岩带是石英岩。相反，他认为，这是一条岩浆脉，在38亿年前将自己推入了古代岩石。因此，其锆石的年龄与周围岩石的年龄无关。“我自己的岩石没有任何奇异或不寻常之处，”奥尼尔说。“它们只是非常古老。”
希曼本人是古老岩石的专家，他认为奥尼尔和他的同事们提出了一个很好的论据。“我认为他们的证据令人信服，”他说。“他们已经尽职尽责了。”但希曼也认为，在科学家们找到另一种方法来测定岩石的年代之前，一些不确定性将持续存在。努夫亚吉图克有争议的岩石中可能潜伏着一些含有铀和铅的矿物。这种组合是讲述古代时间的最可靠方法，因为科学家们在这方面拥有丰富的经验。“如果有人能够去那里找到合适的材料并获得一个古老的年代，那么科学界[将]更容易接受那里暴露了一些古代地壳的想法，”希曼说。
生命何时形成
如果努夫亚吉图克岩石确实有44亿年的历史，奥尼尔认为它们有可能为早期地球打开一扇宽阔的窗口，因为它们会在巨型撞击后不久形成。澳大利亚的锆石也在那个时候形成，在地幔深处数英里处。但奥尼尔认为，努夫亚吉图克岩石是在地表形成的。“这些岩石的地球化学性质真的看起来像海底，”他说。
如果这是真的，那就证实了地球在巨型撞击后不久就获得了海洋。奥尼尔还发现，这些岩石的化学性质与最近形成的海底岩石非常相似。这将表明，当世界海洋最初出现时，它们与今天的情况并没有太大的不同。奥尼尔甚至认为，这些岩石显示出板块构造的迹象，表明这个过程在地球历史的早期就开始了。
如果努夫亚吉图克岩石形成于44亿年前的海底，还有一个更令人兴奋的前景：它们可以阐明生命的起源。目前，化石线索在35亿年前就中断了。在比这更年轻的岩石中，科学家们发现了保存下来的细菌。在比这更古老的岩石中，他们一无所获。
但化石并不是生命能够留下的唯一痕迹。当细菌以碳为食时，它们会改变环境中碳同位素的平衡，而这种不平衡可以保存在当时形成的岩石中。一些研究人员声称，来自格陵兰岛的38亿年前的岩石带有这种不平衡，这是生命的特征。
但这仍然没有生命在地球存在的前7亿年的证据。因此，科学家们无法说清生命是在地球形成后不久就在地球上迅速开始，还是延迟了数亿年。他们也尚未弄清楚生命起源于地球上的哪个地方。一些研究人员认为生物分子出现在沙漠或潮汐池中。另一些人则认为深海热液喷口是最初的摇篮。
如果努夫亚吉图克岩石形成于44亿年前的海底，它们是研究这些重大问题的完美材料。奥尼尔希望与研究人员合作，看看这些岩石是否可能在热液喷口形成。“我们不能忽视这些岩石。这是生命可能形成的理想场所，”他说。
寻找生命的最早痕迹也是莫伊兹西斯的痴迷，但他不会在努夫亚吉图克寻找它们。“我将用我的余生来追逐那个怪物，”他说。
然而，莫伊兹西斯确实看到了他与奥尼尔和其他人的分歧所产生的重要好处。当他们争论时，他们正在开发更好的方法来测定一般古老岩石的年代。“这真是一场精彩的辩论，”莫伊兹西斯说。未来几代地质学家将冒险进入世界偏远角落，带回神秘的样本，他们将能够使用这些方法最终揭开早期地球的面纱。至少在这一点上，奥尼尔和莫伊兹西斯达成了共识。“所有这些古老岩石的小飞地可能到处都是，”奥尼尔说。“它们只是很容易被错过。”