小学科普-当年天上掉过金子_风闻

有嘲gether-2019-04-19 13:29

2019-04-19

哗啦啦地掉！它们的总量比今天各国央行的储量加起来还要多很多，地球被砸得苦不堪言。

——等等！年早就过完啦，现实一点好不好，开什么国际玩笑嘛。

不，这可真不是玩笑，是科学家在顶级科学期刊《自然》上发表的科研成果[1]。

那地球自己的金子呢？从小到大我们都知道黄金是大地的宝藏，现在可好，你告诉我地球自己不产金子？

当然产。哪有大地不产黄金的道理！只不过，我们没动它分毫。换句话说，我们至今用的所有金子都来自天上，而地球本土的黄金呢，至今仍原封不动在地下“宝库”中封存着。这个宝库在哪儿呢？在这颗星球的最深处，那是生命完全无法存活的炼狱，坚固的铁都能融化为铁汤。

……

没关系，我知道这需要一点时间来理解。毕竟金子嘛，不把人晃晕怎么能叫金子呢？在我们彻底被金光闪闪的事实晃晕前，请抓住最后的清醒，一起来了解一下这颠覆常识的故事背后，到底是什么来历吧！

地球自家的金子，早被存进了最深处

地球形成于46亿年前。在最初的混沌时代，太阳系没有八大行星，只有气体和无数细小杂乱的尘屑。它们围着太阳疯狂飞舞，轨道杂乱交错，不停地相撞，不停地融合。在千百万年的尺度下逐渐增大，最终形成后来的各个行星。

尘埃聚合成星球是一个剧烈的能量转化过程，尘埃高速飞行的动能在相撞过程中转化为内能，释放出高温，以此融化自身，进而焊接起来，越聚越大。当行星的原型逐渐形成之后，自身庞大的引力会将更多的气体、尘屑和小天体吸引到自己的表面。当后者砸下来的时候，同样把自己的动能全部贡献给了星球的内能。这份巨大内能最终令整个星球充斥着极高的温度，在这个温度下，哪怕坚固的岩石也纷纷融化。当时的地球是一团岩浆的海洋。在行星聚合过程中飞进来的尘屑和小天体纷纷解体，融解在这汪宇宙的岩浆池中。

正在聚集成型的地球，就是一团岩浆的海洋。图片来源：《自然》

既然是液体，其中的物质便会受到重力和浮力的控制而运动。当体积相等时，密度更大的物质会拥有更大的质量，因而受到更强烈的地心引力，得以克服自己的浮力，向星球深处（引力中心）运动；与此对应，当质量相等时，密度小的物质又会拥有更大的体积，受到的浮力更大，于是就倾向于浮到岩浆海的表面。

当然，这只是对岩浆海中复杂动力学行为最简单的梳理。虽然这两种力的作用机制太简单，最终却给整个星球带来了宏观的演化趋势：重的物质越来越富集于地球深处，轻的物质越来越富集于地球表层，久而久之，地球的岩浆海里出现了分层。当温度逐渐冷却，物质们开始结晶的时候，就把这种分层的特征凝固为了星球的圈层结构。

这便是行星分异，是球状天体形成内部圈层结构的必经过程。

再说回到人人都喜欢的金子。虽然金元素不是构成地球的主要元素，但在地球形成之初，自带的金子数量也是颇为可观的。曾有研究认为，地球上的金储量约为1600万亿吨。这么多金子，到底又是多少呢？换个更直观一点的说法——这些金子差不多够给整个地球表面铺一层半米厚的黄金甲。

如果能把地球形成时自带的金子都挖出来，能给整个地球表面铺满一层半米厚的黄金甲。图片来源：Bjorn Holland

可惜，作为密度相对较大的元素，金子也得遵循行星分异的规律。在早期地球还是一汪岩浆池的时候，这么多的金子就随着铁一道，沉到了地球的最深处，从此再也不见天日了。

照这个照理来讲，地球表层将不再会有金元素的富集。这显然并非我们今天看到的实情。只要想见到，我们很容易找到金子（但属不属于你的就不好说了，哈哈）。如果地球的金子都随着原初时期的行星大分异沉入地球深处，为啥我们今天在地表还能挖到这么多金子呢？

其实，有一种非常简单直接的方案，就可以在地球自身的金子全部“沉沦”后，让地表依然充斥着金色的光辉。想到是啥了吗？

对，让天上往下掉金子就行了。

炼狱时代，黄金如雨

道理很简单：随着行星分异逐渐完成，地球岩浆海逐渐冷却，表层逐渐凝固成岩石圈，再砸进来的小行星——只要吨位不是太大，别砸穿地表，那么它们所携带的一切物质，就可以顺利留在地表。不过，也得满足一些条件才行。比方说，地球在岩浆海凝固之后，必须先得消停一阵子。否则，如果小行星持续高频次地给地球输送内能，地球表面就不会凝固那么快。后来从天外飞来的金子，仍然会一头栽进岩浆池，最终的结局依然是沉到地球深处。

所以，今天的我们想要有金子可挖，当年的地球就需要有一个时间差——从分异完成后到再度遭受撞击，两者之间要有一个相对平静的时间差。

地球的行星分异发生在距今46亿-45亿年前。从这个时间点开始算起，直到距今38亿年前，中间这8亿年的时光被称为冥古宙（Hadean）。冥古宙的词源来自于冥界之王哈迪斯（Hades），不用想也知道，这段时间肯定如同地狱般煎熬。但冥古宙这炼狱般的8亿年并非全程都充斥天地大撞击。科学家根据天体演化模型和陨击坑的实际测年统计发现，冥古宙撞击的频度明显具有两个峰值：第一个峰值出现在46-45的冥古宙前期——这是上面刚说过的星球聚合期。没有这冥古宙早期疯狂的陨击与聚合，就不会有八大行星的形成。这个时期最庞大的撞击物能有火星那么大，一头栽在地球上，很可怕。

关键是第二个峰值。它出现于距今42亿-38亿年的冥古宙后期。此时，八大行星早已经形成好几亿年，地球早就凝固了下来。可科学家发现，这段时期，小行星陨击活动又突然加强了。这个事情地球自身没有地质记录——我们地球的地质活动太活跃，早就把当时地表的一切破坏完了。相反，我们的卫星月亮，由于表面地质作用停滞，把当时的一切都成功记录了下来。今天你拿望远镜看月球，会发现它表面上布满密密麻麻的陨击坑，惹得人密集恐惧症直犯，这些陨击坑几乎都是距今42亿-38亿年前这段时期形成的。

距今42亿-38亿年前，已经凝固成型的地球，遭受了小天体的又一轮密集轰炸。图片来源：earthspacecircle

这次陨击事件的原因至今众说纷纭。主流意见认为，以木星为首的巨行星在这段时间内调整了位置，从自己原有的轨道上飞了出去（不是去流浪！）。木星是太阳系最大的行星，它的体量手撕地球都轻松无比。当它调整轨道时，途中那些乱七八糟的小杂屑自然构不成挡路资格，轻易被它的引力甩开，高速飞进太阳系内带。这些密密麻麻的小天体对于地球来说犹如炸弹，犹如陨石雨，犹如轰炸机的饱和式袭击。于是，这个发生在冥古宙后期的密集陨击事件，就有了一个形象的名称——后期重轰炸。

以往我们提起后期重轰炸，往往三句不离它的最大恩赐——水。事实上，被木星抛进来的这些炸弹，一个个都是“脏雪球”，主要成分以水为主。无数的脏雪球活生生在地表汇聚出了一个圈层——也就是我们熟知的这片蓝色海洋。脏雪球带来的可不光是水。水融化了，脏东西也留了下来。这些脏东西都是什么呢？各种原始岩石成分，各种元素化合物，当然，里面也有不少值钱货——比如金子。

至此故事就结束了。回过头重新看这次陨击事件，可能你会感觉画风都变了：明明奔着一通饱和式轰炸把你地球砸到伤痕累累去的，结果变成了“砸一拳，就送点儿金子”。最后可好，地球啥事儿没有，金子和水却都留下了。

这是最坏的时代，却也是最好的时代。地球从此覆盖着蓝色的海洋，怀揣着璀璨的黄金，进入到没有袭击、没有轰炸、平平淡淡的后续几十亿年。

金，79号元素，化学性质极其稳定。图片来源：umods

宇宙的金，地球的金，文明的金

这就是地球表面我们摸得到的那些金子的来历。

金，周期表第79号元素，在太阳系的物质构成中，以微量元素的形式存在，化学性质极其稳定，因此无法成为生物圈可用的能量来源。换句话说，生命并不需要它。自冥古宙之后生命登上地球舞台以来，第79号元素一如既往地卑微存在着。既不是能量来源，也不是危险物质，又有哪个生物会去注意它呢。大地的杂质，好吃吗？并不好吃。那么走开。

谁也没想到，38亿年之后，这个繁衍不息的生物圈，孕育出了智慧。这个智慧是社会性智慧，要同时面对稀缺性和多元性两大命题。稀缺性令人们对价值的保有趋之若鹜；而多元性主要体现为劳动分工，人们需要不同分工之间的协同交互，需要不同资源之间的统筹分配。

于是第一次，生物圈里产生了一种崭新的诉求。他们需要一种合适的符号，来量化稀缺性、量化多元性。为了彰显、为了结算、为了交易、一切，为了最终的延续与繁荣。于是，一种性质稳定、含量稀少的物质就走进了他们的视野。79号元素，这种大地的杂质，从此有了一个崭新的名称：货币。

我们每个人都会用自己的价值观念和偏好去看待黄金，但大概不可否认的是：在文明的进程中，它的确扮演过、扮演着、而且还要继续扮演只属于它的重要角色。在文明之外呢，它是天外来客，是地心宝藏。听起来似乎都是人们无法触及的领域。但没关系，有金子的地方，终归会引发人们探索与开拓的欲望。金子的作用是表述价值，而开拓的含义则是——创造价值。

只是，创造价值的过程中，请不要梦想天上掉金子这种美事儿，因为——几十亿年前就掉完啦！（编辑：Steed）