地球的水循环是什么时候开始的呢？近日《自然·地球科学》杂志上发表了最新文章，分析了澳大利亚杰克希尔（Jack Hills）锆石的氧同位素组成，发现氧同位素值明显低于地幔值。模拟研究表明，只有大气降水才能导致锆石晶体出现如此低的氧同位素值，这意味着这些锆石曾经与大气降水（淡水）发生了相互作用，地球表面环境很可能在生命出现之前就已具备了适宜条件。这项研究为了解地球早期环境演变提供了新的证据，也为进一步研究地球水循环演变和生命起源提供了新的方向。
地球水循环是地球上水体在陆地、海洋和大气之间循环往复的过程，对于地球的表面环境以及生命的出现和演化至关重要。它不仅塑造了我们今天看到的山川河流、海洋湖泊，也为地球生命提供了生存的必要条件。然而，地球水循环的起源时间一直是科学家们热议的话题。早期地球雨水（淡水）与裸露的大陆地壳之间的相互作用可能是生命出现的关键。
地球上最古老的岩石非常稀少，而且保存不完整，这给研究地球早期环境带来了巨大挑战。传统的地球化学方法，如分析岩石中的矿物成分和同位素组成，往往受限于岩石的保存状态。而锆石作为一种极耐腐蚀的矿物，能够在岩浆活动中形成，并且能够保存其形成时的氧同位素信息，成为研究地球早期水循环的重要突破点。
↑ 图1 Jack Hills锆石δ18O与单个岩浆颗粒年龄的关系
↑ 图2 与太古代TTG相比，Jack Hills锆石δ18O与年龄的关系
近日《自然·地球科学》杂志上发表最新文章，利用来自澳大利亚杰克希尔（Jack Hills）的锆石晶体的氧同位素组成来确定地球水循环的起源时间。所分析的锆石颗粒揭示了两次岩浆活动期，分别发生在 40 亿至 39 亿年前和 35 亿至 34 亿年前，其氧同位素组成低于地幔值（即18O/16O <5.3±0.6‰），大约在 40 亿年和34亿年前，最负的18O/16O值分别低至 2.0‰ 和-0.1‰。这意味着它们与大气降水（淡水）发生了相互作用。研究人员使用蒙特卡罗模拟来验证这一结论，结果表明只有大气降水才能导致锆石晶体出现如此低的氧同位素组成。
↑ 图3 地幔源熔体、地壳同化物、海水和大气降水的蒙特卡罗δ18O混合模型
这项研究表明，地球上的水循环可能在40亿年前或更早之前就已经开始，这与地球上最早的陆地地壳出现的时间一致。地球的表面环境很可能在生命出现之前就已具备了适宜条件，这对于理解生命的起源和演化具有重要意义。
论文信息：Gamaleldien, H., Wu, LG., Olierook, H.K.H. et al. Onset of the Earth’s hydrological cycle four billion years ago or earlier. Nat. Geosci. 17, 560–565 (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01450-0
原标题：《Nature Geoscience：又是锆石来解密！地球40亿年前就有了水循环？生命起源更早？》
来源：地刊速览
作者：geoman
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷