揭秘锆石中镌刻的宇宙时光秘密

◎ 刘晓慧

在浙江地质院第七地质大队（以下简称“浙江七队”）的小型地质博物馆内，存放着两颗亚洲最古老的冥古宙锆石。

“这两颗大于40亿年的锆石里记录着地球已知最早的变质事件，为长期争议的华夏古陆存在提供了科学依据。”浙江七队队长王志国自豪地介绍着两颗锆石的重大地质意义，“这是我们的镇馆之宝！”

2019年5月，浙江七队在丽水组织召开“百山祖国家公园创建地质篇专题研讨会”。8个月后提交了《百山祖国家公园候选区科学考察与符合性认证报告》地质、水文两个章节内容和《百山祖国家公园候选区地质专题报告》。在地质专题研究部分，他们收集整理了中国地质调查局南京地质调查中心邢光福团队关于丽水龙泉锆石的科研成果，并向百山祖国家公园创建办推荐，最终被提炼为百山祖国家公园八大优势之一——迄今为止亚洲最古老锆石的发现地。

锆石与华夏古陆

地球形成初期的地质特征是国际地学界研究的前沿问题，主要通过寻找和研究冥古宙(45亿~38亿年前）的古老岩石与矿物（锆石）开展研究。

锆石，又称为锆英石，是大陆地壳岩石中常见的矿物，也是地球上形成最古老的矿物之一。因其稳定性好，而称为同位素地质年代学最重要的定年矿物。

冥古宙年代久远，地球形成初始岩石经历了陨石撞击、地壳再循环、重熔等改造，甚至再循环到地幔，几乎已经消失殆尽。在地球上出露的冥古宙岩石非常少，而锆石在侵蚀或运输等过程中不易改变，甚至可以在地幔条件下保存。因此，锆石是地球早期唯一保留下来的矿物，特别是冥古宙锆石保存了有关地壳形成的环境信息，为研究地球早期陆生岩浆历史提供了宝贵的窗口。

华夏古陆这一地质概念是由葛利普提出来的，是指震旦纪至侏罗纪时期位于华夏地槽以东并高出海平面的古陆地，主要是将中国（浙闽地区）的前寒武纪变质基底分布范围称为华夏古陆。浙江南部龙泉地区的龙泉岩群即是其中典型代表。华夏古陆的提出对中国的区域地质和地质构造研究产生了巨大而深远的影响。

2014年，中国地质调查局南京地质调查中心邢光福研究员团队在浙江丽水的华夏地块龙泉岩群云母石英片岩中首次发现两颗冥古宙碎屑锆石。通过高精度测年研究，其中一颗为亚洲最古老的锆石，核部由花岗质岩浆结晶形成，年龄为41.27亿年；另外一颗锆石记录了地球最早变质事件，幔部由变质作用形成，年龄为40.7亿年，是地球上目前发现的最早的变质锆石。两颗锆石均具有极高的结晶温度和异常高的氧逸度，明显不同于世界其它地区同时代的锆石，证明冥古宙地壳性质和构造环境存在多样性，为认识地球早期大陆演化提供了新的重要信息。该研究成果在国际核心期刊公开发表，受到广泛关注。

2015年7月，《地球学报》第四期也发表《华夏地块发现亚洲最古老的锆石》一文，详细论述这一发现，表明了冥古宙时地壳性质和构造环境存在多样性，为认识地球早期大陆演化过程提供了重要新信息。

也就是说，在浙江丽水百山祖国家公园范围内发现的迄今为止亚洲最古老的锆石，为长期争议的华夏古陆存在提供了科学依据。

资料显示，近年来，除华夏陆块外，在我国的华北陆块、扬子陆块、西藏地块、中亚造山带东准噶尔等地，均陆续发现了各类冥古宙岩石或锆石，反映全球可能存在多个40亿年前的古老物源区，同时也表明我国境内的不同陆块可能有类似的早期地质演化历史。

浙江地质院第七地质大队地质博物馆内的两颗冥古宙锆石

最古老的锆石

冥古宙锆石通常被称为碎屑锆石，多分布在巴西、西藏西部、华北和华南的变质沉积岩中；而另一种被称为继承锆石的，多被发现于西澳大利亚、华北、华南、大别造山带北部和印度东部的火成岩中。

2007年，中国工程院多吉院士也在其论文中介绍，在西藏普兰县石英片岩中发现了 41亿年碎屑锆石，该年龄为当时中国最老单颗粒碎屑锆石年龄，属岩浆锆石，为研究青藏高原的地质演化提供了重要的年龄数据。

根据中国科学院地质与地球物理研究所龙奕洁的研究资料显示，目前世界上最古老的锆石是地质学家在西澳大利亚杰克·希尔地区的砂岩层中发现的。经过科学家的检测，在西澳大利亚一个牧羊场的石头中提取的微型锆石晶体已经经历了44亿年的岁月，是地壳最古老的部分之一。此后，澳大利亚国立大学地球科学研究院的安东尼·伯纳姆带领团队对有44亿年历史的微小锆石矿物颗粒进行了分析，这些矿物颗粒保存在西澳大利亚州杰克山脉的砂岩岩石中，它们也是目前地球上发现的最古老的碎片。

对此，俄罗斯《共青团真理报》网站2014年也曾进行报道，在澳大利亚农场发现的世界最古老锆石，证明了1.6亿年前太阳系就已经形成了地壳。

英国《自然·地学》杂志的报道显示，科学家利用一种最新的测年技术，对一直存在年龄争议的2001年在澳大利亚西部一个牧羊场的岩石中发现的锆石晶体进行测定，证实它确实形成于距今44亿年前的地球最早期。这块宝石其直径仅有人类头发直径的两倍，体积极小，但它对研究地球形成过程及生物出现的年代有重要意义。地球本身形成于约45亿年前，因此这一锆石样本堪称现今地球上最古老的物质。约45亿年前，地球形成时其外层经过冷却凝固，从起初的熔岩状态逐渐形成了地壳。科研人员研究认为，这块锆石的发现，说明地球在形成之后的1亿年内，就已经开始冷却形成地壳，这有可能意味着，早期地球的温度已经低到可以维持海洋乃至生命的存在。

锆石的华彩世界

锆石是天然宝石中折射率仅次于钻石、色散值很高的宝石，无色透明的锆石酷似钻石，是钻石很好的代用品。

锆的名字来源于锆石，锆石来源于波斯语“金色”，据称这种称法是因为一些锆石珠宝的颜色很夺目。

在地质学的概念里，锆石是一种硅酸盐矿物，也产于变质岩和其他沉积物中，其化学性质很稳定，所以如果运气好，也会在河流的砂砾中遇见宝石级的锆石。锆石著名的产地在挪威南部和俄罗斯乌拉尔，而世界上重要的宝石级的锆石产于老挝、柬埔寨、缅甸、泰国等地。

1789年，德国化学家马丁证明了锆石并不是钻石，澄清了人们对锆石的误解。

他通过将锆石与反应性化合物氢氧化钠共同加热，发现这两种物质反应生成了一种氧化物。马丁认为，这种氧化物内含有一种新的元素，他将这种新的氧化物命名为氧化锆，而这种新的元素命名为锆。

但在当时技术条件下尚且无法提取出纯锆，因为它与铪的化学性质很相似，而铪常常与锆共同赋存在锆矿石中。直到35年之后的1824年，瑞典化学家贝奇利阿斯通过将钾和氟锆酸钾的混合物放置于一个铁管中进行加热，成功制取出纯锆，实验所得的黑色粉末状的锆纯度达93%。近100年后，更高纯度的锆被制出。目前，大部分的锆都是从锆石和二氧化锆提取。

作为一种重要的金属矿石，锆石在工业和科学领域具有广泛的应用。由于其高熔点、高硬度、优异的耐热性和耐腐蚀性，锆石被广泛用作耐火材料，在冶金、玻璃制造、陶瓷工业以及原子能领域中起着重要作用，可以用于制造电子元器件、半导体材料和高压电容器。金属形式存在的锆，主要用于化学工业和核反应堆工业，以及用于要求耐蚀、耐高温、特殊熔合性能或吸收特殊中子的其他工业。

（作者单位：中国矿业报社）