He,Ne,Ar,Kr,Xe等惰性元素在地球上的含量和全宇宙的平均比例相比小得驚人。這一事實(shí)不由得使人認(rèn)為,這些元素只能以氣體而不能以其它方式存在,而這些元素在原始地球的表面幾乎是沒有的。
Ar的豐度在地球上非常小,比不上其他惰性元素??磥磉@是因為40Ar是由地売巖石中的40K產(chǎn)生并逸出而留在大氣中的緣故。
現(xiàn)在大氣中40Ar的總量=原始大氣中40Ar的量十整個地質(zhì)時代從地球內(nèi)部逸出的4°Ar的量=原始大氣中的40Ar/36Ar×原始大氣中36Ar的量+45億年間在地球內(nèi)部蓄積40Ar的量×40Ar的逸出率α。松尾、小沼等(1967)推測原始大氣中40Ar/36Ar≈6×10-5,設(shè)地殼巖石的40K為300ppm,把這些數(shù)值代入上式,得到:6.56×1019=(6×10-5)×(2.24×1017)+(2.66×1020)×(α),計算出α為0.25,這就是說蓄積于地球內(nèi)部40Ar的25%在45億年間逸出到大氣中。庫爾普(J.L.Kulp,1951)認(rèn)為40Ar逸出率為14%,也有人認(rèn)為充其量逸出11%。這是因為數(shù)字取法不同,因而出現(xiàn)了差異。且說,估計地球內(nèi)部能活動的水量并不是容易的,若竟以隕石的數(shù)據(jù)為參考,那么估計存在于地殼和地幔中水分的量約為2×1025克左右,現(xiàn)在地球表面的水量約為2×1024克,這就是說,約10%的水溢出到地表上來。原始大氣中Ar的存在量和現(xiàn)在大氣中的存在量相比,小得可忽略不計,因此可以認(rèn)為,在這45億年間,Ar從地球內(nèi)部逸出供給大氣并停留在大氣中,所以表4.1所列出的以水為首的揮發(fā)性物質(zhì),可以設(shè)想它們們均不存在于原始大氣和原始海水中,而可能是和Ar一樣,以相同的速度在這45年間從地球內(nèi)部逸出達(dá)到地表并停留在地表上的。這就引進(jìn)了一個極為重要的事實(shí)。即在原始地球上天然水和大氣幾乎都是沒有的,而是在這45億年間從地球內(nèi)部逸出到地表而產(chǎn)生的。支持這種想法的事實(shí)很多。首先提出了這樣的問題:在地幔中果真存在水嗎?看來,可以認(rèn)為是存在的(久城,1968)。這是因為在地幔上部的玄武巖質(zhì)巖漿中含有水的緣故,是由于玄武質(zhì)巖漿凝固而生成的玄武巖、輝長巖、粗粒玄武巖含有水,以及在被認(rèn)為來自上地幔的玄武巖石中發(fā)現(xiàn)橄欖石團(tuán)塊,并在這些團(tuán)塊中曾發(fā)現(xiàn)因存在水而生成的角閃石以及少量云母等的緣故。
此外,就作為揮發(fā)性物質(zhì)代表之一的CO2來考慮,若是現(xiàn)在地球表面存在的全部CO2量,從一開始就存在于原始大氣中的話,那么推測大氣中CO2分壓約為15個大氣壓左右。可想而知,在這種條件下,生物的誕生大概是不可能的,而且由于大氣中的CO2不吸收來自于太陽的熱量,而產(chǎn)生溫室效應(yīng),所以推測寒武紀(jì)開始時,地球表面應(yīng)處于高溫狀態(tài)等等,這和地質(zhì)學(xué)上的觀察是相矛盾的。在最初原始大氣中,CO2幾乎是不存在的,后來由地球內(nèi)部供給的,這樣來考慮比較圓滿合適。從以上種種事實(shí)來看,認(rèn)為揮發(fā)性物質(zhì)(即大氣和天然水的材料物質(zhì))在原始地球的表面是沒有的,它們是在這45億年間從地球內(nèi)部逸出的,這樣來考慮似覺妥當(dāng)。
其次,這些物質(zhì)供給地球表面的速度,換句話說,就是大氣和海水生成的速度大體上又是怎樣的呢?試作一探討。
雖然有如圖4.1所示的各種不同的探討情況(B.H.Ma-son,1952),但如認(rèn)為揮發(fā)性物質(zhì)通過火山和溫泉逸出,那么從現(xiàn)在算起約30億年前它們的大部分已完成了這種逸出,這種想法,看來并不牽強(qiáng)(北野,1968,1969),這是因為地球歷史開始時全球溫度很高,急劇地進(jìn)行著造陸運(yùn)動的緣故。若考慮生命的誕生至少是在距今30億年前這一事實(shí),彼時地球表面已處于適合生物生存的穩(wěn)定狀態(tài),產(chǎn)生這種想法是自然的,作者采用了在圖4.1中的康韋(I)的想法。