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惊人。这一事实不由得使人认为,这些元素只能以气体而不能以其它方式存在,而这些元素在原始地球的表面几乎是没有的。
Ar的丰度在地球上非常小,比不上其他惰性元素。看来这是因为40Ar是由地売岩石中的40K产生并逸出而留在大气中的缘故。
现在大气中40Ar的总量=原始大气中40Ar的量十整个地质时代从地球内部逸出的4°Ar的量=原始大气中的40Ar/36Ar×原始大气中36Ar的量+45亿年间在地球内部蓄积40Ar的量×40Ar的逸出率α。松尾、小沼等(1967)推测原始大气中40Ar/36Ar≈6×10-5,设地壳岩石的40K为300ppm,把这些数值代入上式,得到:6.56×1019=(6×10-5)×(2.24×1017)+(2.66×1020)×(α),计算出α为0.25,这就是说蓄积于地球内部40Ar的25%在45亿年间逸出到大气中。库尔普(J.L.Kulp,1951)认为40Ar逸出率为14%,也有人认为充其量逸出11%。这是因为数字取法不同,因而出现了差异。且说,估计地球内部能活动的水量并不是容易的,若竟以陨石的数据为参考,那么估计存在于地壳和地幔中水分的量约为2×1025克左右,现在地球表面的水量约为2×1024克,这就是说,约10%的水溢出到地表上来。原始大气中Ar的存在量和现在大气中的存在量相比,小得可忽略不计,因此可以认为,在这45亿年间,Ar从地球内部逸出供给大气并停留在大气中,所以表4.1所列出的以水为首的挥发性物质,可以设想它们们均不存在于原始大气和原始海水中,而可能是和Ar一样,以相同的速度在这45年间从地球内部逸出达到地表并停留在地表上的。这就引进了一个极为重要的事实。即在原始地球上天然水和大气几乎都是没有的,而是在这45亿年间从地球内部逸出到地表而产生的。支持这种想法的事实很多。首先提出了这样的问题:在地幔中果真存在水吗?看来,可以认为是存在的(久城,1968)。这是因为在地幔上部的玄武岩质岩浆中含有水的缘故,是由于玄武质岩浆凝固而生成的玄武岩、辉长岩、粗粒玄武岩含有水,以及在被认为来自上地幔的玄武岩石中发现橄榄石团块,并在这些团块中曾发现因存在水而生成的角闪石以及少量云母等的缘故。
此外,就作为挥发性物质代表之一的CO2来考虑,若是现在地球表面存在的全部CO2量,从一开始就存在于原始大气中的话,那么推测大气中CO2分压约为15个大气压左右。可想而知,在这种条件下,生物的诞生大概是不可能的,而且由于大气中的CO2不吸收来自于太阳的热量,而产生温室效应,所以推测寒武纪开始时,地球表面应处于高温状态等等,这和地质学上的观察是相矛盾的。在最初原始大气中,CO2几乎是不存在的,后来由地球内部供给的,这样来考虑比较圆满合适。从以上种种事实来看,认为挥发性物质(即大气和天然水的材料物质)在原始地球的表面是没有的,它们是在这45亿年间从地球内部逸出的,这样来考虑似觉妥当。
其次,这些物质供给地球表面的速度,换句话说,就是大气和海水生成的速度大体上又是怎样的呢?试作一探讨。
虽然有如图4.1所示的各种不同的探讨情况(B.H.Ma-son,1952),但如认为挥发性物质通过火山和温泉逸出,那么从现在算起约30亿年前它们的大部分已完成了这种逸出,这种想法,看来并不牵强(北野,1968,1969),这是因为地球历史开始时全球温度很高,急剧地进行着造陆运动的缘故。若考虑生命的诞生至少是在距今30亿年前这一事实,彼时地球表面已处于适合生物生存的稳定状态,产生这种想法是自然的,作者采用了在图4.1中的康韦(I)的想法。