古代谷物中的铀同位素表明，早期的地球并不像教科书上描述的那样险恶

没有证据表明天然的核裂变反应堆在早期的地球上广泛存在。实际上，地球的地壳比以前认为的更像今天。研究人员开发了一种新的分析方法，可以测量40多亿年前微小晶体结构中的铀同位素水平。

岩石可以为试图重建地球历史的研究人员提供线索。不存在超过38亿年的岩石，因此地球前5亿年冥古宙的地球化学研究围绕着被称为锆石的极其耐用的硅酸锆矿物颗粒展开。在西澳大利亚珀斯以北800公里的杰克山的沉积岩部分，含有从43亿年前的岩石中侵蚀而来的锆石，使这些锆石成为地球上有记录的最古老的地质物质。然而，这些样本的大小限制了对某些元素的研究。

弗朗索瓦天梭美国加州理工学院(California Institute of Technology)的教授和他的同事开发了一种利用多收集器电感耦合等离子体质谱分析铀同位素的技术²³⁸U和²³⁵U在样本内。由于样品必须被稀释以进行质谱分析，该团队需要一种方法来处理比通常低10倍的液体体积，以便从锆石中获得的小铀样品被提高到可检测的浓度。

天梭解释说，“因为铀同位素系统允许我们探测存在的天然核反应堆在氧化还原条件和地质年代学方面，测量单个锆石晶体，特别是冥古宙锆石晶体中的铀同位素的想法是一个重要的目标。实现这种具有挑战性的测量方法有很大的潜力。”

研究小组将他们的技术应用于31个冥古宙锆石样本，并惊讶地发现铀同位素水平与原始陨石中发现的相似。先前的研究表明，早期地球上有较高水平的²³⁵U，高于自发核裂变所需的阈值，因此理论预测存在大量的天然核反应堆。天然反应堆会增加地球的温度和辐射水平，由于地球表面大部分是熔融的，大气中充满有毒气体，即使是最基本的微生物也无法存活。天梭的团队发现了δ²³⁸U值在-0.60‰到-0.12‰之间变化，与中非加蓬唯一已知的天然核反应堆附近发现的+24‰到+475‰相差不大。

天梭澄清说:“冥古宙锆石的成分与原始陨石相似，这意味着核反应堆没有影响这些锆石的成分。”“这些数据表明，地球历史的前5亿年并不是人们通常描述的地狱般的环境。其他研究表明，那里有水，但没有天然的核反应堆;这是一个非常现代的世界，只是氧气更少了。”

“研究地球历史最重要的因素之一是一个可靠的地代学框架，以了解事件的顺序，从地球上第一个生命的证据到大规模灭绝事件的日期，以及它们发生的时间间隔，”评论道阿纳斯塔西娅Yanchilina他是以色列魏茨曼科学研究所的同位素地球化学专家。“天梭测量单个锆石颗粒铀同位素的技术提高了测量更精确日期的能力。”

“通过锆石铀同位素测量可以改善地质年代学，但这一直被认为是不可能的分析。让所有人惊讶的是，我们发现几乎每一颗锆石都含有足够的铀，可以进行高精度分析。”他的团队目前正在简化其技术，并希望这项研究能够证明精确的同位素分析如何提高地球化学知识，了解锆石是如何以及在什么条件下形成的。