形成月球的行星碰撞使地球上的生命成為可能
研究:行星運(yùn)輸解釋了地球碳和氮的神秘特征
地球上的大部分生命必需元素——包括你體內(nèi)的大部分碳和氮——可能來(lái)自另一個(gè)星球募舟。萊斯大學(xué)(Rice University)的巖石學(xué)家在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)期刊上發(fā)表的一項(xiàng)新研究顯示戒悠，地球上的碳萍虽、氮和其他生命必需的揮發(fā)性元素假勿，很可能是在44億年前的行星碰撞中形成的皂林。
從對(duì)原始隕石的研究中舔涎，科學(xué)家們?cè)缇椭懒澈颍厍蚝吞?yáng)系內(nèi)部其他巖石行星的揮發(fā)物都被耗盡了倍试。但人們一直在熱烈討論這種不穩(wěn)定傳遞的時(shí)機(jī)和機(jī)制讯屈。我們的方案是第一個(gè)可以解釋時(shí)間和交付方式的方案，這種方式與所有地球化學(xué)證據(jù)一致县习。該證據(jù)是由Dasgupta實(shí)驗(yàn)室的高溫高壓實(shí)驗(yàn)組合而成的涮母，該實(shí)驗(yàn)室專門研究地球化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在行星深處的高溫高壓環(huán)境中躁愿。
在一系列實(shí)驗(yàn)中叛本，達(dá)曼維爾·格里瓦爾(Damanveer Grewal)收集了證據(jù)，以檢驗(yàn)一個(gè)長(zhǎng)期存在的理論彤钟，即地球的揮發(fā)物來(lái)自于與一顆核心含硫豐富的胚胎行星的碰撞来候。由于一系列令人困惑的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，除了地核以外逸雹，地球上所有地方都存在碳营搅、氮和硫云挟，所以這顆捐贈(zèng)行星的地核的硫含量很重要∽剩“地核不與地球其他部分相互作用植锉，但它上面的一切，地幔峭拘、地殼俊庇、水圈和大氣，都是相互聯(lián)系的鸡挠，”格里瓦爾說(shuō)辉饱。“它們之間的物質(zhì)循環(huán)拣展∨碚樱”
關(guān)于地球是如何接收揮發(fā)物的一個(gè)長(zhǎng)期存在的觀點(diǎn)是“后期貼面”理論，即富含揮發(fā)物的隕石备埃，即太陽(yáng)系外原始物質(zhì)的殘余物姓惑，是在地核形成之后到達(dá)地球的。雖然地球的揮發(fā)物的同位素特征匹配這些原始對(duì)象,稱為碳質(zhì)球粒隕石,元素碳氮比按脚。地球的非核心材料,地質(zhì)學(xué)家稱之為地球大部分硅酸鹽,大約有40部分碳氮,每個(gè)部分大約為20:1比率在碳質(zhì)球粒隕石的兩倍于毙。
Grewal的實(shí)驗(yàn)?zāi)M了地核形成過(guò)程中的高壓和高溫，驗(yàn)證了一種觀點(diǎn)辅搬，即富含硫的行星地核可能排除碳或氮唯沮，或者兩者兼而有之，與地球相比堪遂，這些元素在大塊硅酸鹽中所占比例要大得多介蛉。在一系列溫度和壓力范圍內(nèi)的測(cè)試中，Grewal在三種情況下檢測(cè)了有多少碳和氮進(jìn)入了內(nèi)核:無(wú)硫溶褪、10%的硫和25%的硫币旧。“氮基本上不受影響猿妈，”他說(shuō)吹菱。“相對(duì)于硅酸鹽于游，它仍可溶于合金中毁葱，只是在最高硫濃度下才開始從巖心中被排除》“”相比之下，碳在中等硫濃度的合金中溶解度要低得多筷频，含硫合金的含碳量約為無(wú)硫合金的10倍蚌成。
達(dá)斯古普塔前痘、格里瓦爾和萊斯大學(xué)博士后研究員孫晨光利用這些信息，以及已知的地球和非地球物體中元素的比例和濃度担忧，設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬程序芹缔，以找出產(chǎn)生地球揮發(fā)物的最可能場(chǎng)景。找到答案需要改變初始條件瓶盛，運(yùn)行大約10億個(gè)場(chǎng)景最欠，并將它們與今天太陽(yáng)系的已知條件進(jìn)行比較〕兔ǎ“我們發(fā)現(xiàn)的是芝硬，所有證據(jù)——同位素特征、碳氮比以及硅酸鹽地球整體碳轧房、氮和硫的總量——都與一顆含有揮發(fā)物拌阴、火星大小、核心含硫豐富的行星的成月撞擊相一致奶镶，”格里瓦爾說(shuō)迟赃。
達(dá)斯古普塔是美國(guó)國(guó)家航空航天局資助的“智慧行星”項(xiàng)目的首席研究員，該項(xiàng)目正在探索生命基本元素如何在遙遠(yuǎn)的巖石行星上聚集厂镇。達(dá)斯古普塔說(shuō):“這項(xiàng)研究表明纤壁，一顆巖石狀的類地行星，如果它是在巨大的撞擊中形成并成長(zhǎng)起來(lái)的捺信，那么它就有更多的機(jī)會(huì)獲得生命所必需的元素摄乒。這些撞擊可能來(lái)自于一顆原行星盤的不同部位，這些行星的構(gòu)造塊可能是不同的残黑♀捎樱”“這消除了一些邊界條件，”他說(shuō)梨水∈没纾“這表明，生命必需揮發(fā)物可以到達(dá)行星的表層疫诽，即使它們是在經(jīng)歷了不同條件下的地核形成的行星上產(chǎn)生的舅世。”達(dá)斯古普塔說(shuō)奇徒，地球上的大量硅酸鹽本身似乎無(wú)法達(dá)到產(chǎn)生生物圈雏亚、大氣層和水圈的生命必需的不穩(wěn)定平衡∧Ω疲“這意味著我們可以擴(kuò)大對(duì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)性元素聚集在一個(gè)星球上支持我們所知的生命的途徑的研究罢低。”
