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翻譯:張瀚之
校對:牧夫校對組
編排:陶邦惠
后臺:朱宸宇
https://www.space.com/astronomy/earth/scientists-discover-1st-evidence-of-4-5-billion-year-old-proto-earth-buried-deep-within-our-planet
文章內(nèi)容速覽:人類首次找到原始地球物質(zhì)仍被保存至今的直接證據(jù)。
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這張假想圖展示了一個熾熱的原始地球。大約45億年前,它仍是一顆熔融的巖漿星球。近期,來自格陵蘭、加拿大與夏威夷的古老巖石被發(fā)現(xiàn)保留著一種罕見的化學(xué)印記,而這種印記可能來自那顆尚未經(jīng)歷猛烈撞擊的原始地球。
圖片來源:Stocktrek Images/Getty Images
一場跨越45億年的化學(xué)信號
科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn),地球內(nèi)部或許仍然留存著原始地球時期的物質(zhì)痕跡,也就是在那場形成月球的災(zāi)難性撞擊之前,地球曾經(jīng)的模樣。
這項研究在10月14日被發(fā)表在《自然·地球科學(xué)》上。看起來我們地球巖石中深埋的微小化學(xué)線索在歷經(jīng)數(shù)十億年時間的洗禮后仍幾乎未被改變,為我們提供了一個窺視通往地球最初樣子的窗口。
麻省理工學(xué)院地球與行星科學(xué)系助理教授聶(Nicole Nie)表示:“這或許是我們第一次直接看見原始地球的遺跡。”
熾熱巖球的誕生
約45億年前,年輕的太陽系還是一片氣體與塵埃的旋渦。那個時候,行星與小行星還在混亂中逐漸成形,年輕的地球還是一顆被巖漿海覆蓋的熾熱球體。
不到一億年后,一顆與火星大小相當(dāng)?shù)男⌒行桥c地球猛烈地撞在了一起。這場災(zāi)變幾乎熔化并重新混合了整個地球,同時在沖擊的碎片中誕生了月球。科學(xué)家一直認(rèn)為,這次巨撞事件幾乎抹去了地球早期化學(xué)的所有痕跡。
但聶的團(tuán)隊在古老巖石中發(fā)現(xiàn)了一些微妙的新證據(jù):鉀-40同位素比預(yù)期更少,這種異常或許正是原始地球殘留物的化學(xué)指紋。
“這說明我們看到的是巨撞事件之前的地球碎片,”聶說,“這令人驚訝,因為這樣的早期印記本應(yīng)在地球演化中逐漸被抹去。”
鉀同位素:來自地心的信號
鉀元素在自然界中有三種同位素:鉀-39、鉀-40與鉀-41,這些同位素在中子數(shù)上略有差異。
早在2023年,聶的團(tuán)隊曾分析過來自太陽系不同區(qū)域、不同年代形成的隕石,發(fā)現(xiàn)其中鉀同位素的比例存在細(xì)微差異。這意味著鉀同位素可以作為行星原始材料來源的追蹤標(biāo)記。
于是,在新研究中,科學(xué)家們將目光投向地球最古老、最深層的巖石,也就是來自格陵蘭、加拿大阿比蒂比(Abitibi)與溫尼伯奧西斯(Winnipegosis)巖帶的樣本,以及夏威夷的火山巖和美國西北部的紐伯里火山巖。
“如果原始地球的鉀特征被保存下來,那它最可能藏在地球最古老、最深層的巖石中。”聶說。
實驗與模型驗證
聶的團(tuán)隊將這些古老巖石研磨成了粉末、用酸溶解后提取出鉀,再利用超高精度質(zhì)譜儀測定三種同位素的比例。結(jié)果顯示,這些巖石中鉀-40的含量確實比理論預(yù)測值更低。
為了驗證這一發(fā)現(xiàn),團(tuán)隊又建立了計算機(jī)模型,測試各種地質(zhì)或宇宙過程(比如小行星撞擊、地幔對流、行星大規(guī)模熔融)是否能解釋這一比例。結(jié)果就是,這些古老巖石中保留的是巨撞事件未能完全混合的原始地幔,無論哪種模擬情境,模型中的鉀-40都略多于實際巖石樣本中的含量。
在此前的研究中,隕石樣本也顯示過鉀同位素異常,但與地球樣本的鉀-40缺失并不完全相同,這說明形成原始地球的物質(zhì)可能仍未被發(fā)現(xiàn)。
“科學(xué)家一直嘗試通過不同類型隕石的化學(xué)成分來重建地球的原始組成。但我們的研究顯示,目前已知的隕石種類并不完整,我們對地球起源的理解還遠(yuǎn)未結(jié)束。” 這項研究也為我們提供了前所未有的證據(jù):地球深處,也許仍沉睡著45億年前的原始?xì)埰谀菆龈淖兲栂蹈窬值脑虑蛘Q生巨撞之后,它依然靜靜存在。
責(zé)任編輯:郭皓存
牧夫新媒體編輯部
『天文濕刻』 牧夫出品
微信公眾號:astronomycn
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天問二號探測器與地球合影
圖片來源:中國國家航天局
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