加州理工学院发现地球形成的一些新细节

加州理工学院发现地球形成的一些新细节数十亿年前，在围绕年轻太阳运转的尘埃、气体和岩石物质组成的巨大圆盘中，越来越大的天体凝聚在一起，最终形成了我们今天看到的行星、卫星和小行星。科学家们仍在努力了解行星（包括我们的母星）的形成过程。研究人员研究地球形成过程的方法之一，就是检查从地球内部深处流出的岩浆。这些样本中的化学特征记录了地球形成的时间和物质的性质--类似于化石为我们提供了地球生物过去的线索。现在，加州理工学院的一项研究表明，早期地球是由干热物质堆积而成的，这表明我们星球上的水--生命进化的关键成分--一定是在地球形成的晚期才出现的。这项研究由一个国际研究团队参与，在地球化学助理教授、遗产医学研究所研究员弗朗索瓦-蒂索（FrancoisTissot）和中国科学院大学张以刚（YigangZhang）的实验室进行。介绍这项研究的论文最近发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。加州理工学院研究生刘伟毅是论文的第一作者。虽然人类没有办法进入地球内部，但地球深处的岩石可以以熔岩的形式自然地进入地表。这些熔岩的母岩浆可能来自地球内部的不同深度，例如上地幔，从地表下约15公里（9英里）处开始，延伸约680公里；或者下地幔，从680公里（425英里）深处一直延伸到我们脚下约2900公里（1800英里）处的地核-地幔边界。就像对蛋糕的不同层次--糖霜、馅料、海绵--进行取样一样，科学家们可以研究来自不同深度的岩浆，以了解地球各层的不同"口味"：其中的化学物质及其相互之间的比例。由于地球的形成并非一蹴而就，而是随着时间的推移而发生物质增生，因此来自下地幔和上地幔的样本提供了地球增生过程中发生的不同线索。在这项新研究中，研究小组发现早期地球主要由干燥的岩石物质组成：来自地球深处的化学特征显示缺乏所谓的挥发性物质，即水和碘等容易蒸发的物质。与此相反，上地幔样本中的挥发物比例更高，是下地幔的三倍。根据这些化学比率，Liu创建了一个模型，表明地球是由炽热、干燥的岩石物质形成的，而包括水在内的生命必需挥发物的大量增加只发生在地球形成的最后15%（或更少）时期。这项研究是对行星形成理论的重要贡献，近几十年来，这一领域经历了数次范式转变，目前仍存在激烈的科学争论。在此背景下，这项新研究对其他陆地行星--水星和金星--的构成要素的性质做出了重要预测，预计它们也是由类似的干燥物质形成的。蒂索说："对外行星的太空探索非常重要，因为水世界可能是寻找地外生命的最佳地点。但内太阳系也不应被遗忘。近40年来，还没有一个任务接触过金星表面，也从来没有一个任务到达过水星表面。我们需要能够研究这些世界，以便更好地了解地球等陆地行星是如何形成的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372395.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372395.htm

类地系外行星的存在可能比以前想象的要普遍得多

类地系外行星的存在可能比以前想象的要普遍得多试图弄清银河系中有多少颗像地球一样的行星，其中一个历来令人讨厌的事情是，我们只有一个真正的类地行星的例子，而且我们正站在它上面。由于总的样本量正好是一个，在统计学上是没有意义的，所以科学家们非常渴望在太阳系之外找到类似地球的行星，或者至少能够让我们深入了解形成这种行星的机制，从而得出有意义的结论。使地球与众不同的一个关键属性是其表面存在大量的液态水--这是生命存在的一个必要因素。目前关于地球如何获得水的假说主要围绕着水被彗星、流星或空间尘埃带到原始行星上。这是一个需要非常特殊的环境的机制，并表明有水的类地行星可能极其罕见。加州大学洛杉矶分校与卡内基科学研究所合作进行的新研究表明，有水的系外行星可能不像以前认为的那样罕见。事实上，它们可能是宇宙中非常常见的事物。这一结论是基于围绕红矮星发现的岩质超级地球的数据，而红矮星是非常丰富的。利用这些信息，该团队开发了数学模型，说明具有富氢大气和岩浆海洋的年轻行星如何在特定的化合物和反应方面进行物质交换。由加州大学洛杉矶分校教授EdYoung领导的研究小组发现，氢气溶解在液态热岩浆中，在那里与那里的氧气相互作用产生水。由于这些条件被认为在类似地球的系外行星中很常见，这意味着它们上的水也会很常见。这个过程也开启了一种可能性，即地球上的大部分水都是自制的。根据加州大学洛杉矶分校的说法，该研究的下一阶段将对系外行星的大气层进行更详细的检查，以完善他们的模型。"历史表明，我们对自己了解得越多，地球似乎就越典型，"Young说。"通过改变我们对我们在宇宙中的位置的看法，我们可能会改变我们如何进行未来研究的方法，并得出更加震撼人心的发现。"该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355161.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355161.htm

新研究揭示地球淡水出现的时间比以前认为的早5亿年

新研究揭示地球淡水出现的时间比以前认为的早5亿年科廷大学（CurtinUniversity）领导的新研究发现，有证据表明，对生命至关重要的淡水是在大约40亿年前出现在地球上的，这比以前认为的要早一亿年。主要作者、科廷大学地球与行星科学学院兼职研究员、阿联酋哈利法大学助理教授哈迈德-加马勒迪恩（HamedGamaleldien）博士说，通过分析西澳大利亚中西部地区杰克山（JackHills）的古老晶体，研究人员将淡水出现的时间线推后到了地球形成后的几亿年。Gamaleldien博士说："我们能够确定水文循环起源的日期，水文循环是水在地球上流动的连续过程，对于维持生态系统和支持地球上的生命至关重要。通过研究矿物锆石微小晶体中的年龄和氧同位素，我们发现了远在40亿年前的异常轻同位素特征。这种轻的氧同位素通常是地球表面下几公里处的高温淡水改变岩石的结果。地球深处淡水的证据挑战了现有理论，即地球在40亿年前完全被海洋覆盖"。科廷大学的雨果-奥利鲁克（HugoOlierook）博士与一块来自西澳大利亚杰克山的岩石，其中包含本研究中分析的锆石晶体。资料来源：科廷大学研究报告的合著者、科廷大学地球和行星科学学院的雨果-奥利罗克博士说，这一发现对于了解地球是如何形成以及生命是如何出现的至关重要。"这一发现不仅揭示了地球的早期历史，还表明陆地和淡水在相对较短的时间内--地球形成后不到6亿年--为生命的繁衍创造了条件。标志着我们在了解地球早期历史方面迈出了重要一步，并为进一步探索生命起源打开了大门"。编译来源：ScitechDaily作者是科廷大学地球与行星科学学院地球动力学研究小组和矿物系统时间尺度小组以及约翰-德-莱特中心的成员。部分研究是利用约翰-德莱特中心大型几何离子微探针（LGIM）设施中的CAMECA1300HR3仪器完成的，该设施由AuScope（通过联邦国家合作研究基础设施战略）、西澳大利亚地质调查局和科廷大学资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435815.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435815.htm

古老的外来恒星可能帮助启动了地球生命

古老的外来恒星可能帮助启动了地球生命一颗老化的AGB恒星在年轻恒星形成区中呼啸而过的艺术印象，这种情景现在首次被探测到了。以前发现的大多数"闯入者"都是相当年轻的恒星，但现在天文学家看到了一颗令人吃惊的老恒星，它正穿过一个不属于它的恒星形成区域。研究小组说，这种代际互动以前从未发生过。这颗老化的"闯入者"就是所谓的渐变巨枝（AGB）恒星，它们是处于暮年的红巨星，已经耗尽了氢燃料，开始燃烧氦气。事实证明，这次造访可能带来了改变恒星和行星进化过程的元素。AGB恒星会产生大量的放射性同位素，如铝-26和铁-60。人们认为，这些同位素在使地球适宜居住的过程中发挥了重要作用，推动了地球内部的早期加热，并间接促进了板块构造。如果没有它们，地球可能只是一块没有生命的岩石。但是，这些同位素是如何来到这里的一直是个谜。以前的想法包括在太阳形成时，一颗超新星在附近爆炸，但这就提出了发展中的太阳系是如何存活下来的问题。研究小组的模型显示，太阳系可能从一颗经过的AGB恒星中捕获了大量的同位素，足以为早期的地球和其他行星提供食物。这项研究的主要作者理查德-帕克（RichardParker）博士说："到目前为止，研究人员一直怀疑这些古老、进化的恒星是否会与正在形成行星的年轻恒星相遇，因此这一发现揭示了更多关于恒星的动态、关系和旅程的信息。通过证明AGB恒星能与年轻的行星系统相遇，我们了解到可能不需要铝-26和铁-60的其他来源，如大质量恒星的风和超新星，来解释太阳系中这些化学元素的起源"。为了更好地了解这种情况的发生频率，未来的工作将从寻找其他衰老恒星拜访年轻恒星的例子开始。这项研究发表在《天体物理学杂志通讯》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372991.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372991.htm

从地核到地壳：岩浆氧化在地球形成过程中的意义

从地核到地壳：岩浆氧化在地球形成过程中的意义早期地球地幔的高度氧化可能导致了类似金星的地表环境。上地幔目前的状态可能受到了地球形成后加入的金属铁的影响。因此，在地幔形成后立即确定地幔中Fe2+和Fe3+的分布情况，对了解生命出现前的地表环境和宜居行星的起源至关重要。图片下部的暗区显示的是结晶的桥粒石，上部的树枝状纹理显示的是淬火熔体。资料来源：爱媛大学地球动力研究中心前期研究和新发现在之前的研究中，科学家们发现地球的岩浆海洋比现在的上地幔富含更多的Fe3+，因此具有高度氧化性（Kuwahara等人，2023年，Nat.Geosci.）。由此产生了一个问题：上地幔的氧化态是如何降低到我们今天所观察到的程度的呢？为了找到答案，科学家们探索了在岩浆海洋的结晶阶段，Fe3+融入下地幔的可能性。研究结果表明，与共存的岩浆相比，下地幔最主要的矿物桥粒石的结晶过程中不会优先融入Fe3+。这表明，如果地球的岩浆海洋富含Fe3+，那么早期地球的上地幔也是高度氧化的。这种高氧化地幔中的挥发物脱气形成的大气会富含二氧化碳和二氧化硫，从而形成类似金星的地表环境。由于岩浆海洋结晶过程无法降低上地幔的氧化态，作者提出了地球形成后晚期生成物质中所含金属铁降低上地幔氧化态的看法。事实上，根据地幔中高度亲铁（亲铁）元素的丰度，晚期增生物质所提供的金属铁的数量与将上地幔的氧化态降低到现在所需的数量相当。要验证这一假设，还需要对地幔的氧化态进行进一步的地质制约。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383681.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383681.htm

科学家发现超地球形成过程中的第一块基石：氧化镁

科学家发现超地球形成过程中的第一块基石：氧化镁高能激光实验将这种矿物的微小晶体置于岩石行星地幔深处的那种热量和压力之下，表明这种化合物可能是形成"超级地球"系外行星的岩浆海洋中最早凝固出来的矿物。"氧化镁可能是控制年轻超级地球热力学的最重要固体，"领导这项研究的约翰-霍普金斯大学地球与行星科学助理教授琼-威克斯说。"如果它具有如此高的熔化温度，那么当一颗炙热的岩石行星开始冷却，其内部分离为地核和地幔时，它将是第一个结晶的固体。"这些研究结果最新发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上。他们认为，氧化镁从一种形态过渡到另一种形态的方式可能对控制年轻行星是雪球还是熔岩、是形成水海洋还是大气层、还是具有这些特征的混合体的因素有重要影响。威克斯说："在陆地超级地球中，这种物质将是地幔的重要组成部分，它的转变将极大地促进内部热量的快速流动，这将控制内部和行星其他部分随着时间的推移如何形成和变形。我们可以把它看作是这些行星内部的替代物，因为它将是控制其变形的物质，而变形是岩石行星最重要的组成部分之一"。在激光能量实验室的试验室内进行的冲击压缩氧化镁（MgO）的激光驱动实验。高功率激光束被用来将氧化镁样品压缩到超过地球中心的压力。辅助X射线源用于探测氧化镁的晶体结构。更亮的区域是纳秒级的发光等离子体发射。资料来源：JuneWicks/约翰-霍普金斯大学超级地球比地球大，但比海王星或天王星等巨行星小，是系外行星搜索的关键目标，因为它们在银河系的其他太阳系中很常见。威克斯说，虽然这些行星的成分可能从气体到冰或水不尽相同，但岩质超级地球预计会含有大量氧化镁，可以像在地球上一样影响行星的磁场、火山活动和其他关键地球物理。为了模拟这种矿物在行星形成过程中可能承受的极端条件，Wick的团队利用罗切斯特大学激光能量实验室的Omega-EP激光设备对小样本进行了超高压处理。科学家们还发射了X射线，并记录了这些光线在晶体上的反弹情况，以追踪它们的原子是如何随着压力的增加而重新排列的，特别是注意到它们在什么时候从固态转变为液态。当受到极度挤压时，氧化镁等材料的原子会改变排列方式，以承受挤压压力。这就是为什么随着压力的增加，这种矿物会从类似于食盐的岩盐"相"转变为类似于另一种叫做氯化铯的盐的不同构型。威克斯说，这种转变会影响矿物的粘度，并随着年龄的增长对地球产生影响。研究小组的研究结果表明，氧化镁可以在430到500千兆帕的压力和大约9700开尔文的温度（几乎是太阳表面温度的两倍）下以两种相态存在。实验还表明，这种矿物在完全熔化之前所能承受的最高压力高达600千兆帕，大约是人们在海洋最深处的海沟中所能感受到的压力的600倍。"氧化镁的熔化温度比任何其他材料或矿物都要高得多。钻石可能是最坚硬的材料，但这是最后融化的材料，"威克斯说。"说到年轻行星中的极端物质，氧化镁很可能是固态的，而地幔中悬浮的其他一切物质都会变成液态。"这项研究展示了氧化镁在极端压力下的稳定性和简易性，有助于科学家们开发更精确的理论模型，以探究氧化镁和其他矿物在像地球这样的岩石世界中的行为的关键问题。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435099.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435099.htm