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

地球形成的速度比以前想象的要快得多 外星生命存在的可能性增加

地球形成的速度比以前想象的要快得多外星生命存在的可能性增加当我们在日常生活中四处走动时，我们可能不会经常想到地球本身。然而，这个星球是我们生存的基础，提供我们呼吸的空气、饮用的水以及将我们固定在地面上的重力。直到最近，研究人员还认为，地球的形成用了1亿多年的时间，水是通过与彗星等富含水的小行星的偶然碰撞而产生的。然而，哥本哈根大学的一项新研究表明，地球的形成可能并非纯粹的运气问题。地球形成的新理论地球研究所的MartinBizzarro教授和该研究的合著者解释说：“我们表明，地球是由毫米大小的小卵石快速堆积形成的。在这种机制下，地球的形成仅用了数百万年。看来地球上水的存在是其形成的副产品。”研究结果表明，地球的形成速度比以前想象的要快得多，而水的存在是这一形成过程的预期结果。这些信息对我们了解太阳系外的行星具有重要意义。“有了这种新的行星形成机制，银河系中存在宜居行星的可能性比我们之前想象的要高得多，”Bizzarro说。宜居性是指行星表面具有适合生命发展的正确成分的潜力，而水是关键成分。参与该研究的副教授马丁·席勒(MartinSchiller)阐述道：“长期以来，人们一直在争论行星是如何形成的。一种理论认为，行星是由物体逐渐碰撞形成的，在1亿年的时间里它们的大小逐渐增加。在这种情况下，地球上水的存在需要某种偶然事件。”μ54Fe57/56–μ58Ni62/61空间同时增生和核形成过程中地幔Fe-Ni同位素演化的蒙特卡罗模拟。椭圆代表2s.e.测量的BSE、IIIAB和CI同位素组成的间隔。灰线代表卵石增生过程中原地球地幔的演化。彩色线条代表形成月球的巨大撞击的各种结果，这取决于撞击期间与地球地幔平衡的忒伊亚核心部分。平衡程度由色标显示，圆圈突出显示与Theia核心的平衡的10%和30%。尘埃粒子在地球形成中的作用然而，这项新研究引入了这种信念的范式转变，它提供了地球创造的新理论。“在行星生长的年轻太阳周围有一个圆盘。磁盘充满了小灰尘颗粒。一旦行星达到一定大小，它就会像真空吸尘器一样，迅速吸走所有灰尘，这有助于它在短短几百万年内增长到地球大小，”博士解释说。学生IsaacOnyett是该研究的通讯作者。这种小尘埃颗粒的“吸尘”在地球的形成中发挥了关键作用，并确保水被输送到我们的星球。该圆盘还包含冰晶颗粒，它们与尘埃一起被吸收，在地球形成期间促成了水的存在。这种理解上的转变提高了其他行星上存在水的可能性。预测其他行星上的水“这个理论预测，只要你形成像地球这样的行星，上面就会有水。如果你去另一个行星系统，那里有一颗行星绕着一颗太阳大小的恒星运行，那么如果距离合适，这颗行星应该有水，”Bizzarro断言。研究人员使用硅同位素来了解行星形成的机制和时间尺度。通过分析60多种不同陨石和行星体的同位素组成，该团队建立了地球和火星等岩石行星与其他天体之间的遗传关系。这种方法提供了对组装形成地球的构建块类型以及它们聚集在一起的过程的洞察力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365859.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365859.htm

研究发现地球表面的水到达地核形成独特薄层 从而改变了地核的成分

研究发现地球表面的水到达地核形成独特薄层从而改变了地核的成分图示由于水引起的化学反应，硅晶体从地球外核的液态金属中流出。资料来源：DanShim/美国科学院大学一个由亚利桑那州立大学科学家沈丹（DanShim）、金泰贤（TaehyunKim）和地球与太空探索学院的约瑟夫-奥罗克（JosephO'Rourke）组成的国际研究小组揭示，来自地球表面的水可以渗透到行星深处，改变金属液体内核最外层区域的成分，形成一个独特的薄层。他们的研究成果于11月13日发表在《自然-地球科学》（NatureGeoscience）杂志上。研究表明，数十亿年来，地表水被下降或俯冲的构造板块输送到地球深处。在到达地表下约1800英里的地核-地幔边界时，这些水引发了深刻的化学作用，改变了地核的结构。地球内部示意图，显示了俯冲水和上升的岩浆柱。在俯冲水与地核的交界处，发生了化学交换，在最上层的外核形成了富氢层，而在地幔底部则形成了致密的二氧化硅。资料来源：延世大学地核-地幔边界的化学相互作用Shim和他的团队与韩国延世大学的YongJaeLee一起，通过高压实验证明，俯冲水与地核材料发生了化学反应。这种反应形成了富氢、贫硅层，将最顶部的外核区域改变成薄膜状结构。此外，反应生成的二氧化硅晶体上升并融入地幔。据预测，这种经过改造的液态金属层密度较小，地震速度降低，与地震学家绘制的异常特征相一致。"多年来，人们一直认为地核与地幔之间的物质交换很小。然而，我们最近的高压实验却揭示了不同的情况。我们发现，当水到达地核-地幔边界时，会与地核中的硅发生反应，形成二氧化硅。"这一发现以及我们之前观察到的水与铁液中的碳在极压下发生反应形成钻石的现象，都表明地核与地幔之间的相互作用更为活跃，表明存在大量的物质交换。这一发现推进了我们对地球内部过程的了解，表明全球水循环比以前认识到的更为广泛。改变了的地核"薄膜"对连接地表水循环和深层金属内核的地球化学循环有着深远的影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398165.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

科学家发现地球生命的潜在星际起源

科学家发现地球生命的潜在星际起源在地球上出现生命之前，基本的有机分子是由氮、硫、碳和磷等稀缺元素形成的。新的研究表明，富含这些元素的宇宙尘埃可能通过在地球上，特别是在冰原融洞中的高浓度积累，启动了前生物化学，从而有可能导致生命组成元素的形成。资料来源：NASA/JPL-Caltech事实上，生命的基本组成元素是如此稀少，以至于化学反应很快就会耗尽，如果它们真的能够进行的话。地球组成岩石的侵蚀和风化等地质过程也无法确保充足的供应，因为地壳中包含的这些元素实在太少了。尽管如此，在地球历史的前5亿年里，发生了一种前生物化学反应，产生了诸如RNA、DNA、脂肪酸和蛋白质等有机分子，所有生命都是在这些有机分子的基础上诞生的。所需数量的硫、磷、氮和碳从何而来？地质学家、诺米斯研究员克雷格-沃尔顿坚信，这些元素主要是以宇宙尘埃的形式来到地球的。这些尘埃是在太空中产生的，例如当小行星相互碰撞时。即使在今天，每年仍有约3万吨尘埃从太空落到地球上。然而，在地球诞生的早期，尘埃的数量要大得多，每年高达数百万吨。然而，最重要的是，尘埃粒子含有大量的氮、碳、硫和磷。因此，它们有可能引发化学级联反应。然而，灰尘的散布范围很广，在任何一个地方都只能发现极少量的灰尘，这一事实与上述说法相悖。沃尔顿说："但如果把运输过程包括在内，情况就会不同。风、雨或河流在大范围内收集宇宙尘埃，并以浓缩的形式沉积在某些地方。"澄清问题的新模式为了弄清宇宙尘埃是否可能是启动前生物化学（反应）的源头，沃尔顿与剑桥大学的同事们一起建立了一个模型。研究人员利用该模型模拟了在地球历史的最初5亿年里，有多少宇宙尘埃落到了地球上，以及这些尘埃可能在地球表面的哪些地方积聚。他们的研究现已发表在科学杂志《自然-天文学》上。该模型是与剑桥大学的沉积专家和天体物理学家合作开发的。英国研究人员专门从事行星和小行星系统的模拟研究。模拟显示，早期地球上可能存在宇宙尘埃浓度极高的地方。而且，来自太空的补给源源不断。然而，地球形成后，尘埃雨迅速锐减：5亿年后，尘埃流比零年小了一个数量级。研究人员将偶尔出现的上升高峰归因于小行星碎裂并向地球发送了尘埃尾流。冰原上的融化洞是尘埃陷阱大多数科学家和普通人都认为，地球被岩浆海洋覆盖了数百万年；这将在很长一段时间内阻止宇宙尘埃的迁移和沉积。沃尔顿说："然而，最近的研究发现，有证据表明地球表面冷却和凝固的速度非常快，并形成了大面积的冰原。"根据模拟结果，这些冰原可能是宇宙尘埃积聚的最佳环境。冰川表面的融化孔--即所谓的冷冻孔--不仅会使沉积物积聚，也会使来自太空的尘粒积聚。随着时间的推移，尘埃粒子中释放出相应的元素。当它们在冰川水中的浓度达到临界值时，化学反应就会自动开始，从而形成有机分子，这就是生命的起源。即使在熔洞冰冷的温度下，化学过程也有可能开始进行。沃尔顿说："低温并不会破坏有机化学，相反，低温下的反应比高温下的反应更有选择性和特异性。其他研究人员已经在实验室中证明，简单的环形核糖核酸（RNA）会在冰点附近的温度下自发地在这种融水汤中形成，然后进行自我复制。该论点的一个弱点可能是，在低温条件下，形成有机分子所需的元素只能非常缓慢地从尘埃粒子中溶解出来。"启动关于生命起源的辩论沃尔顿提出的理论在科学界并非没有争议。这项研究肯定会引发一场有争议的科学辩论，但它也会引发关于生命起源的新观点。早在18和19世纪，科学家们就确信陨石将沃尔顿所说的"生命元素"带到了地球。即使在当时，研究人员也在来自太空的岩石中发现了大量这些元素，但在地球的基岩中却没有发现。沃尔顿说："然而，从那时起，几乎没有人考虑过前生物化学主要是由陨石引发的这一观点。"沃尔顿解释说："陨石的想法听起来很有吸引力，但有一个问题。一块陨石只能在有限的环境中提供这些物质；陨石撞击地面的位置是随机的，而且无法保证进一步的供应。我认为，生命的起源不太可能依赖于几块广泛而随机散落的岩石。"另一方面，我认为富集的宇宙尘埃是一个可信的来源。"沃尔顿的下一步将是通过实验检验他的理论。在实验室中，他将使用大型反应容器来重现原始熔洞中可能存在的条件，然后将初始条件设定为40亿年前低温熔洞中可能存在的条件，最后再观察是否真的发生了产生生物相关分子的化学反应。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428240.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428240.htm

加州理工学院绘制的5.7万像素火星全球地图可轻松放大看火山口细节

加州理工学院绘制的5.7万像素火星全球地图可轻松放大看火山口细节该图像本身就是一个令人印象深刻的工程壮举。它是由美国宇航局的火星侦察轨道器（MRO）在其17年的火星测绘生涯中拍摄的11万张独立图像组成的马赛克组合，捕捉到了这个星球表面的99.5%。整个图像由超过5.7万亿个像素组成，每个像素仅代表5米的面积，标志着其分辨率比以前最清晰的火星地图要高出20倍。而使用它的使用体验也是不可思议的，它就像便于使用的3D地球仪，可以旋转，然后选择一些看起来像黑暗条纹或明亮的环状物并放大。随着视角的靠近，火山口、峡谷、悬崖、山脉、沙丘甚至个别岩石都可以成为焦点。你可以将视角从自上而下翻转到侧面，所以看起来你就像站在火星表面上欣赏风景。如果你想参观亮点，地图的底部有一些方便的快捷方式。你可以跳进去看机遇号、好奇号和毅力号等探测器的着陆点，后两者显示了它们在地表上行走的路径。你可以观察火星上最大的山--奥林匹斯山，或者潜入火星谷，一个比地球大峡谷长10倍、深5倍的峡谷系统。左图：完成的马赛克图像的一个部分。右图：同一地区，不同的源图像被突出显示，以说明地图是如何构建的NASA/JPL-Caltech/MSSS该地图的大部分是通过一种特征匹配算法拼接在一起的，该算法将相邻的图像对齐并混合重叠的区域，以形成一个无缝的全球地图。也就是说，大约13000张图像必须手工缝合，这是一个艰苦的过程，花了该团队三年的时间。最终的结果是一张高分辨率的火星地图，对每个人，从科学家到学童，都是有用和有启发性的。3D火星查看器可以从加州理工学院的网站上访问：https://murray-lab.caltech.edu/CTX/V01/SceneView/intro_c.html...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354309.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354309.htm