从熔岩到生命 科学家探究地球早期高度氧化的岩浆海洋

从熔岩到生命科学家探究地球早期高度氧化的岩浆海洋研究提供了有关早期地球大气层的新见解，表明它是由氧化态比以前认为的更高的岩浆海洋中的脱气挥发物形成的。研究发现，早期地球岩浆海洋的Fe3+含量是今天上地幔的十倍，从而形成了富含二氧化碳和二氧化硫的大气层。陆地行星的大气层一直被认为是由内部的挥发物脱气形成的，其成分主要受地幔氧化态的控制。要了解地幔氧化态，地幔中亚铁（Fe2+）和铁（Fe3+）的丰度是关键，因为地幔氧化态随这两种铁氧化物的相对丰度而变化。图像中心的明亮区域表示淬火金属熔体，周围的灰色区域表示淬火硅酸盐熔体。样品被封装在石墨囊中，在加热实验中转变为金刚石。资料来源：爱媛大学地球动力研究中心地幔氧化状态和研究结果日本爱媛大学领导的一项实验研究表明，在相当于下地幔深度的高压条件下，金属饱和岩浆中通过Fe2+的氧化还原歧化形成Fe3+的效率比以前想象的要高。在这一反应中，Fe3+和金属铁（Fe0）由2Fe2+生成，Fe0偏析到地核中增加了残余岩浆中Fe3+的含量及其氧化态。实验结果表明，地核形成时地球岩浆海洋中的Fe3+含量比现在的上地幔高出约一个数量级。对早期地球岩浆洋的影响这表明岩浆洋在地核形成后的氧化性比现在的地幔强得多，这种高氧化性岩浆的挥发物脱气形成的大气应该富含二氧化碳和二氧化硫。此外，作者还发现，根据地质记录的推断，估计的地球岩浆海洋氧化态可以解释40多亿年前的哈代岩浆的氧化态。由于生物分子在富含二氧化碳的大气中的形成效率相当低，作者推测地球形成后还原物质的后期增殖在提供生物可用有机分子和形成宜居环境方面发挥了重要作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378841.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378841.htm

重写地球早期历史：科学家在原始岩浆中发现高氧化铁

重写地球早期历史：科学家在原始岩浆中发现高氧化铁一项新的研究表明，早期地球岩浆海洋的氧化程度明显更高，导致大气中富含二氧化碳和二氧化硫。这可能阻碍了生物大分子的形成，表明后期还原物质的增殖对宜居性至关重要。爱媛大学领导的一项实验研究表明，在相当于下地幔深度的高压条件下，通过金属饱和岩浆中Fe2+的氧化还原歧化形成Fe3+的效率比以前想象的要高。在这一反应中，Fe3+和金属铁（Fe0）由2Fe2+形成，Fe0偏析到地核中增加了残余岩浆中Fe3+的含量及其氧化态。图片中心的亮区为淬火金属熔体，周围的灰色区域为淬火硅酸盐熔体。样品被封装在石墨囊中，在加热实验中转变为金刚石。资料来源：爱媛大学地球动力研究中心实验结果表明，地核形成时地球岩浆海洋中的Fe3+含量比现在的上地幔高出约一个数量级。这表明岩芯形成后的岩浆洋比现在的地幔氧化性强得多，这种高氧化性岩浆中的挥发物脱气形成的大气可能富含二氧化碳和二氧化硫。此外，作者还发现，根据地质记录的推断，估计的地球岩浆海洋氧化态可以解释40多亿年前的哈代岩浆的氧化态。由于生物分子在富含二氧化碳的大气中的形成效率相当低，作者推测地球形成后还原物质的后期增殖在提供生物可用有机分子和形成宜居环境方面发挥了重要作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375363.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375363.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

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

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

地球史的秘密守护者：锆石帮助科学家揭示亿万年地质之谜

地球史的秘密守护者：锆石帮助科学家揭示亿万年地质之谜锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，它是时间的记录者，也是了解许多地质现象（如氧化状态）的化学窗口。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始时间。来源：中国科学出版社锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，在岩浆（熔岩）冷却时结晶，可在岩浆岩中发现微量锆石。岩浆的形成构成了地球上的山脉。通过与水和大气的相互作用，山脉分解成沉积物。锆石坚固又稳定，耐风化和侵蚀，很少会消失在历史中，因此沉积物中的这种矿物（所谓的"碎屑锆石"）最能让人了解地球的过去。锆石富含铀（U-Pb测定法），是时间的记录者，也是了解许多地质现象（如氧化态）的化学窗口。火成岩源锆石和沉积物源锆石的ΔFMQ移动平均值（未显示低于10%的比例）与超大陆汞齐化时间间隔。与沉积源相关的岩浆在大约600Ma的周期性中更为减少，并在26亿年时形成。来源：中国科学出版社研究小组采用了Loucks等人（2020年）的一种新方法来确定花岗岩岩浆的氧化态，该方法利用锆石中Ce、U和Ti的比率来跟踪地壳岩浆在地球历史上的氧化态变化，该计算方法不需要知道离子电荷，也不需要确定结晶温度、压力或母体熔体成分。"以前的方法包括Ce/Ce*和Eu/Eu*氧压计，但每种方法都有与温度、压力、主岩化学成分变化或测量Ce/Ce*和Eu/Eu*异常所需的REE元素精度有关的局限性"。来自西澳大利亚的BobLoucks说。这种改进的氧化仪能够更可靠地评估氧化状态的变化，现在可以从全球构造随时间变化的角度来解释氧化状态的变化。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始时间。关键的一点是，位于地球表面的岩石可以被带回到地幔深处（地表以下数百至数千公里处）。我们的数据表明，这种现象不仅发生在今天，而且可能已经持续了数十亿年。通过观察从地球早期、30亿年前的锆石到今天形成的锆石，我们发现它们形成时的岩浆氧化还原状态。碎屑锆石的氧化态（以ΔFMQ表示）在大约35亿年前升高，随后在过去30亿年中平均ΔFMQ>0，这表明大洋岩石圈在最终形成的俯冲带中被回收回地幔。研究表明，氧化还原态的下限在26亿年前急剧下降，标志着界限分明的大陆的形成和大洋岩石被埋回地球深部地幔。此外，研究人员还发现了氧化还原模式的周期性：每隔6亿年左右，大陆就会聚集在一起形成超级大陆，如冈瓦纳大陆、罗迪尼亚大陆、努拉大陆和苏比利亚大陆。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425023.htm