研究发现30亿年前的地幔温度升高热使地球地壳“年轻化”

研究发现30亿年前的地幔温度升高热使地球地壳“年轻化”为了进一步了解地壳的历史，研究人员对中国西南扬子克拉通花岗岩中的锆石颗粒进行了研究（如显微镜下所示）。图片来源：WeiWang然而，陨石坑是微小锆石颗粒的家园，其中含有多种同位素系统，如铀、铪、氧或铅，为我们提供了一种了解数十亿年前历史的方法。与熔岩或岩浆形成的火成锆石相比，在岩石风化后的沉积物中发现的碎屑锆石能更连续地记录地球的历史。但是，由于碎屑锆石缺乏关于其来源岩石的岩石成因信息，它们可能会人为地暗示古老岩石的年轻年龄和不正确的铪同位素。在一项新的研究中，科学家们重点研究了完整的火成岩锆石。以前的研究表明，在距今约30亿年前从古新纪向中新纪过渡期间，位于碎屑岩和火成岩锆石中的铪同位素比值有所增加。这种增加被认为是地壳年轻化的结果，即较新的岩浆注入较老的地壳岩石。人们普遍认为，岩浆的增加也标志着从不动的地壳和地幔过渡到更加不稳定的板块运动时期。新研究对中国西南西南扬子克拉通花岗岩岩石的火成锆石和其他地球化学性质进行了研究，对这一理论提出了挑战。研究人员认为，这一时代全球范围内发生的地壳年轻化是地幔温度升高的结果，而不是大范围构造活动的结果。通过分析火成岩锆石中的同位素收集到的数据表明，较年轻的岩浆流入现有的大陆地壳，导致地幔岩石熔化，热岩浆在地壳-地幔边界汇集。这些部分熔化的岩浆有的会冷却成花岗岩，如西南扬子克拉通的花岗岩。这一过程可能在大陆地壳的生长过程中发挥了重要作用，并为我们今天所知的地球构造的起源提供了新的可能解释。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429134.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429134.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

像重装甲一样的地壳 - 新研究揭示了火星的独特结构

像重装甲一样的地壳-新研究揭示了火星的独特结构苏黎世联邦理工学院的火星地震服务中心于2022年5月检测到地球以外天体上有史以来最强烈的火星地震。这一事件的震级约为4.6级，通过作为NASA洞察号火星任务一部分部署的地震仪在火星表面记录下来。“这次火星地震发出了沿着火星表面传播的强烈地震波，”苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的地震学家DoyeonKim说。经过三年多的日常监测，随着InSight地震仪功率水平的下降，研究人员获得了一次大规模火星地震的数据。从这次大型火星地震中观测到的表面波不仅从地震源传播到测量站，而且还继续绕着整个行星传播了几次。这些数据不仅提供了有关火星特定区域的信息，还提供了火星的全球视图。地震学家、刚刚发表在《地球物理研究快报》杂志上的一项研究的主要作者说：“从这次地震中，我们观察到了围绕火星旋转三圈的表面波，这是整个洞察号任务期间记录的最大地震。”为了获得有关波穿过的结构的信息，研究人员测量了这些波在不同频率下传播的速度。火星表面的地形图（左）和地壳厚度的表示（右）。图片来源：MOLA科学团队/DoyeonKim，苏黎世联邦理工学院这些地震速度提供了对不同深度的内部结构的洞察。此前，观测到的两次大型陨石撞击产生的表面波也使得沿着其特定传播路径的区域发现成为可能。“现在，我们有了代表全球结构的地震观测数据，”金说。将新获得的结果与火星重力和地形的现有数据相结合，研究人员能够确定火星地壳的厚度。平均长度为42至56公里（26-35英里）。平均而言，伊西迪斯冲击盆地的地壳最薄，约为10公里（6英里），而塔尔西斯省的地壳最厚，约为90公里（56英里）。从这个角度来看，地震数据表明，地壳的平均厚度为21至27公里（13–17英里），而阿波罗任务地震仪测定的月球地壳平均厚度为34至43公里。“这意味着火星地壳比地球或月球的地壳厚得多，一般来说，太阳系中较小的行星体比较大的行星体具有更厚的地壳。”金解释说：“我们很幸运能够观察到这次地震。在地球上，我们很难使用与火星上发生的相同震级的地震来确定地壳的厚度。虽然火星比地球小，但它传输地震能量的效率更高。”这项研究最重要的结果之一涉及火星北半球和南半球之间的差异。自从望远镜出现以来，人们就观察到了这种对比。它在火星卫星的图像中尤其明显。火星的北半球由平坦的低地组成，而南半球则有高原。北部低地和南部高地之间的划分被称为火星二分法。“人们可能认为这种差异可以用两种不同的岩石成分来解释，”金说：“一种岩石比另一种更致密。”虽然南北的成分可能相同，但地壳的厚度却有所不同。如果南部地壳较厚，则其下方的火星地幔物质密度较低，而北部地壳较薄，则这种致密、较重的物质较多。研究人员究竟能够证明什么？他们写道：“根据地震观测和重力数据，我们表明北部低地和南部高地的地壳密度相似。相比之下，南半球的地壳比北半球的地壳延伸得更深。”金说：“这一发现非常令人兴奋，它结束了关于火星地壳起源和结构的长期科学讨论。去年对陨石撞击火星的分析已经提供了证据，证明南北地壳是由相同的材料构成的。”从厚厚的火星地壳中也可以得出进一步的结论。“我们的研究提供了地球如何产生热量并解释了火星的热历史，”金说。当今火星内部产生的主要热量来源是钍、铀和钾等放射性元素衰变的结果。研究发现，50%至70%的产热元素存在于火星地壳中。这种高积累可以解释为什么下面的局部区域今天可能仍在发生熔化过程。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371757.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371757.htm

火星上的早期地壳比以前认为的更加复杂 甚至与早期地球类似

火星上的早期地壳比以前认为的更加复杂甚至与早期地球类似这张TithoniumChasmata的斜视图，构成了火星VallesMarineris峡谷结构的一部分，是由数字地形模型和欧空局火星快车上的高分辨率立体相机的天底线和彩色通道生成的。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin,CCBY-SA3.0IGO但是在一项新的研究中，科学家们在红色星球的南半球发现了一些地方，其化学元素硅的浓度比在一个纯粹的玄武岩环境中所预期的要高。猛烈撞击火星的太空岩石通过挖掘埋藏在地表下数英里的材料暴露了硅的浓度，揭示了一个深藏不露的过去。该研究的通讯作者ValeriePayré说："火星岩石成分中有更多的二氧化硅，使岩石不是之前认为的玄武岩，而是我们所说的成分更进化的岩石。这告诉我们火星上的地壳是如何形成的，肯定比我们所知道的更复杂。因此，它更多的是关于理解这个过程，特别是它对地球的地壳最初如何形成意味着什么。"Payré是爱荷华大学地球和环境科学系的一名助理教授。科学家认为火星形成于大约45亿年前。红色星球究竟是如何形成的仍然是一个谜，但有一些理论。一种观点认为，火星是通过太空中岩石的巨大碰撞形成的，这种碰撞凭借其强烈的热量，催生了完全液化的状态，也被称为岩浆海洋。该理论认为，岩浆海洋逐渐冷却，产生了一个地壳，就像一层皮肤，它将是单一的玄武岩。由爱荷华大学地球和环境科学助理教授ValeriePayré领导的研究人员发现，火星上的早期地壳比以前认为的起源更复杂。研究人员在火星的南半球找到了九个富含一种叫做长石的矿物的地点（见上图）。长石与不止是简单的火山起源的地形有关。这一发现可能意味着火星的形成可能与地球的行星起源相似。"资料来源：爱荷华大学ValeriePayré另一个理论是，岩浆海洋理论并不能解释一切，火星上的部分第一层地壳有不同的起源，会显示出不同于玄武岩的二氧化硅浓度。Payré和她的研究伙伴分析了火星勘测轨道飞行器为该星球的南半球收集的数据，以前的研究表明南半球是最古老的地区。研究人员发现了九个地方--如火山口和地形的断裂--富含长石，这是一种与熔岩流相关的矿物，其硅质含量高于玄武岩。"这是第一条线索，"Payré说。"正是因为这些地形富含长石，我们才探索了那里的二氧化硅浓度。"以前在火星的其他地区也发现了长石，但是进一步的分析显示，这些地区的化学成分更像是玄武岩。这并没有阻止科学家们，他们转向了另一台仪器的协助，它被称为热发射成像系统，缩写THEMIS。火星奥德赛轨道飞行器上的这个仪器可以通过火星表面的红外波长反射来检测二氧化硅的浓度。通过THEMIS的数据，研究小组确定他们所选地点的地形是硅质的，而不是玄武岩的。为了进一步证实他们的观察结果，在撒哈拉沙漠发现的ErgChech002等陨石显示了类似的硅质和其他矿物成分，该小组在火星上的九个地点观察到了这些陨石。研究人员还测定了该地壳的年代约为42亿年，这将使其成为迄今为止在火星上发现的最古老的地壳。Payré说她对这个发现感到轻微的惊讶。她说："已经有探测器在表面观察到硅质岩石多于玄武岩，因此，有想法认为地壳可能是更多的硅质。但是我们从来不知道，而且我们仍然不知道，早期地壳是如何形成的，或者它有多老，所以它仍然是一种谜。"虽然火星的地壳起源仍然被掩盖，但地球的地壳历史就更不清楚了，因为由于数十亿年来大陆板块的移动，我们星球的原始地壳的所有残余都早已被抹去。尽管如此，这一发现可能为我们了解地球的起源提供了启示。"我们不知道我们星球的地壳是什么时候开始的；我们甚至不知道生命是什么时候第一次出现的，"Payré说。"许多人认为这两者可能是相关的。因此，了解很久以前的地壳是什么样的，可以帮助我们了解我们星球的整个演变过程。"Payré作为北亚利桑那大学的博士后研究人员进行了这项研究。这项名为"通过光谱学揭示火星上暴露的进化的早期地壳"的研究于11月4日在线发表在《地球物理研究快报》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332557.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332557.htm

对地球磁场及板块构造的新研究正挑战现有生命出现理论

对地球磁场及板块构造的新研究正挑战现有生命出现理论佛罗里达州立大学(FSU)一名教员的研究正在帮助揭示更多有关地球上生命起源所需条件的信息。助理教授理查德·博诺(RichardBono)是一个多机构团队的成员，波诺详细解释了该团队的发现及其对板块构造和地球生命起源的影响。板块构造涉及地球表面大板块的水平运动和相互作用。新的研究表明，移动板块构造——被认为是创造宜居行星所必需的——39亿年前地球上并没有发生。图片来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw研究表明，地球磁场在3.9至34亿年前是稳定的，这与已知最古老的化石相对应。与从单个地点获取数据的早期研究不同，研究人员测量了在两个独立的古代大陆块的矿物锆石中发现的磁性载体。研究结果表明，磁场在超过5亿年的时间里一直保持稳定且几乎相同。这种不变的场可以用固定不动的大陆来解释，但在地球历史的大部分时间里，构成大陆的岩石板块在地球表面不断运动——这种现象称为板块构造。这一发现有助于我们确定移动板块构造可能何时开始。为什么这很重要？板块构造被认为是地球上生命存在的基本因素之一。当今大陆和海洋以及像盘古大陆这样的超级大陆的构造是由于板块构造造成的。通过岩石地壳的形成和破坏，板块构造被认为可以控制生命所需元素的循环。然而，移动板块构造开始的时间尚不清楚。如果地球上的生命起源于大约38亿年前，那一定是在这个停滞时期。这一发现表明，现代移动板块构造并不是生命起源的必要条件，这扩大了我们对行星宜居因素的理解。那么这项研究如何扩展了我们对地球现有的了解？先前的研究记录了早在42亿年前就存在来自地核的磁场的证据。但该数据仅来自澳大利亚。因为它来自一个大陆，所以无法用它来检测板块运动。这项研究添加了来自不同大陆的新数据，使我们能够研究不同地点场强的相对变化，这有助于推断可能的板块运动。研究人员在分析了在澳大利亚和南非实地考察期间收集的岩石样本，以寻找尺寸小于一毫米的单个锆石颗粒，并在罗切斯特大学的磁屏蔽实验室中通过用激光加热样品颗粒并使用超高灵敏度磁力计测量磁化强度的变化来测量样品的磁化强度，同时还在加拿大地质调查局使用超高分辨率离子微探针测量了每个锆石颗粒的年龄。利用这些新数据，新的统计分析可以将其与现有的板块运动模型进行比较，在新数据集中看到的情况无法用至少过去6亿年来板块构造过程的正常变化来解释。这项研究是由罗切斯特大学教授JohnTarduno领导的多机构共同努力，其他合著者来自加拿大地质调查局、加州大学圣克鲁斯分校、约翰内斯堡大学、威特沃特斯兰德大学、亚利桑那大学、夸祖鲁-纳塔尔省和日本地质调查局。该研究得到了国家科学基金会的支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369461.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369461.htm

从类星体到黑洞：光谱能量使既定理论受到质疑

从类星体到黑洞：光谱能量使既定理论受到质疑通过对类星体中超大质量黑洞产生的辐射进行研究，科学家们发现光谱能量分布不受类星体内在亮度的影响，这是对既有观点的挑战。他们的研究表明，标准的吸积盘理论可能无法完全解释观测到的现象，强调了吸积盘风可能发挥的作用。此外，他们的研究还揭示了类星体的平均极紫外光谱能量分布与经典吸积盘理论的预测有很大偏差。这一发现对经典模型提出了挑战，并为包含广泛吸积盘风的模型提供了有力支持。相关结果于2023年10月5日在线发表在《自然-天文学》上。图1：艺术家绘制的超大质量黑洞吸积气体并在吸积盘中发光的示意图。资料来源：NASA/JPL-Caltech类星体是一类极其明亮的河外星系天体，其中心的大质量超大质量黑洞不断吞噬着宿主星系核心区域的气体。巨大的引力势能被释放到气体形成的吸积盘上，转化为热能和电磁辐射，从而形成异常明亮的星系核。类星体也被称为"宇宙巨兽"，因为它们的本征光度特别高。根据标准的吸积盘理论，吸积盘会在光谱能量分布中产生众所周知的"蓝色大凸起"，其峰值预计会出现在极紫外区。中心黑洞的质量越大，吸积盘的预期温度就越低，极紫外光谱就越柔和。观测发现，亮度更高的类星体（超大质量黑洞质量更大）显示出相对较弱的发射线（由更柔和的极紫外光谱解释），这就是著名的鲍德温效应（BaldwinEffect），似乎与经典的吸积盘模型一致。图2：类星体的紫外光谱能量分布斜率（右轴，空心数据点）与固有亮度无关，无法解释鲍德温效应（左轴，实心数据点）。资料来源：中国科学技术大学挑战经典理论蔡振义副教授和王俊贤教授的研究直接关注大样本类星体的光学-紫外光谱能量分布。该研究利用了地面SDSS和空间GALEX的观测数据，控制了紫外探测的不完整性。他们发现类星体的平均紫外光谱能量分布并不取决于其内在亮度，这不仅表明内在亮度的差异无法解释鲍德温效应，而且对标准吸积盘理论的预测提出了挑战。同时，研究人员提出了鲍德温效应可能的新物理起源：亮度更高的类星体吸积盘温度波动更弱，因此无法发射更多的发射线云。图3：类星体的平均本征光学-紫外光谱能量分布（红色数据点），明显比标准吸积盘预测值（左图）柔和，但与盘风模型预测值（右图）一致。资料来源：中国科学技术大学提出新模型此外，研究还修正了星系间介质吸收的影响，发现类星体的平均极紫外光谱比之前所有的研究结果都要柔和。这一差异对标准吸积盘模型提出了重大挑战，但与吸积盘风模型的预测结果十分吻合，表明类星体中普遍存在盘风。这项研究的结果对于深入理解超大质量黑洞吸积物理学、黑洞质量增长、宇宙再电离、宽线区起源、极紫外尘埃消光等各个方面具有广泛的意义。未来，具有紫外线探测能力的卫星项目，如中国空间站望远镜（CSST），将大大增强我们对类星体和类似天体物理性质的了解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388701.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388701.htm