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

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

科学家解释为什么黄金和铂金更接近地球表面

科学家解释为什么黄金和铂金更接近地球表面早期地球上大型碰撞的艺术效果图。耶鲁大学和SwRI的科学家们提出了一个新理论，解释了为什么黄金和铂金更接近地球表面，重点是一个独特的"瞬变"地幔区域，它捕获并分布着这些金属。资料来源：SwRI/Marchi耶鲁大学艺术与科学学院地球与行星科学教授科雷纳加-君（EzoicJunKorenaga）和科罗拉多州博尔德SwRI研究员西蒙娜-马奇（SimoneMarchi）在《美国国家科学院院刊》（ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences）杂志上发表的一项研究中提供了详细信息。他们的新理论为黄金、铂金和其他贵金属如何进入地球地幔浅层而非地核深处这一悬而未决的问题提供了可能的答案。从更广泛的意义上讲，这一新理论为了解整个宇宙中行星的形成提供了启示。Korenaga说："我们的研究是一个很好的例子，说明我们在重新审视传统智慧之后，有了意想不到的发现。"世界各地科学家的最新研究证实，数十亿年前，早期原地球与太空中月球大小的大型天体相撞，留下的物质沉积物折叠成了今天的地球。但这一吸收过程一直是个谜。黄金和铂金除了因其稀缺性、美观性和在高科技产品中的应用而受到重视外，还是所谓的高度"嗜铁"元素。它们与铁元素的吸附力如此之强，以至于它们几乎会全部聚集在地球的金属内核中--要么在撞击时直接与金属内核融合，要么从地幔迅速沉入内核。按照这种逻辑，它们不应该聚集在地球表面或其附近。然而，它们确实聚集了。Korenaga和Marchi的理论围绕着地幔中一个薄薄的"瞬变"区域展开，在这个区域中，地幔的浅层部分熔化，而深层部分则保持固态。研究人员发现，这一区域具有特殊的动态特性，能够有效地捕获坠落的金属成分，并将它们缓慢地输送到地幔的其他部分。他们的理论认为，这种输送仍在进行中，瞬变区域的残余物呈现为"大型低剪切速度区"--地幔深处众所周知的地球物理异常现象。Marchi："这种瞬变区域几乎总是在大型撞击物撞击早期地球时形成，这使得我们的理论相当可靠。"研究人员说，新理论不仅解释了地球地球化学和地球物理演化过程中以前难以理解的方面，而且还突出了地球形成过程中涉及的广泛时间尺度。Korenaga说："我们发现的一个引人注目的现象是，瞬变地幔区的动态变化发生在很短的时间内--大约一天，但它对地球后续演化的影响却持续了几十亿年。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396399.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396399.htm

远古海洋和行星碰撞的遗迹 科学家揭开地球神秘"D"层的新面纱

远古海洋和行星碰撞的遗迹科学家揭开地球神秘"D"层的新面纱与完美的球体不同，D"层出人意料地错落有致。它的厚度因地而异，有些地区甚至完全没有"D"层--就像大陆高出地球海洋一样。这些有趣的变化吸引了地球物理学家的注意，他们将D"层描述为一个异质或非均匀区域。由胡青阳博士（高压科学与技术高等研究中心）和邓杰博士（普林斯顿大学）领导的一项新研究表明，"D"层可能起源于地球的早期。他们的理论基于"巨型撞击假说"（GiantImpacthypothesis），该假说认为一个火星大小的天体撞击了原地球，在撞击后形成了一个覆盖整个地球的岩浆海洋。他们认为，"D"层可能是这一巨大撞击留下的独特成分，可能蕴藏着地球形成的线索。邓杰博士强调，在这个全球岩浆海洋中存在大量的水。这些水的确切来源仍是一个争论不休的话题，人们提出了各种理论，包括通过星云气体和岩浆之间的反应形成，或由彗星直接输送。普遍的观点认为，水会随着岩浆的冷却而向岩浆海洋的底部集中。到最后阶段，最靠近地核的岩浆所含的水量可能与地球现今的海洋相当。海底岩浆海洋中的极端压力和温度条件创造了一种独特的化学环境，促进了水和矿物之间发生意想不到的反应。胡青阳博士解释说："我们的研究表明，这种含水岩浆海洋有利于形成一种富铁相，即过氧化铁镁。这种过氧化物的化学式为（Fe,Mg）O2，与下地幔中的其他主要成分相比，它对铁的偏好更为强烈。根据我们的计算，这种过氧化物对铁的亲和力可能会导致在几公里到几十公里厚的地层中积累以铁为主的过氧化物。"地核-地幔边界异质结构的形成这种富铁过氧化物相的存在将改变D"层的矿物组成，偏离我们目前的理解。根据新的模型，D"层的矿物将以一种新的组合为主：贫铁硅酸盐、富铁（铁、镁）过氧化物和贫铁（铁、镁）氧化物。这种以铁为主的过氧化物还具有低地震速度和高导电性，使其成为解释D"层独特地球物理特征的潜在候选物质。这些特征包括超低速度区和高电导率层，两者都是D"层众所周知的成分异质性的原因。研究结果表明，由岩浆海洋中的古水形成的富铁过氧化物在形成"D"层的异质结构方面发挥了至关重要的作用。这种过氧化物对铁的强烈亲和力在这些富铁斑块和周围地幔之间形成了鲜明的密度对比。从根本上说，它就像一个绝缘体，阻止它们混合，并有可能解释在下地幔底部观察到的长期异质性。这个模型与最近的数值建模结果非常吻合，表明最下层地幔的异质性可能是一个长期存在的特征。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432963.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432963.htm

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

地球的隐藏客人：地幔深处的奇异球体是古行星的遗迹

地球的隐藏客人：地幔深处的奇异球体是古行星的遗迹地球深部地幔中的大型低速区（LLVPs）可能是忒伊安地幔物质的遗迹。20世纪80年代，地球物理学家有了一个惊人的发现：在靠近地球中心的深处发现了两块大陆大小的异常物质，一块位于非洲大陆下方，另一块位于太平洋下方。每个圆球的大小是月球的两倍，其组成元素的比例可能与周围的地幔不同。这些奇怪的圆球通常被称为LLVP，这是从哪里来的呢？由加州理工学院研究人员领导的一项新研究表明，它们是数十亿年前一颗古老行星与地球发生剧烈碰撞的残留物，那次巨大的撞击也创造了我们的月球。这项发表在11月1日《自然》杂志上的研究还为另一个行星科学之谜提出了答案。长期以来，研究人员一直假设月球是在地球和一颗被称为忒伊亚的小行星之间的巨大撞击之后产生的，但在小行星带或陨石中从未发现忒伊亚的踪迹。这项新研究表明，忒伊亚的大部分被年轻的地球吸收，形成了低纬度地区，而撞击产生的残留碎片则凝聚成了月球。这项研究由O.K.Earl博士后学者、地质学和地球化学埃莉诺和约翰-R-麦克米伦教授保罗-阿西莫（PaulAsimow，93年硕士，97年博士）和约翰-E-和海泽尔-S-斯米茨地球物理学教授兼克拉伦斯-R-艾伦领导讲席教授、加州理工学院地震学实验室主任、加州理工学院施密特软件工程学院院长迈克尔-古尼斯（MichaelGurnis）领导。科学家通过测量穿越地球的地震波首次发现了LLVPs。地震波以不同的速度穿过不同的物质，在20世纪80年代，首次发现了地球结构深处的大规模三维变化。在最深的地幔中，地震波模式主要由靠近地核的两个大型结构的特征组成，研究人员认为这两个结构具有异常高的铁含量。铁含量高意味着这些区域的密度高于周围环境，导致穿过它们的地震波速度减慢，因此被称为"大型低速层"。2019年，地球物理学家出身的QianYuan参加了亚利桑那州立大学教授米哈伊尔-佐洛托夫（MikhailZolotov）举办的关于行星形成的研讨会。佐洛托夫提出了巨型撞击假说，而Qian则指出月球含有相对丰富的铁元素。佐洛托夫补充说，目前还没有发现一定与地球相撞的撞击物的痕迹。"就在米哈伊尔说没有人知道撞击器现在在哪里之后，我有了一个'尤里卡时刻'，意识到富含铁的撞击器可能已经转化成了地幔球，"Qian说。Yuan与多学科合作者一起模拟了忒伊亚的化学成分及其撞击地球的不同情况。模拟结果证实，碰撞的物理学原理可能导致了低地壳和月球的形成。忒伊亚的部分地幔可能已经融入地球本身，并最终凝结成块，结晶在一起，形成了今天在地核-地幔边界可以探测到的两个不同的圆球；碰撞产生的其他碎片混合在一起，形成了月球。影响和未来研究既然发生了如此剧烈的撞击，为什么忒伊亚的物质会聚集成两个不同的圆球，而不是与其他正在形成的行星混合在一起呢？研究人员的模拟结果表明，忒伊亚撞击产生的大部分能量都留在了地幔的上半部分，使得地球的下地幔比早期分辨率较低的撞击模型估计的温度要低。由于下地幔并没有被撞击完全熔化，忒伊亚撞击产生的富铁物质在向地幔底部移动的过程中基本保持了完整，就像熄灭的熔岩灯中的彩色石蜡块一样。如果下地幔的温度更高（也就是说，如果它从撞击中获得了更多的能量），它就会更彻底地与富铁物质混合，就像搅拌过的颜料罐中的颜色一样。下一步将研究地球深处早期存在的忒伊亚异质材料会如何影响我们星球的内部过程，如板块构造。阿西莫说："LLVPs是忒伊亚残余物这一观点的一个合乎逻辑的结果是，它们非常古老。因此，接下来研究它们对地球最早的演化产生了什么影响是有意义的，比如在适合现代板块构造的条件出现之前，俯冲就已经开始了，第一块大陆的形成，以及现存最古老的陆地矿物的起源。"新研究解答了行星科学中两个长期存在的谜团：地核附近神秘的巨型"圆球"物质是什么，撞击地球产生月球的行星发生了什么？加州理工学院的一项新研究表明，那颗古老行星的残骸仍在地球内部，从而解释了地核-地幔边界附近"圆球"的起源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393815.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393815.htm