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地球的所有水都来自小行星



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根据一项新研究,地球的水可能来自太阳形成的小行星物质和气体。这一新发现可以为科学家提供关于其他行星发展及其支持生命潜力的重要见解。在地球物理研究杂志:行星这一美国地球物理联盟杂志的一项新研究中,研究人员提出了一种新的理论来解决地球水源于何处以及如何来到这里的长期谜团。

这项新研究通过暗示该元素部分来自太阳形成后剩余的尘埃和气体云(称为太阳星云),对广泛接受的关于地球水中氢的观点提出挑战。为了确定地球上的水源,科学家们一直在寻找氢而不是氧的来源,因为太阳系中后者的水分更为丰富。许多科学家历来支持这样一种理论,即由于小行星上的海水和水之间的相似性,地球的所有水都来自小行星。氘(一种较重的氢同位素)与正常氢的比例是水源的独特化学特征。在地球海洋的情况下,氘与氢的比率接近于小行星的比率。

但研究报告的作者表示,海洋可能无法讲述地球氢的整个故事。亚利桑那州坦佩市亚利桑那州立大学地球与太空探索学院天体物理学教授,彼得布塞克领导的新研究报告的共同作者史蒂芬德施说:这在社区中是一个盲点。

,理工大学地球与太空探索学院教授,​​亚利桑那州立大学分子科学学院。当人们测量海水中的[氘

氢]比率时,他们发现它与我们在小行星中看到的非常接近,人们总是很容易相信这一切都来自小行星。

研究报告的作者说,最近的研究表明,地球海洋中的氢气并不代表整个地球的氢气。来自地球深处的氢气样本,靠近核心和地幔之间的边界,具有明显较少的氘,表明这种氢气可能不是来自小行星。在地球的地幔中也发现了来自太阳星云的具有同位素特征的贵重气体氦和氖。在这项新研究中,研究人员开发了一种新的地球形成理论模型,用于解释地球海洋中的氢和核

  • 地幔边界之间的这些差异,以及地球深处的稀有气体的存在。

模拟地球的开始

根据几十亿年前的新模型,大型涝渍小行星开始发育成行星,而太阳星云仍在太阳周围旋转。这些被称为行星胚胎的小行星相互碰撞并迅速生长。最终,碰撞引入了足够的能量将最大的胚胎表面融化成岩浆海洋。这个最大的胚胎最终将成为地球。来自太阳星云的气体,包括氢气和稀有气体,被巨大的岩浆覆盖的胚胎吸入,形成早期大气层。含有较少氘且比小行星氢轻的星云氢溶解在岩浆海洋的铁水中。

通过称为同位素分馏的过程,氢气被拉向年轻的地球中心。据该研究的作者称,被铁吸引的氢被金属输送到核心,而大部分较重的同位素氘保留在岩浆中,最终冷却并成为地幔。较小的胚胎和其他物体的影响继续增加水和总质量,直到地球达到其最终尺寸。这种新模型将使地球的地幔深处含有稀有气体,其核心的氘氢比低于地幔和海洋。作者使用该模型估算了来自每个来源的氢气量。他们得出的结论大部分来自小行星,但地球上的一些水确实来自太阳星云。亚利桑那州立大学分子科学与地球与太空探索学院助理研究教授,该研究的第一作者吴军说:每100个地球的水分子中,就有一个来自太阳星云。

一个有见地的模型

这组作者说,该研究还为科学家们提供了关于其他行星发展及其支持生命潜力的新观点。其他太阳系中类似地球的行星可能无法获得载满水的小行星。新研究表明,这些系外行星可以通过系统自身的太阳星云获得水。

这种模型表明,在太阳系外系统的任何足够大的岩石系外行星上都可能发生不可避免的水形成,吴说。我认为这非常令人兴奋。卡内基科学研究所的地球化学家阿纳特沙哈尔(Anat
Shahar)没有参与这项研究,他指出氢分馏因子描述了当元素溶解在铁中时氘与氢的比例如何变化,目前尚不清楚且很难测量。对于这项新研究,必须估算氢的这种性质。Shahar说,一旦实验显示氢分馏因子,新模型可以与当前的研究相吻合。这篇论文是一个非常有创意的替代旧问题,Shahar说。作者在没有实验的情况下,很好地估计了这些不同的分馏因子。

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