?众所周知,海洋覆盖了地球表面积的70%以上,大气中富含挥发性元素(碳、氮和氧),地球似乎从诞生之初就一直在为生命体的发展提供完美的生存环境。但是那些挥发性元素是如何形成的以及何时到达地球上的呢?原来,答案就埋在黄石国家公园下面几千公里深的地方。
当我们的地球在45亿年之前诞生之初时,太阳系内还是一个非常混乱的地方。科学家认为,地球是由几公里大小的小行星之间反复剧烈碰撞而形成的,最终一颗火星大小的小行星与雏形时的地球发生了一次剧烈的碰撞,这次碰撞之后导致了月球的形成。这次撞击产生了大量的能量,这些能量可能会融化整个地球,并有可能使地球失去挥发性元素,如氧、碳和氮。同时使地球变得更加干燥,缺乏生命体所必需的化学成分。
然而,科学界一个普遍的共识是,在那次导致月球形成的撞击之后,地球得到了挥发性元素的补给,这可能要归功于来自寒冷的系外彗星和小行星。然而,最近一组来自法国洛林大学的研究人员与来自牛津大学伍兹霍尔海洋学研究所以及国家地理和火山研究所的科学家们建议需要重新审查这种向地球释放挥发性元素补给的说法。
科学家们为了能够一瞥早期地球的化学成分,便决定前往黄石国家公园收集那里火山系统释放的气体。伍兹霍尔海洋学研究所的彼得·巴里表示,黄石国家公园是研究地球原始化学成分的理想地点,因为那里释放的火山气体在地球深处往往会有一个源头,可以看到地球内部最原始的部分。
通过测量黄石国家公园火山喷发物中所含的气体成分,如氪和氙,科学家们能够确定隐藏在地球深处的挥发物来源。因为惰性气体是一组特殊的元素,不受化学和生物过程的影响,不像碳等其他元素。因此,即使地球历经了45亿年的发展,惰性气体仍然可以作为一种挥发物“指纹”来使用。
研究小组发现,黄石公园下方的地幔保留着氪和氙的“指纹”,其与陨石的指纹极其吻合。但也许更为重要的是,通过利用氙的特性,科学家们能够证明,在地球历史的大部分时间里,黄石地幔源中所含的稀有气体一直被隔离在地幔深处。
洛林大学(Universitéde Lorraine)的伯纳德·马蒂教授(Bernard Marty)认为,氙有九种不同的同位素,但是其中的一种特殊的同位素,氙-129,可以帮助我们了解挥发物是何时在早期地球上形成的。氙-129可以说是独一无二的,因为它是由碘-129的放射性衰变形成的,碘-129的半衰期很短。这意味着,在地球漫长历史中的最初一亿年里,所有的碘-129都转变成了氙-129,氙-129便被锁定在其地幔深处的位置。
研究发现,黄石地幔源中氙-129的含量明显不同于其他火山。因此可以说明,尽管地球已经经历了45亿年的发展变迁,但它仍保留着其挥发性元素,而最初的彗星和小行星的“造访”是否给地球带来了挥发性元素的补给,还需要科学家做进一步研究来证明地球是如何获得挥发性元素并成为我们今天所熟知的可居住星球的。
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