地球上的⽔,并⾮外来的?

作者: 不⼆北⽃

来源: https://carnegiescience.edu/how-did-earth-get-its-water

发布日期: 2023-04-16 20:31:33

新研究表明,地球上的水可能是“自制”的,而非外来输送的,这一过程可能很容易在其他星球上复制。研究还通过分析年轻地球与其大气层之间的相互作用,为地核的密度之谜提出了新的解释。

在已知的银河系中,地球毫⽆疑问是独⼀⽆⼆的,它拥有恰到好处的条件来⽀持⼤⽓、液态⽔,还有⽣命的存在。在地球的诸多谜团中,有两个特别令⾏星科学家困惑:⼀个是⽔的来源,另⼀个是地核(由⾦属铁构成)的密度要低于应有的。关于地球上⽔的来源,⼀种流⾏的观点是,在地球形成过程中,⼩⾏星和彗星等天体与地球相撞,为地球播下了⽔的“种⼦”。

但现在,⼀篇发表于《⾃然》杂志上的新研究表明,地球⽔可能是“⾃制”的,⽽⾮外来输送的,⽽且创造地球⽔的过程可能很容易在其他星球上复制。此外,这项研究通过分析年轻地球与其⼤⽓层之间的相互作⽤,也为地核的密度之谜提出了⼀种新的解释。要了解地球的组成,⾸先需要知道⾏星是如何形成的。⼏⼗年来,研究⼈员对⾏星形成的了解主要基于我们的太阳系。

虽然关于⽊星和⼟星等⽓态巨⾏星的形成存在⼀些争论,但⼈们普遍认为,如地球⼀样的岩质⾏星,是从环绕在年轻恒星周围的尘埃和⽓体盘吸积形成的。虽然地球的⼤⽓层现在只有薄薄的⼀层,但根据天⽂观测,像地球这样的岩质⾏星在早期是充满了⽓体的。这些观测表明,在年轻恒星周围的⾏星形成盘中,⼤约含有99%的氢⽓和氦⽓,⽽尘埃中含有的其他元素,如硅、碳、氧,占剩下的1%。

在过去的⼗年⾥,系外⾏星研究的爆发为模拟地球的⾏星胎状态提供了⼀种新的⽅法。岩质的“超级地球”是在银河系中发现的数量最多的系外⾏星。它们让科学家清楚地意识到,在⾏星刚形成的最初⼏百万年中,被富含氢分⼦的⼤⽓包围是件⾮常常⻅的事。最终,这些氢⽓会消散,并在年轻⾏星的成分上留下印记。利⽤这些信息,研究⼈员为地球的形成和演化创建了⼀个新的模型,来探索分⼦氢⼤⽓和岩浆洋之间的物质交换。

他们的分析结果表明,在地球的“婴⼉”时期,⼀颗质量是现代地球的0.2~0.3的⾏星胎被由氢⽓构成的原始⼤⽓覆盖,氢⽓与含有⼤量氧⽓的岩浆洋相互作⽤,反应⽣成⽔。研究⼈员表示,即使形成地球的岩⽯物质是完全⼲燥的,这些氢分⼦⼤⽓与岩浆洋之间的相互作⽤也⾜以产⽣⼤量的⽔。这只是对地球演化的⼀种可能解释,研究⼈员表示,当然也有可能还存在其他⽔源,但那些不是解释地球当前状态的必要条件。

新的模型的强⼤之处在于,它除了为地球上的⽔的起源之谜提供了⼀个合理解释之外,还同时解释了为什么地球的铁核密度⼩于纯铁。因为岩浆洋会与氢分⼦⼤⽓的相互作⽤,可能导致⼤量氢向地球的⾦属核移动。此外,这个模型还描绘了氧化铁是如何融⼊到地球的硅酸盐地幔的,从⽽也为地幔的氧化提供了解释。

与此同时,这项⼯作还表明,如果地球上的⼤部分⽔都是在地球上形成的,且银河系中的许多⼤型类地⾏星也是在类似的条件下形成的,那么有理由认为,可能有很多类地⾏星上都有⾜够的⽔存在。接下来,研究团队计划寻求更深⼊的研究,他们将更详细地探索系外⾏星⼤⽓的化学成分,并希望能从点缀我们银河系的⽆数系外⾏星中,了解到更多关于地球和整个星系的信息。

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