地球上的生命元素是靠与其他行星碰撞获得的

来源:快科技发布时间:2019-01-25

地球与火星大小的行星发生碰撞,并与其核心含硫量约为25%至30%的行星合并。

地球上的生命元素是靠与其他行星碰撞获得的

据外媒报道,一种新的理论认为,地球可能与另一个行星碰撞,才有了生命所需的元素。

44亿年前,一个火星大小的天体撞向了地球,同时把月球送入了环绕地球的永久轨道。但一项新的研究发现,这一事件的影响可能比先前想象的要大得多。这次碰撞也可能使我们的星球充满了碳、氮和硫磺等生命必需的元素。

那时,地球有点像今天的火星。它有一个核,一个地幔,但它的非核心部分非常缺乏生命必需的挥发性元素,如氮、碳和硫。在我们星球的非核心部分,被称为“块状硅酸盐地球”的元素可以相互混合,但它们从不与核心元素相互作用。虽然有一些挥发性物质存在于地球的核心,但它们无法进入地球的外层。

一种理论认为,一种特殊类型的陨石,称为碳质球粒陨石,撞击地球,并给予块体硅酸盐地球这些挥发性元素。这一观点基于这样一个事实:氮、碳和氢的不同版本(或同位素)的比例似乎与这些陨石上的比例相匹配。因此,该理论的支持者认为,陨石一定是这些元素的来源。

但是一个问题:碳氮的比例下降了。

研究人员Damanveer Grewal是德克萨斯州休斯敦莱斯大学地球环境和行星科学系的四年级博士生。他所在的研究小组决定从另一个角度来探究碳氮比例问题:如果另一颗行星带来了这些元素,该怎么办?

“地球可能与许多不同类型的行星相撞,”Grewal说,“这些行星中的一颗会给大块硅酸盐地球提供正确的元素比例吗?如果这次碰撞发生,这两个行星核就会合并,而两个行星核心合并就意味着元素就会合并。”

因此,他们开始模拟一个可能与我们的星球相撞的行星。在实验室里,在一种特殊的熔炉中,Grewal和他的团队创造了高温、高压的条件,在这种条件下,行星的核心可能形成。在石墨胶囊(碳的一种形式)中,它们将金属粉末(代表核心,包括铁等与氮结合的元素)与不同比例的硅酸盐粉末(硅和氧的混合物,目的是模仿假设的地球地幔)结合在一起。

通过在实验中改变温度、压力和硫的比例,研究小组创造了这些元素如何在假设行星的核心和其他部分之间分配的情景。

他们发现,在高浓度的氮和硫存在的情况下,碳不容易与铁结合,而氮与铁的很容易结合。因此,Grewal说,为了使氮被排除在核心之外,并且存在于地球的其他地方,它应该含有很高浓度的硫。

然后,他们将这些可能性输入一个模拟中,并提供了关于不同的挥发性元素行为的信息,以及地球外层现今碳、氮和硫的含量。在进行了超过10亿次的模拟之后,他们发现,最有可能导致碳氮的正确比例是,地球与火星大小的行星发生碰撞,并与其核心含硫量约为25%至30%的行星合并。

“这个理论非常有可能。”Célia Dalou说,他是法国研究中心的实验岩石学家,他没有参与这项研究,但是他说:“这项工作是不同团队多年研究的非常成功的结果。”

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