一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，形成月球的遠(yuǎn)古碰撞可能也帶來(lái)了生命所需的所有成分。44億年前，一個(gè)火星大小的天體撞向一個(gè)原始地球，將我們的月球送入圍繞地球的永久軌道。但一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，這一事件的影響可能比之前認(rèn)為的要大得多。科學(xué)家于2019年1月23日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上的研究表明：這次碰撞還可能為我們的星球（地球）注入了生命形成所需的碳、氮和硫。那時(shí)的地球有點(diǎn)像今天的火星，它有一個(gè)地核和一個(gè)地幔，但非核心部分在揮發(fā)性元素如氮，碳和硫方面很差。我們星球的非核心部分元素，被稱為“塊狀硅酸鹽地球”，可以相互混合，但它們從不與核心的元素相互作用。

博科園-科學(xué)科普：雖然一些揮發(fā)物存在于地核中，但它們無(wú)法到達(dá)地球的外層，然后碰撞發(fā)生了。一種理論認(rèn)為，一種被稱為碳質(zhì)球粒隕石特殊類型的隕石撞擊地球，使大塊硅酸鹽地球產(chǎn)生了這些揮發(fā)性元素。這一觀點(diǎn)基于這樣一個(gè)事實(shí)：氮、碳和氫的同位素比例似乎與這些隕石上發(fā)現(xiàn)的比例相匹配。因此，該理論的支持者認(rèn)為，隕石肯定是這些元素的來(lái)源。但只有一個(gè)問(wèn)題：碳和氮的比例失調(diào)了。德克薩斯州休斯敦萊斯大學(xué)(Rice University)的這項(xiàng)研究作者達(dá)曼維爾·格里瓦爾(Damanveer Grewal)說(shuō)：這些隕石的碳含量約為氮的20倍，而地球非核心物質(zhì)的碳含量約為氮的40倍。

古老的碰撞

因此該研究的作者們決定測(cè)試另一種理論：如果另一顆行星帶來(lái)了好東西怎么辦？地球可能與許多不同類型的行星相撞，這些行星中是否有一顆給了硅酸鹽地球正確的元素比例？如果碰撞發(fā)生了，兩個(gè)行星核會(huì)合并，兩個(gè)斗篷也會(huì)合并。因此研究人員開(kāi)始著手創(chuàng)造一顆可能與地球相撞的行星。在實(shí)驗(yàn)室里，在一種特殊的熔爐里，Grewal和團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了高溫高壓的條件，在這種條件下，行星的內(nèi)核可能會(huì)形成。在石墨(碳的一種形式)的膠囊中，他們將金屬粉末(代表核心，包括鐵和氮等元素)與不同比例的硅酸鹽粉末(硅和氧的混合物，旨在模擬假想的地球地幔)結(jié)合在一起。

一種新的理論認(rèn)為，地球可能從與火星大小的行星在巨大碰撞中獲得了生命形成所需的元素。圖片：Image courtesy of Rice University

在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變溫度、壓力和硫的比例，研究小組設(shè)想了這些元素是如何在地核和這個(gè)假想星球其他部分之間的斷裂。發(fā)現(xiàn)在高濃度的氮和硫存在情況下，碳與鐵結(jié)合的要低得多，而氮與鐵結(jié)合的要低得多，即使存在大量的硫。因此要想把氮從地核中排除，并存在于地球的其他地方，它應(yīng)該含有高濃度的硫。然后將這些可能性與不同揮發(fā)性元素的行為方式，以及目前地球外層碳、氮和硫的含量等信息一起輸入模擬。

在進(jìn)行了超過(guò)10億次的模擬之后，發(fā)現(xiàn)最有意義的場(chǎng)景（最有可能的時(shí)間和可能導(dǎo)致碳氮比例正確的場(chǎng)景）是假設(shè)地球與一顆火星大小的行星發(fā)生碰撞和合并，該行星核心含有大約25%到30%的硫。法國(guó)巖石研究中心(Centre de Recherches Petrographiques et Geochimiques)的實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)家西莉亞·達(dá)盧(Celia Dalou)說(shuō)：這一理論“非常有可能”！雖然她沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但表示這項(xiàng)研究工作是不同團(tuán)隊(duì)多年研究非常成功的成果。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn):《Science Advances》

文：Yasemin Saplakoglu/Live Science

DOI: 10.1126/sciadv.aau3669

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