科學(xué)家利用古老礦物重構(gòu)地球早期大氣 _國際空間站

從國際空間站看到的地球的稀薄的可呼吸的大氣
關(guān)于早期地球，被廣泛地接受的觀點是，那時的大氣充斥著有毒的甲烷、一氧化碳、硫化氫以及氨氣，持續(xù)的氧化條件僅在地球23億歲時，即約地球目前年齡的一半時，才開始。
“人們總是認(rèn)為地球上的條件‘一開始’是非常簡化的，因為最初硅酸鹽物質(zhì)（最終形成地幔）和形成地核的鐵元素是混合在一起的， ”Rensselaer技術(shù)研究所的紐約天文生物學(xué)中心的布魯斯·沃森說，他是發(fā)表在12月1日的《自然》上的論文的作者之一。“元素（簡化的）鐵的存在暗示簡化的條件，因此也暗示簡化的氣體諸如甲烷、硫化氫和氨氣。”科學(xué)家使用術(shù)語“簡化的”來描述只有有限的氧的條件。
沃森和他的同事現(xiàn)在把這個假設(shè)顛倒了過來，他們認(rèn)為早期大氣可能由更多的富含氧氣的化合物組成，這些化合物在目前的地球大氣內(nèi)存在－－包括水、二氧化碳和二氧化硫。
地球的大氣由火山活動釋放的氣體形成的理論，這個研究小組在實驗室里重構(gòu)了巖漿形成的條件，檢驗是什么氣體在那些巖漿內(nèi)存在。當(dāng)巖漿通過地球的內(nèi)部，它或者噴發(fā)到地面，或者在地下凝固。對早期地球的巖漿條件的研究努力變得非常困難，因為事實是，地球在不斷地循環(huán)其地殼，因此幾乎沒有地球歷史的最初5億年的證據(jù) 。然而，鋯是那個時期留下的唯一礦物，年齡超過40億歲，能夠提供回溯那個時期的窗口。
“我們使用一個‘指數(shù)’來度量氧壓，采用一種罕見的地球元素鈰的比率的形式，”沃森解釋道。鈰是一種有用的對氧豐度的度量，因為它能夠具有兩種不同的氧化態(tài) ，取決于系統(tǒng)內(nèi)氧的壓力。“鋯礦內(nèi)的鈰比率，我們在實驗室里把它作為氧壓的函數(shù)進(jìn)行校正，然后應(yīng)用到古老的鋯礦。”
這項研究揭示了鈰的氧化程度更高的那種化合物的數(shù)量較高，這意味著早期地球的火山氣體相對地氧化程度更高，更像那些今天的火山噴發(fā)出的氣體。然而，沃森補充道，他們的結(jié)論并不暗示早期大氣內(nèi)有大量的自由氧；生命花費了－－15億年－－才把氧的水平提高到目前的情況。
因為人們并不認(rèn)為氧化的大氣是生命的偉大起點－－甲烷和其貧氧的相似化合物為從無機化合物到氨基酸和DNA提供了一個好得多的進(jìn)步之階－－這個新結(jié)論對確切地理解生命怎樣和何時在這顆行星上開始，以及生命的成份是否確實是從宇宙的其它地方過來的，具有指導(dǎo)意義。
【科學(xué)家利用古老礦物重構(gòu)地球早期大氣】
中國天文科普網(wǎng)