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行星"大冲撞"加速地球膨大 与神秘天体创造月球

http://www.kexue.com 2012-02-20 09:59:09 腾讯科学  发表评论


距今28亿年的科马提岩熔岩流凝固于海底细节

科马提岩岩片段的光学显微照片显示了地球深处挤压痕迹

  据国外媒体报道,美国马里兰大学地球化学研究小组发现,当地球处于体积比如今小得多的时期,就形成了部分地幔结构(地核外层液态金属与岩石层之间的部分),早期地幔形成时期的地球(空间)环境是相当恶劣的,包括与一颗大小接近行星的天体相碰撞,科学家认为这次“大冲撞”中诞生了月球。

  据马里兰大学地质学家理查德·沃克(Richard Walker)教授介绍:之前有研究表明,地球的体积是在不断碰撞中增大的,这个过程可长达数千万年。而马里兰大学科学家的研究结果认为地球部分地幔形成于太阳系演化期,时间范围在1000万至2000万年内,且部分太阳系的部分行星也形成于该时期的早些时候,至少在28亿年前仍然在地幔中保留着早期形成阶段的结构信息。

  科学家普遍认为原始地球内部的能量与一次“大碰撞”有关,当地球与一颗火星大小的天体相撞时,部分质量在巨大的冲击力作用下与地球混合,甚至完全融化于地核中。如果这个假设是正确的,那么在随后的十多亿年内的火山喷发将会把被融合的物质转移到地表上,早期地幔匀质化过程也会把残留的碰撞星球物质广泛分布于地球形成的历史时期中。马里兰大学研究小组检查了产生于太古代时期的超基性火山岩,大约从地球形成至原核生物出现时期(45亿至25亿年前),该岩也被称为科马提岩。

  图片显示了科马提岩片段的光学显微照片,特殊的三齿稃纹理是熔岩在地壳深处被挤压的证据。科学家发现来自俄罗斯的28亿年前火山岩中的金属元素钨与大多数岩石不同,具有不同类型的组成成分,甚至不同于白炽灯的钨丝,是一种特别的钨同位素。科学家认为这块特别的岩石可能产生于原始地球时期,长期保留着早期地幔演化的物质,当时地球的质量仅为现在的一半左右。此项研究的相关结论已经发表在《科学》杂志上。

  与其他化学元素一样,钨元素也有不同的同位素形式。所有的同位素都具有相同的电子和质子数,但中子数却是不同的。因此元素的同位素具有相同的化学特性,只是在质量和原子核性质上存在不同。通过放射性衰变,一些不稳定的同位素会自发地发生转变,并具有一定的速率常数。科学家可以使用某些放射性同位素来确定地球内部发生的物化演变,以及确定岩石的年龄。研究小组对钨的一种同位素表现出浓厚的兴趣,它便是钨182(W-182),是钨的同位素之一,之所以对它感兴趣是因为该元素可由铪-182通过放射性衰变产生。

  马里兰大学研究小组进一步发现,放射性同位素铪-182是地球还处于原始时期时太阳系形成的标志性元素,在今天的地质年代上并不会产生。事实上,铪-182转变成钨-182的半衰期为900万年。钨182丰度变化与其他同位素之间的相关性可追溯到太阳系历史的早期阶段。在俄罗斯发现的科马提岩比其他岩石含有更多的钨-182,同位素钨的含量出现差异性需要地球在原始时期形成时,液态金属地核、硅酸盐地幔以及地壳在最初的6000万年内各自分离成型,也就是说太阳系在大约45.7亿年前开始形成后,地球的演化也会随之开始。

  当然,该理论本身并不是一个新发现,科学家所关注的是地球的演化增大过程中,部分区域出现了不寻常的化学特征,进而导致了钨-182的富集。在地球与火星大小的天体碰撞发生后,这些不寻常的区域参与了月球的形成过程,残留在地球上的钨-182熔化至地幔中,直到28亿年前火山喷发时转移到地球表面,进而被今天的我们所发现。这项发现的深远意义是可以揭示地球是如何形成的,液态金属核心、地幔和地壳是如何各自分离成型的以及地幔的动力学变化。(Everett/编译)

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