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撞击陨石坑或支持生命存活 如微生物"甜蜜之家"

http://www.kexue.com 2013-11-26 09:35:28 凤凰科技  发表评论


加拿大Pingaluit火山口是一个地质年轻的撞击陨石坑,内部有湖泊

最新研究指出,撞击最初可能是致命的,但产生的陨石坑可能会提供一个生命的栖息地

乌克兰的波泰士陨石坑拥有完好保存的沉积物,使得科学家能够估计撞击后的加热时间

  小行星或者彗星撞击行星表面意味着所有活着的生物的末日,但如果这场撞击“并不大到完全毁灭行星上的居住者,那么这个撞击陨石坑或可以提供生命的栖息地。”这便是今年9月在英国召开的欧洲行星科学大会上由开放大学的伊恩-吉尔摩(Iain Gilmour)展示的最新研究发现。

  如果撞击的对象是一个富含冰或者水的地区,那么热和地下水的结合将会创造一个热液系统。此外,撞击产生的高温将会创造很多复杂的有机化合物,它们或可能是生命的先驱分子。这种结合还可能创造生命所需的材料,使得撞击引发的栖息地潜在的成为地球上生命的出生地。

  陨石坑内部的栖息地可能是“甜蜜之家”,但必须存在持续的水和营养物质的供应。热液系统的生命周期是至关重要的,因为撞击产生的热量最终会逐渐消散至周围的环境。

  测量一个古代陨石坑的冷却时间能够提供生命起源所处的住所的重要性的新见解,同时还能检测一个陨石坑将如何为其它行星上的微生物提供可居住的环境。乌克兰的波泰士陨石坑成为了这种调查的理想对象,因此吉尔摩和他的同事调查了陨石坑加热的时间尺度。

  这个24千米宽的陨石坑形成于6500万年前,比希克苏鲁伯陨石坑还要早几千年,后者是横扫地球上恐龙的小行星撞击事件的确凿证据。在撞击形成波泰士陨石坑后,内部形成了一个湖泊,随着时间的推移逐渐积累了沉积物。

  2008年吉尔摩和他的研究小组钻了一个596米深的钻孔,以获得这些沉积物的样本,他们发现这个陨石坑的后撞击沉积物记录被完好的保存,使得科学家们能够重建该陨石坑的热能历史。

  测量陨石坑温度

  科学家使用了不同的技术试图揭示这些沉积物的过去。其中一种方法便是利用名为同分异构体的分子,它们具有相同的化学式但不同的结构。某些同分异构体对热非常敏感,当它们位于热源附近,同分异构体的程度将会以特定速率耗尽。在波泰士陨石坑核心底部,两种不同同分异构体的水平骤降。这种同分异构体的热降解可以实验性的测量,结果显示在撞击之后湖泊的温度介于75至200摄氏度。

  由于同分异构体只在撞击点上方几米的核心处耗尽,因此确定加热持续时间的极限是可能的。然而,同分异构体并不会揭示热源,这便是为什么科学家还使用了另一种实验技术以定义撞击后的加热。

  这项技术涉及了测量沉积物中碳酸盐的某些同位素组成成分。相同元素的同位素具有相同数量的质子和电子,但具有不同数量的中子。虽然不同的同位素会经历相同的化学反应,但有些同位素化学反应的速率要更快。例如,蒸发会耗尽较重的同位素同时增加较轻的同位素,从而产生不同水平的同位素。

  湖泊的蒸发强烈的取决于水流入和流出湖泊所需的时间,而湖底沉积物里的同位素恰好记载了这些“流过时间”。这些流过时间会因地下水、撞击产生的热、透过裂缝在湖里冒泡等发生改变。因此波泰士陨石坑的同位素组成可以用于估计加热时间,这主要是通过观察湖泊里的水是如何与热液地下水发生相互作用而实现的。

  沉积物还包含了植被的蛛丝马迹,植被的改变与环境的改变密切相关。在波泰士撞击后几千年,核心底部的植物区系再次复苏,直到白垩纪-古近纪撞击摧毁了地球上的植被以及恐龙。这些沉积物还记录了碳的变化,后者与古近纪早期几十万年间的温暖期相一致。这些事件就像书签一样,使得科学家能够更轻松的确定沉积物的年代以及湖泊加热的时间。

  结果显示波泰士陨石坑热液系统存在了3万-4万年,湖泊的存在似乎极大的延长了加热的时间。加拿大北部的霍顿陨石坑——大小与波泰士陨石坑相当——自身的热液系统应该也具有相似的时间尺度。然而,霍顿陨石坑在撞击发生后几百万年后都未有湖泊出现,那时候热液系统已经冷却,因此它的加热的时间范围只有5000年。湖泊的形成以及它的寿命是陨石坑作为生命家园的关键因素。

  陨石坑作为太阳系的栖息地

  “冷却的时间尺度,大约是3万至4万年,并不是特别长,尤其是当你考虑到冷却后它可能就不再是个适合居住的栖息地。” 吉尔摩说道。“这个问题就变成了早期行星上的一个成坑通量,这些坑是否能够创造相互连接的栖息地,但也不至于会潜在的摧毁生命。”

  这样的加热时间暗示着在大小合适的陨石坑内,加热可能并不足以摧毁所有现存生命,因此微生物或可能存活下来。火星上很多陨石坑大小都相似,因此如果这些沉积物携带的这类信息被保存了,那么可能存在有机物质的记录。这便是为什么美国宇航局好奇号漫游车目前正在火星盖尔陨石坑四处寻找任何过去居住地的迹象。

  刻在行星地貌上的陨石坑不仅是造成这种碰撞的太阳系天体的印记,它还提供了这场撞击之后对生命产生的影响的线索。因此,对波泰士陨石坑加热时间的研究是朝理解撞击如何影响生命,无论是在地球还是其它行星,向前迈出的重要一步。

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