深地幔氪揭示了地球的外太陽系祖先

根據(jù)加州大學(xué)戴維斯分校的新研究，從冰島和加拉帕戈斯群島的地質(zhì)熱點收集的地幔中的氪氣更清晰地揭示了我們的星球是如何形成的。

氪的不同同位素是科學(xué)家們尋找構(gòu)成地球的成分的化學(xué)指紋，例如太陽風(fēng)粒子和來自太陽系內(nèi)外的隕石。研究結(jié)果表明，地球的揮發(fā)性元素——碳、水和氮等必需品——是在地球成長并成為一顆行星時到達(dá)的。這與流行的理論相矛盾，即地球的揮發(fā)性元素主要在地球形成結(jié)束時傳遞，其標(biāo)志是月球形成的巨大撞擊。取而代之的是，氪同位素表明來自寒冷外太陽系的小行星早在大危機(jī)前數(shù)百萬年就轟擊了地球。年輕的地球還從太陽星云(圍繞太陽的云)中吸走了灰塵和氣體，并受到隕石的轟擊。

“我們的結(jié)果需要在地球形成的早期同時從多個來源輸送揮發(fā)物，”該研究的主要作者 Sandrine Péron 說。Péron 目前是瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的 Marie Sk?odowska-Curie Actions 研究員，作為博士后研究員在加州大學(xué)戴維斯分校與地球與行星科學(xué)系的Sujoy Mukhopadhyay 教授合作。

“這項研究為地球上揮發(fā)性吸積物的來源和時間提供了線索，并將幫助研究人員更好地了解地球的形成方式，以及太陽系中和其他恒星周圍的其他行星，”佩龍說。該研究于 12 月 15 日發(fā)表在《自然》雜志上。

原始地球化學(xué)

冰島和加拉帕戈斯群島噴出熔巖的火山熱點是由從地幔最深處升起的泥漿巖漿羽流供給的，靠近地幔與地球鐵核的邊界。自從月球形成撞擊之前，這個深層中的元素和礦物質(zhì)相對沒有變化，就像一個超過 44 億年歷史的早期地球化學(xué)的時間膠囊。

Mukhopadhyay 的實驗室專門對地球和其他地方巖石中的惰性氣體進(jìn)行精確測量。為了對地幔深處的氪氣進(jìn)行采樣，研究人員在熱點羽流中收集了熔巖。古老的氣體在噴發(fā)的熔巖中上升到地表，當(dāng)熔巖驟冷成固體時，它們會以氣泡的形式被困住并埋入玻璃狀基質(zhì)中，從而提供一些保護(hù)以免受外部污染。然而，即使是這些氣泡中最豐富的氪同位素也只有幾億個原子，這使得它們的檢測具有挑戰(zhàn)性，Mukhopadhyay 說。

Péron 設(shè)計了一種用質(zhì)譜法測量地幔氪的新技術(shù)，在幾乎沒有空氣污染的環(huán)境中從巖石樣品中濃縮氪，并將其與氬和氙巧妙地分離。

“我們的研究是第一項精確測量地幔所有氪同位素的研究，包括最稀有的氪同位素 Kr-78 和 Kr-80，”她說。

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