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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)從多個(gè)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(xiàng)研究為地球上揮發(fā)性吸積物的來源和時(shí)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(diǎn)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(gè)深層中的元素和礦物質(zhì)相對(duì)沒有變化，就像一個(gè)超過 44 億年歷史的早期地球化學(xué)的時(shí)間膠囊。

Mukhopadhyay 的實(shí)驗(yàn)室專門對(duì)地球和其他地方巖石中的惰性氣體進(jìn)行精確測(cè)量。為了對(duì)地幔深處的氪氣進(jìn)行采樣，研究人員在熱點(diǎn)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(shí)，它們會(huì)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(gè)原子，這使得它們的檢測(cè)具有挑戰(zhàn)性，Mukhopadhyay 說。

Péron 設(shè)計(jì)了一種用質(zhì)譜法測(cè)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(xiàng)精確測(cè)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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