古代陨石中的矿物提供了对地球表面大部分区域起源的见解

天体物理学家爱丽丝·史蒂芬特博士正在帮助解开地球上水的一个长期谜团：水从何而来。长期以来，科学家们认为覆盖地球70%面积的水在其他行星上可能很少或根本不存在。人们的假设是，地球上的水是数十亿年前一系列独特的银河事件的结果。

在意大利首都罗马国家天体物理研究所工作的斯蒂芬特正在挑战这些长期存在的假设。

她的研究表明，水的化学成分——氢和氧——可能来自形成地球太阳系的巨大尘埃和气体云。

如果云中的水可以直接进入形成的行星，那么它就可以存在于整个宇宙中。“也许这种将水带到行星体的方式可以发生在任何其他太阳系中，”曾在英国和美国工作过的法国人斯蒂芬特说。

她领导了一个名为“波塞冬”的研究项目，该项目获得了欧盟的资助，试图确定地球上水的起源。研究小组研究了一种特殊类型的陨石：原始无球粒陨石中氢和氧的化学成分。

该项目历时29个月后于2023年1月结束。

太阳诞生

地球的太阳系诞生于大约45亿年前，由尘埃和气体组成的旋转云(称为太阳星云)形成。随着时间的推移，重力将这些物质拉到一起并拉向星云的中部。

一旦几乎所有的物质——超过99%——都聚集在中心，压缩产生的压力和热量引发了核聚变，太阳诞生了。

剩余的物质绕太阳运行，最终开始结合形成更大的物体。有些发展成为今天看到的行星和卫星。其他的则没有，而是变成了流星体、彗星和小行星。

这些岩石碎片对科学家来说很重要，因为它们是太阳系早期历史的遗迹。原始无球粒陨石特别令人感兴趣，因为它们来自小行星，这些小行星是太阳系中最早的行星构件之一。

新陨石群

斯蒂芬特发现了一组新的原始无球粒陨石，它们为地球和太阳系其他行星上的水源提供了重要线索。

此前，已知的原始无球粒陨石只有两类。斯蒂芬特已经确定了第三种，其特征是所谓的氧同型组成。这意味着这些陨石来自早期太阳系的不同物质。

它们还含有不同的氢同位素。这意味着氢的细胞核中有不同数量的神经元。“可能有多个水源，而不仅仅是一个，”斯蒂芬特说。

可能的来源之一是原始氢，它可能来自太阳系早期形成时的星云气体。

水的成分可能存在于行星最早的组成部分中。如果是这样，水的成分更有可能被纳入许多行星的化学组成中。这大大增加了宇宙中其他行星表面存在水的可能性。

“人们过去常说，地球上的水是许多事件的综合作用，使其独一无二，”斯蒂芬特说。“但也许事实上并非如此。”

时间测试

当斯蒂芬特寻求水起源的进一步证据时，桑德琳·佩隆博士正在探索随之而来的水元素来到地球，以更多地了解早期太阳系。佩隆是法国人，是瑞士苏黎世联邦理工学院的地球化学家。

Péron领导了一个由欧盟资助的名为VolatileOrigin的研究项目，该项目为期29个月，截至2024年4月。该项目重点研究地壳中的两种惰性气体：氪和氙。

氪和氙同位素帮助科学家了解碳、氮和水等地球挥发性元素的起源。这是因为这些同位素与包括水在内的挥发性元素一起被带到地球。由于同位素的反应性要低得多，因此它们保留了古老的化学指纹，表明它们起源于早期太阳系。

一类被称为碳质球粒陨石的原始陨石中的氪和氙的化学特征与地幔中的化学特征相匹配。这表明这些陨石已融入地幔中。

氪异常

几年前，佩隆和她的同事从冰岛和加拉帕戈斯群岛的地质热点中采集了地幔中的氪样本，这些热点从地球深处喷出岩浆。

研究人员发现同位素编号为86的氪相对稀缺。“我们发现，在地幔深处，与碳质球粒陨石的平均成分相比，我们存在氪86的短缺，”Péron说。

如果氪86赤字是原始太阳系中原子核生成异常的结果，则表明水和其他挥发性元素在星云物质充分混合之前就被带到了地球。

博物馆藏品

氪异常表明，除了碳质球粒陨石之外，其他陨石也对地幔做出了贡献。

在《VolatileOrigin》中，佩隆正在检查降落在地球上、现在存放在博物馆中的陨石，以确定是否有陨石具有与地球深层地幔相同的氪异常现象。

该项目还在寻找地球上地幔中的氪短缺情况。佩隆表示，这种异常现象是在太阳系形成之前就产生的，表明各种同位素没有很好地混合。

“这些不同的同位素是由不同类型的恒星或超新星产生的，”她说。“当这种材料被纳入太阳系时，我们的某些部分可能会获得更多的一种特定同位素或另一种同位素。”

这些古代宇宙事件留下的化学特征为太阳系早期发展过程中物质在太阳系不同部分之间的旅程提供了线索。

“当我们在陨石或地球中看到这些异常时，它为我们提供了有关太阳系形成早期阶段发生的过程的信息，”佩隆说。

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