作者:Marco Delbo 来源:《自然》 发布时间:2014-8-14 16:45:18
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小行星撞击可能重塑整个地球表面
有4颗直径超过1000千米 足以重塑行星表面

 

在小行星撞击的影响下,早期地球的表面层布满了熔岩。图片来源:Simone Marchi

一个模型显示,早期的地球可能曾遭到4颗小行星的撞击,其能量足以杀死羽翼未丰的新生命,同时重塑整个地球的表面。

长期以来,研究人员一直在推测地球形成(约45亿年前)之后头5亿年的情景。火星、月球和水星上的撞击“疤痕”表明,在那一时期,整个内太阳系曾普遍遭到了小行星的狂轰滥炸。然而地壳的熔化与重整抹去了早期碰撞的任何痕迹,从而很难搞清小行星多长时间撞击一次地球或它们的大小如何,及其对这颗行星的地质学和生命造成了怎样的影响。

由美国科罗拉多州博尔德市西南研究所行星科学家Simone Marchi率领的一个研究小组,如今利用月球陨石坑记录创建了一个地球撞击历史的计算机模型。研究人员在最近出版的《自然》杂志上报告了这一研究成果。

印第安纳州普渡大学西拉法叶校区地球物理学家Henry Melosh表示,它所描绘的景象是惊人的:模型显示,几次大规模撞击产生的能量足以蒸发掉年轻地球上的海洋,并完全重塑其表面。Melosh说:“这篇论文为我们提供了研究早期地球环境与地质学的新思路。”

虽然Marchi的模型背后的想法并不是全新的,但他的团队的模拟研究比之前尝试把月球历史转化为地球的工作更加详尽。Melosh说,这项研究将复杂的碰撞模拟结果与行星形成理论,以及来自月球及地球岩石的采样数据进行了整合。

通过测量地壳中的元素(例如金和锇)丰度,研究人员估算了撞击地球和月球的小行星的总体积。如果这些元素在月球于45亿年前从地球分离时便已存在,那么它们必定沉积在星球的内核,因此任何存在于地壳和地幔中的元素必定是由在此之后发生的小行星撞击所带来的。通过比较这两种元素在地球和月球岩石中的相对丰度,研究人员能够估算出对地球造成巨大影响的撞击次数。

模型显示,撞击地球的最大小行星直径约为3000千米。它同时预测,撞击地球的最大的4颗小行星的直径至少都在1000千米以上,同时还有3到7颗撞击小行星的直径超过了500千米。这些撞击都发生在距今43亿至42亿年前。

与地球质量相比,撞击前者的小行星的质量可谓微乎其微。但Marchi认为,它们还是会对地球表面产生巨大影响。一颗10千米宽的小行星便足以使恐龙灭绝,而研究同时表明,一颗直径500千米的小行星则足以使行星的海洋蒸发殆尽。Marchi说:“在1000千米的量级,其对行星的影响则会完全重塑地幔中的物质。”

Marchi强调,这意味着“在地球上进行了一次完完全全的杀菌过程”。他表示,至少在统计学上,生命要是想在43亿或42亿年前茁壮成长是很困难的,除了一些非常耐热的细菌能够存活下来。

亚利桑那州旗杆镇美国地质调查局天体地质学家Oleg Abramov认为,这样的研究必须与试图建立生命何时在地球上出现的工作相结合。

Marchi希望未来对地球宜居性及板块构造何时开始的研究能够使用这一新的模型,从而解释小行星撞击产生的影响,而不是把地球视为一颗在宇宙中孤立的天体加以考虑。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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