圍繞年輕恒星形成行星（藝術家繪圖）。地球深處氪同位素測量顯示，水、碳和其他揮發物融入地球的時間比以前認為(wei) 的更早。圖片來源：歐洲南方天文台

　　美國加州大學戴維斯分校的一項新研究表示，從(cong) 冰島和加拉帕戈斯群島的地質熱點中收集到的地幔中的氪，更清晰地揭示了地球是如何形成的。這項研究12月16日發表在《自然》雜誌上。

　　不同的氪同位素是科學家尋找地球組成成分的化學“指紋”，比如來自太陽係內(nei) 外的太陽風粒子和隕石。相關(guan) 發現表明，地球上的揮發性元素（如碳、水和氮等基本元素）是在地球成長中並成為(wei) 一顆行星時到達地球的。這與(yu) 流行的理論相矛盾，即地球的揮發性元素主要是在地球形成末期（以形成月球的大碰撞為(wei) 標誌）傳(chuan) 遞的。相反，氪同位素表明，來自寒冷的外太陽係的星子在大碎裂之前的數百萬(wan) 年就曾轟擊過地球。早期地球還從(cong) 太陽星雲(yun) （太陽周圍的雲(yun) ）中吸走了塵埃和氣體(ti) ，並受到了隕石的轟擊。

　　原始地球化學

　　冰島和加拉帕戈斯群島的火山熱點噴出的熔岩是由來自地幔最深處（靠近地核邊界）上升泥狀岩漿柱。這一深層元素和礦物質與(yu) 月球形成之前相比相對沒有變化，就像一個(ge) 時間膠囊，記錄了超過44億(yi) 年前的早期地球化學。

　　Mukhopadhyay的實驗室專(zhuan) 門對地球和其他地方岩石中的稀有氣體(ti) 進行精確測量。為(wei) 了取樣深地幔氪，研究人員收集了羽狀熔岩熱點。這些古老的氣體(ti) 在噴發的熔岩中上升到表麵，當熔岩熄滅為(wei) 固體(ti) 時，會(hui) 被困在一個(ge) 玻璃基質中，以氣泡的形式被掩埋，在一定程度上免受外界汙染。

　　然而，Mukhopadhyay說，即使是這些氣泡中最豐(feng) 富的氪同位素也隻有幾億(yi) 個(ge) 原子，這使得它們(men) 的檢測具有挑戰性。Péron設計了一種用質譜法測量地幔氪的新技術，在幾乎沒有空氣汙染的環境中從(cong) 岩石樣品中濃縮氪，並將其與(yu) 氬和氙巧妙地分離。

　　“我們(men) 的研究是第一次精確測量地幔的所有氪同位素，包括最稀有的氪同位素，Kr-78和Kr-80。”她說。

　　建立一個(ge) 星球

　　研究人員發現，深地幔氪的化學指紋與(yu) 原始的、富含碳的隕石非常相似，這些隕石可能來自太陽係寒冷的外部區域。Mukhopadhyay和其他人之前的工作發現，地幔深處的另一種惰性氣體(ti) ——氖，來自太陽。

　　這兩(liang) 種不同的結果表明，地幔至少有兩(liang) 種不同的不穩定來源，並在地球曆史早期就產(chan) 生了。研究人員還注意到，與(yu) 已知的隕石相比，深地幔中罕見的同位素Kr-86較少。Kr-86的缺失表明，僅(jin) 是已知的隕石可能無法解釋地幔中所有的氪元素。

　　新結果也暗示了地球大氣是如何形成的。研究人員發現，地幔深處不同的氪同位素的比例與(yu) 地球大氣中的同位素比例不匹配。這意味著地球大氣層中的一些氣體(ti) ，包括氪等稀有氣體(ti) ，在形成月球的撞擊後被送到地球。Péron說，否則，由於(yu) 撞擊後的同位素平衡，地球地幔和大氣將有相同的同位素組成。

　　相關(guan) 論文信息：

　　https：//doi.org/10.1038/s41586-021-04092-z

　　來源：中國科學報

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