地球上的水是如何形成的?新证据颠覆了长期以来的理论。

无需陨石。
Earth's oceans seen from space
一种罕见的陨石,称为顽火橄榄石球粒陨石,大致类似于 45 亿年前的地球成分。图片来源:Roberto Machado Noa / Getty Images

水是关于地球生命如何起源这个持久问题的核心之一。更具体地说,最初的水分子是如何以及在哪里形成的?2020 年,法国洛林大学的研究人员宣布了在一颗名为 Sahara 97096 的陨石中发现的证据,这些证据支持一个日益流行的理论:地球最初的水的成分隐藏在数十亿年前与地球碰撞的陨石内部。但牛津大学的一个团队现在正在反驳这一说法,他们认为原始地球拥有启动生命所需的所有氢。他们的结论于 4 月 16 日发表在《Icarus》杂志上,此前他们分析了一颗从南极回收的类似陨石。

他们反驳论点的关键在于一种称为顽火橄榄石球粒陨石的稀有太空岩石。这颗陨石的成分对行星科学家来说尤为重要,因为它与 45.5 亿年前的地球相当。虽然 Sahara 97096 是一颗顽火橄榄石球粒陨石,但在地球上已知的其他样本非常少。一块名为 LAR 12252 的样本是另一个例子——牛津大学的团队最近带着这块太空岩石前往牛津郡哈威尔的钻石光源同步辐射器进行了一次实地考察。

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本研究中使用的陨石——LAR12252——于 2012 年在南极被发现。图片来源:《南极陨石搜寻计划》(ANSMET Program),美国凯斯西储大学和犹他大学

在那里,他们使用粒子加速器设施进行了 X 射线吸收近边结构 (XANES) 光谱分析。XANES 的工作原理是将 X 射线引导到样本上,样本的原子会吸收能量。这样做会根据物体的元素构成形成某些化学物质,并导致原子以独特的方式结合。

在这种情况下,研究人员正在寻找包含硫的化合物。此前对 Sahara 97096 的分析显示,陨石中的有机材料和非晶体部分含有痕量氢。但当时尚不清楚 Sahara 97096 中可识别的其余氢是否是岩石固有的,还是来自地球的外部污染。

A thin section photo of sample LAR 12252 in plane-polarized light with 5x magnification. Credit: NASA
样品 LAR 12252 在平面偏振光下的薄片照片,放大 5 倍。图片来源:NASA

牛津大学的科学家们推测,使用 XANES 光谱分析可以显示附着在 LAR 12252 大量硫上的氢。该团队首先关注了陨石中之前在 Sahara 97096 中发现氢的非晶体部分。然而,在实验过程中,他们也意外地分析了邻近的亚微米级材料。但正是这个附近的区域含有硫化氢,其氢含量是非晶体部分的五倍。相反,LAR 12252 中有裂缝和明显污染迹象(如铁锈)的部分显示氢含量非常少或为零。因此,该团队认为 LAR 12252 的硫化氢起源于地球的可能性非常低。

虽然这乍听之下似乎*支持*了陨石携带地球所需氢以形成水的理论,但该研究的作者认为情况恰恰相反。

还记得顽火橄榄石球粒陨石基本上与原始地球的地质成分相同吗?对 LAR 12252 的原生硫化氢含量的分析可能表明,我们的行星拥有形成最初的水分子所需的所有氢,而这些水分子最终促成了生命的开始。

Lab photo of sample LAR 12252. Credit: NASA
样品 LAR 12252 的实验室照片。图片来源:NASA

研究负责人 Tom Barrett 在一份声明中说:“当分析结果告诉我们样品含有硫化氢时,我们感到非常兴奋——只是不如我们预期的那样。”“由于这种硫化氢起源于地球污染的可能性非常低,这项研究为水在地球上是本土的——是地球自身构成物质的自然结果——这一理论提供了重要的证据。”

根据合著者 James Bryson 的说法,这些结果有力地证明了地球为生命的发展提供了自身的资源。

他补充说:“我们现在认为,构成我们星球的物质……比我们以前认为的富含氢。”“这一发现支持了地球上水的形成是一个自然过程的观点,而不是在地球形成后,水合小行星轰击我们星球的偶然事件。”

话虽如此,这些发现并不能排除地球生命理论的可能性。仍然有可能富含氢的陨石帮助了我们。尽管如此,新证据有力地表明,古代地球有能力完全依靠自身形成水——无需外来岩石。

 

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