火星和地球上的稀有金屬蘊含著巨大影響

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】一項新的研究表明，40億年前對火星的巨大影響可以解釋火星上「鐵愛」元素的異常數量。行星形成時，微小的塵埃顆粒聚集在一起，並與其他顆粒聚集在一起，導致更大的星體被稱為「星子」。這些星子繼續相互碰撞，要麼被逐出太陽系，要麼被太陽吞噬，要麼形成一個行星。這並不是故事的結局，因為行星在形成後仍會繼續生長。這一過程被稱為晚期增生，它發生在行星形成的剩餘碎片落在年輕的行星上。行星科學家雷蒙胸罩的東京理工學院和大學的地質學家Stephen Mojzsis科羅拉多博爾德仔細查看了一個巨大的影響在火星的後期吸積,可以解釋不同尋常的稀有金屬元素在火星地幔地球地殼下面的層。他們最近發表的論文《地球物理研究快報》上刊登了一篇文章，題為「一個巨大的影響，使火星的地幔與貴金屬相結合」。

火星南北半球的表面特徵是非常不同的。在這個地形圖中，北半球(以藍色表示)大部分是光滑的低地，並經歷了廣泛的火山活動。南半球(橙色的)有一個較老的，凹凸不平的高地表面。這種二分法可能是由巨大的影響造成的。圖片版權：University of Arizona/LPL/SwRI

當原始行星形成足夠的材料時，鐵和鎳等金屬開始分離並下沉形成核心。這解釋了為什麼地球的核心主要是由鐵組成的，而且人們預計，與鐵結合的元素也應該主要存在於核中。這類「鐵愛」元素的例子有:黃金、鉑和銥。然而就像火星一樣，地球的地幔中也有比核心形成過程更多的親鐵元素。高壓實驗表明，這些金屬不應該在地幔中。這些金屬不喜歡溶解在硅酸鹽中，相反，、它們更願意通過地幔進入地核。事實上確實擁有它們，這意味著它們一定是在核心和地幔分離後到達的，而這些金屬在到達核心時變得更加困難。Brasser和他的同事在2016年發表的一篇論文中得出的結論是，巨大的影響是對地球高鐵元素丰度的最好解釋。在晚吸積過程中所積累的嗜鐵細胞數量應與行星的「重力橫截面」成比例。這個橫截面實際上是一個撞擊者在接近目標行星時看到的十字。引力橫切面延伸到行星本身之外，因為即使物體不在直接的碰撞過程中，地球的引力也會將物體指向它。這個過程叫做引力聚焦。

早期的論文表明，地球在地幔中有更多的嗜鐵細胞，即使是根據引力截面理論。科學家們解釋這一現象的原因是，月球大小的物體對地球的影響(除了形成月球的事件之外)，也會使地幔變得豐富，足以解釋當前的價值。對火星隕石的分析表明，火星的質量(重量百分比，或者說是wt %)通過後期吸積增加了0.8個百分點。在這篇新論文中，Brasser和Mojzsis表示，在一次撞擊事件中，火星對其質量進行了大約0.8 wt的修正，需要一個直徑至少1200公里的物體。這種影響應該發生在4.5到44億年前。對古代火星隕石中鋯石晶體的研究可以追溯到44億年前火星地殼的形成。因此，巨大的撞擊應該會導致地殼大範圍的融化，這樣一個災難性的事件一定發生在最古老地殼的證據之前。如果這種影響發生在45億年前的地球歷史上，那麼在核心形成過程中，就應該把siderophiles去掉。當影響發生時，這段歷史提供了堅實的bookend約束。

了解晚期增生不僅對解釋親鐵物質的丰度有重要意義，而且還對地球生物圈的年齡設置上限。在每次撞擊過程中，一小塊地殼會局部融化，當吸積非常強烈時，幾乎所有的地殼都是熔化的。隨著吸積強度的降低，地殼的融化量也隨之降低。最早可以形成生物圈的時間是當吸積足夠低的時候，在任何特定的時間，只有不到50%的地殼是熔融的。火星表面也有一個不尋常的二分法，這可以用巨大的影響來解釋。南半球是一個古老的隕石坑，北半球顯得更年輕，更光滑，受火山活動的影響。一個巨大的撞擊可能也產生了火星衛星，Deimos和Phobos，儘管另一種理論認為高孔的火衛一可能是被捕獲的小行星。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：地球物理研究快報

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：Astrobio

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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