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新證據證實,古代地球確實是一個寧靜的水世界

要弄清楚地球在生命出現前的早期時代是什麼樣子的,這非常困難。幸虧,現在我們的「地質偵探」已經獲得了更多的證據,證明它與我們今天生活的星球是非常不同的。

根據一項對地幔的漫長歷史特徵的新分析,我們的整個世界曾經被浩瀚的海洋吞沒,幾乎沒有陸地。那時的地球就是一塊非常潮濕的太空岩石。

那麼時至今天,這些水都哪裡去了呢?哈佛大學的一個行星科學家研究小組稱,在漫長的歲月里,地幔深處的礦物質慢慢吞噬了古代地球的海洋,形成了今天的地球。

研究人員表示:「我們根據地幔溫度計算了地球固體地幔中的儲水量。我們發現,炎熱的早期地幔中的儲水能力可能小於地球地幔當前所持的水量,因此,今天地幔中的額外水量將殘留在早期地球表面,形成更大的海洋。」

新的研究結果表明,長期以來一直認為地表海洋的體積在地質時期內幾乎保持恆定的假設,可能需要重新評估。

在地下深處,大量的水被認為是以羥基化合物的形式儲存的,羥基化合物由氧和氫原子組成。特別是,水被儲存在兩種高壓形式的火山礦物橄欖石中,即含水的「瓦茲利石」和「尖晶橄欖石」。地下深處的瓦茲利石樣品可能含有約3%的H2O(按重量計);尖晶橄欖石約為1%。

上圖:尖晶橄欖石

先前,對這兩種礦物的研究是將它們置於現代地球地幔的高壓和高溫環境下,以計算出它們的儲存能力。而這次,研究團隊利用了另一種方法。他們收集了所有可用的礦物物理數據,並在更廣的溫度範圍內量化了瓦茲利石和尖晶橄欖石的儲水量。

結果表明,在較高的溫度下,這兩種礦物的存儲能力都較低。因為,45.4億年前形成的「嬰兒地球」的內部比今天要熱得多(其內部熱量仍在減少,這一過程非常緩慢,也絕對與外部氣候無關),這意味著現在地幔的儲水量比以前更高。

此外,隨著時間的推移,越來越多的橄欖石礦物會從地球的岩漿中結晶出來,地幔的儲水能力也會以這種方式持續增加。

總而言之,儘管研究小組對計算比較保守,但蓄水能力的差異將是非常顯著的。

研究人員告訴我們:「地球固體地幔的總儲水能力受到長期冷卻的影響,這是由於其組成礦物的溫度依賴性儲水能力。研究表明,今天地幔的儲水量是現代海洋表面質量的1.86到4.41倍。」

研究人員發現,如果今天地幔的儲水能力相當於25億至40億年前太古宙時的儲水能力,那麼世界有可能被洪水淹沒,大陸將沉入水底。

這一發現與之前的一項研究是一致的,該研究發現,根據早期海洋的地質記錄中保存的某些氧同位素的丰度,32億年前地球上的陸地比今天少得多。

如果是這樣的話,它可以幫助我們回答有關地球歷史其他方面的緊迫問題,例如,大約35億年前生命出現在哪裡。關於生命最初是在鹹水海洋還是在陸地上的淡水池形成的爭論仍在繼續;如果整個星球被海洋吞沒,那將解開這個謎團。

此外,這些發現還可以幫助我們尋找外星生命。有證據表明,我們的宇宙中有豐富的海洋世界,因此,尋找這些潮濕行星的特徵可以幫助我們識別潛在的宜居世界。這可能會加強在我們自己的太陽系,如歐羅巴和土衛二,在海洋世界尋找生命的理由。

更重要的是,它能幫助我們更好地理解我們星球的微妙進化,以及最終導致人類出現的奇怪的、通常看起來不適宜居住的轉變。

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