圍繞年輕恒星形成行星（藝術(shù)家繪圖）。地球深處氪同位素測(cè)量顯示，水、碳和其他揮發(fā)物融入地球的時(shí)間比以前認(rèn)為的更早。圖片來(lái)源：歐洲南方天文臺(tái)

　　美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的一項(xiàng)新研究表示，從冰島和加拉帕戈斯群島的地質(zhì)熱點(diǎn)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(xiàng)研究12月16日發(fā)表在《自然》雜志上。

　　不同的氪同位素是科學(xué)家尋找地球組成成分的化學(xué)“指紋”，比如來(lái)自太陽(yáng)系內(nèi)外的太陽(yáng)風(fēng)粒子和隕石。相關(guān)發(fā)現(xiàn)表明，地球上的揮發(fā)性元素（如碳、水和氮等基本元素）是在地球成長(zhǎng)中并成為一顆行星時(shí)到達(dá)地球的。這與流行的理論相矛盾，即地球的揮發(fā)性元素主要是在地球形成末期（以形成月球的大碰撞為標(biāo)志）傳遞的。相反，氪同位素表明，來(lái)自寒冷的外太陽(yáng)系的星子在大碎裂之前的數(shù)百萬(wàn)年就曾轟擊過地球。早期地球還從太陽(yáng)星云（太陽(yáng)周圍的云）中吸走了塵埃和氣體，并受到了隕石的轟擊。

　　原始地球化學(xué)

　　冰島和加拉帕戈斯群島的火山熱點(diǎn)噴出的熔巖是由來(lái)自地幔最深處（靠近地核邊界）上升泥狀巖漿柱。這一深層元素和礦物質(zhì)與月球形成之前相比相對(duì)沒有變化，就像一個(gè)時(shí)間膠囊，記錄了超過44億年前的早期地球化學(xué)。

　　Mukhopadhyay的實(shí)驗(yàn)室專門對(duì)地球和其他地方巖石中的稀有氣體進(jìn)行精確測(cè)量。為了取樣深地幔氪，研究人員收集了羽狀熔巖熱點(diǎn)。這些古老的氣體在噴發(fā)的熔巖中上升到表面，當(dāng)熔巖熄滅為固體時(shí)，會(huì)被困在一個(gè)玻璃基質(zhì)中，以氣泡的形式被掩埋，在一定程度上免受外界污染。

　　然而，Mukhopadhyay說，即使是這些氣泡中最豐富的氪同位素也只有幾億個(gè)原子，這使得它們的檢測(cè)具有挑戰(zhàn)性。Péron設(shè)計(jì)了一種用質(zhì)譜法測(cè)量地幔氪的新技術(shù)，在幾乎沒有空氣污染的環(huán)境中從巖石樣品中濃縮氪，并將其與氬和氙巧妙地分離。

　　“我們的研究是第一次精確測(cè)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?！彼f。

　　建立一個(gè)星球

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，深地幔氪的化學(xué)指紋與原始的、富含碳的隕石非常相似，這些隕石可能來(lái)自太陽(yáng)系寒冷的外部區(qū)域。Mukhopadhyay和其他人之前的工作發(fā)現(xiàn)，地幔深處的另一種惰性氣體——氖，來(lái)自太陽(yáng)。

　　這兩種不同的結(jié)果表明，地幔至少有兩種不同的不穩(wěn)定來(lái)源，并在地球歷史早期就產(chǎn)生了。研究人員還注意到，與已知的隕石相比，深地幔中罕見的同位素Kr-86較少。Kr-86的缺失表明，僅是已知的隕石可能無(wú)法解釋地幔中所有的氪元素。

　　新結(jié)果也暗示了地球大氣是如何形成的。研究人員發(fā)現(xiàn)，地幔深處不同的氪同位素的比例與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，包括氪等稀有氣體，在形成月球的撞擊后被送到地球。Péron說，否則，由于撞擊后的同位素平衡，地球地幔和大氣將有相同的同位素組成。

　　相關(guān)論文信息：

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

　　來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

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