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地球的核心和地幔以一种无序的方式分开

2020-04-28 12:47

研究称地球与月球形成时间比以前认为的更晚

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地球的核心和地幔以一种无序的方式分开。

地球与月球形成时间比以前认为的更晚(图片来自:getty)

地球的地幔是怎样的?

北京时间6月10日消息,据物理学家组织网报道,地球和月球是2颗体积跟火星和金星差不多的行星撞在一起产生的。迄今为止人们一直认为这次撞击事件发生在我们的太阳系只有3000万岁时,或者发生在距今大约45.37亿年前。然而丹麦尼耳斯:玻尔研究所进行的最新研究显示,地球和月球形成的时间,比人们以前认为的时间更晚,大约是在我们的太阳系诞生1.5亿年后形成的。

地球经历了多次大的撞击;高压和温度条件造成了地核和地幔分区的部分,这种划分在化学上是不同的。

该研究成果发表在科学杂志《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)上。哥本哈根大学尼耳斯:玻尔研究所的泰斯:达尔和美国加州理工大学教授大卫:史蒂文森一起进行了这项研究。达尔解释说:“我们已经利用钨的同位素确定了地球和月球的年龄,通过这种同位素,我们可以确定在撞击过程中,它们的铁核和它们的岩石表面是否混合在了一起。”

信贷:尼尔·班尼特

太阳系里的行星是由围绕新生太阳运行的小侏儒行星彼此相撞后产生的。撞击过程中,小行星融合在一起,形成更大的行星。地球和月球是2颗像火星和金星一样大的行星发生猛烈撞击的产物。这两颗行星相撞时,都有一个铁核和包围在外面的硅酸盐外壳。然而这两颗行星是在什么时候相撞在一起的,以及它们是如何撞在一起的呢?

根据卡内基和史密森学会的一组科学家在《自然》杂志上发表的新研究成果,从火山热点上的地幔涌起的炽热岩石的羽流中有证据表明,地球的形成年份可能比之前认为的更加混乱。

在这次撞击事件发生的24小时内,地球的温度高达7000摄氏度,在撞击过程中,它的岩石和金属物质一定熔化了。但是它们的岩石和铁物质有没有混合在一起呢?直到最近人们一致认为,在地球和月球形成过程中,它们的岩石和铁物质完全混合在一起,因此月球在太阳系诞生3000万年后,或者说在距今大约45.37亿年前形成。然而最新研究发现了完全不同的结果。

人们很清楚地知道,地球是由围绕着年轻太阳的物质形成而形成的。最终,这颗行星长到如此大的尺寸,使铁金属下沉到内部,形成了地球内核的开端,使硅酸盐丰富的地幔漂浮在上面。

通过对地幔里的特定元素进程测量,可以确定地球和月球的年龄。铪182(hafnium-182)是放射性元素,它发生衰变后会转变成同位素钨182。两种元素拥有不同的化学性质,钨同位素喜欢与金属结合在一起,而铪同位素喜欢与岩石等硅酸盐结合在一起。所以铪用了5000万到5000万年,才完全衰变成钨,在形成月球的撞击过程中,几乎所有金属都进入地球的核心。然而,是不是所有钨也都随金属物质进入到地球的核心了呢?

但卡内基的Yingwei Fei、Carnegie和史密森学会的Colin Jackson领导的一个小组的新研究表明,这种地幔和核心分离并不是一个有序的过程。

达尔说:“我们已经对这次撞击期间金属和岩石的融合程度进行了研究。我们利用动态模型计算液态岩石和铁的紊流混合情况,发现地球形成之初产生的钨同位素仍保留在岩质地幔里。”这项最新研究暗示出,形成月球的撞击发生在所有铪完全衰变,转变成钨以后。达尔解释说:“我们的研究成果显示,直径超过10公里的行星相撞在一起,并不能使铁核和岩石发生乳化,因此在地球形成过程中,它的铁核并没把岩石里的钨转移到地幔里。”

杰克逊解释说:“我们的研究结果表明,当内核从地幔中提取出来时,地幔从未完全混合。”“这是令人惊讶的,因为核心形成发生在地球在其生长过程中经历的其他早期太阳系物体的巨大撞击之后,类似于后来形成月球的巨大撞击事件。”在此之前,人们普遍认为,这些能量巨大的撞击将完全搅动地幔,将其所有成分混合成一个统一的状态。

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