陨石分析显示地球的组成部分含有水

45.6亿年前，当我们的太阳还是一颗年轻的恒星时，现在的太阳系只是一个由岩石尘埃和气体组成的圆盘。在数千万年的时间里，微小的尘埃鹅卵石像滚雪球一样越滚越大，形成了千米大小的“星子”——地球和其他内行星的组成部分。

研究人员长期以来一直试图了解这些星子形成的古代环境。

例如，地球上现在有大量的水，但水一直都有吗?

换句话说，吸积到我们星球上的星子含有水吗?

现在，一项新的研究将陨石数据与热力学建模相结合，并确定最早的内太阳系星子肯定是在有水的情况下形成的，这挑战了当前关于早期太阳系的天体物理模型。

这项研究是在保罗·阿西莫(1993年获硕士学位，1997年获博士学位)、埃莉诺和约翰·麦克米兰地质学和地球化学教授的实验室里进行的，并发表在该杂志上自然天文学1月9日。

研究人员以铁陨石的形式收集了太阳系早期的样本。

这些陨石是我们太阳系中最早的星子的金属核心的残余物，这些星子避免了吸积成一颗正在形成的行星，而是在最终落在我们的星球上之前围绕太阳系运行。

这些陨石的化学成分可以揭示它们形成环境的信息，并回答一些问题，例如地球的建筑块是否形成于远离太阳的地方，那里较低的温度允许水冰的存在，或者它们是否形成于靠近太阳的地方，那里的热量可能会蒸发任何水分并导致干燥的星子。

如果后者是正确的，那么地球在后来的进化过程中会通过其他方法形成干旱并获得水。

虽然陨石本身不含水，但科学家可以通过检查其对其他化学元素的影响来推断其久违的存在。

水由两个氢原子和一个氧原子组成。

在其他元素存在的情况下，水通常会在一个称为氧化的过程中转移氧原子。

例如，铁金属(Fe)与水(H2o)形成氧化铁(FeO)。足够过量的水可以进一步推动这一过程，产生铁2O3铁锈的成分FeO(OH)。

例如，火星上覆盖着生锈的氧化铁，这为这颗红色星球曾经有过水提供了有力的证据。

前加州理工学院博士后学者、这项新研究的第一作者达曼维尔·格雷瓦尔(Damanveer Grewal)专门利用铁陨石的化学特征收集有关早期太阳系的信息。

尽管来自最早星子的氧化铁现在早已消失，但研究小组可以通过检查这些陨石中的金属镍、钴和铁含量来确定有多少铁被氧化。

相对于其他原始材料，这三种元素应该以大致相等的比例存在，因此如果任何铁“缺失”，这将意味着铁已经被氧化。

“铁陨石在某种程度上被行星形成界忽视了，但一旦你找到了解读信号的方法，它们就构成了太阳系历史早期的丰富信息储存库，”阿西莫说。

“我们在内太阳系陨石中测量的结果和我们预期的结果之间的差异意味着氧气活性高出约1万倍。”

研究人员发现，那些被认为来自内太阳系的铁陨石与来自外太阳系的陨石缺失的铁金属量大致相同。

要做到这一点，两组陨石中的星子一定是在太阳系中存在水的部分形成的，这意味着行星的组成部分从一开始就吸收了水。

这些星子中的水的特征挑战了目前太阳系的许多天体物理模型。

如果星子在地球当前的轨道位置形成，那么只有当太阳系内部比模型目前预测的温度低得多时，水才会存在。

或者，它们可能在更远的地方形成，那里更冷，然后迁移进来。

格雷瓦尔说:“如果水存在于我们星球的早期组成部分中，那么碳和氮等其他重要元素也可能存在。”

“生命的成分可能从一开始就存在于岩石行星的种子中。”

“然而，这种方法只能检测氧化铁过程中消耗的水，”Asimow补充道。

“它对可能继续形成海洋的过量水不敏感。因此，这项研究的结论与地球吸积模型一致，该模型要求后期添加更多富水物质。”

这篇论文的标题是“水雪线以外最早的太阳系内部星子的增长”除了Asimow和Grewal之外，合著者还有前加州理工学院博士后学者Nicole X. Nie、加州大学洛杉矶分校的Bidong Zhang和莱斯大学的Andre Izidoro。格雷瓦尔目前是亚利桑那州立大学的助理教授。资金由巴尔基金会博士后奖学金和美国国家航空航天局提供。

来源: Materials provided by California Institute of Technology. Original written by Lori Dajose.
注明: Content may be edited for style and length. 参考: Damanveer S. Grewal, Nicole X. Nie, Bidong Zhang, Andre Izidoro, Paul D. Asimow. Accretion of the earliest inner Solar System planetesimals beyond the water snowline. Nature Astronomy, 2024; DOI: 10.1038/s41550-023-02172-w