这个绝对年龄说明太阳系形成早期的流体活动可延续120,我们太阳系里的小天体们——小行星、彗星和陨石

图1. DaG 978陨石中独特产状的磷灰石颗粒

科学家沿着太阳系形成早期的线索,像侦探一样,一步一步拼凑出了我们生命起源的真相。我们掌握的这些经验,会让我们更好地了解其他的恒星系和那里生命发展的情况。

科学家研究发现,地球历史上可能出现过两次“雪球地球”事件,一次发生在24.5亿—22.2亿年前,另外一次是在距今约8亿—5.5亿年前。雅拉布巴陨石坑的定年结果,刚好与早期“雪球地球”事件快要结束的时间相当,因此部分科学家提出,这次撞击可能导致了覆盖在地球表面的大量冰雪融化,从而结束了“雪球地球”事件。

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希望种子:星际空间的播撒与“消毒”

图3. DaG 978陨石中磷灰石的定年结果

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位于澳大利亚西部的雅拉布巴陨石坑形成时间非常长,因此科学家选择使用撞击作用形成时含有较多U、Th和Pb的锆石矿物来定年。在实际测年时,还需要确定这些锆石是撞击作用时形成的,这样的测年结果才有意义。研究人员在撞击产物中,发现了由撞击作用产生的高温事件,导致早期形成的锆石发生了熔融和重新生长,即在早期锆石周边发育有撞击引起的生长边。“这个生长边就构成了撞击作用的计时器,然后再采用常规的U-Th-Pb法对边缘锆石进行定年,从而获得了准确的撞击时间——22.29亿年前。这一结果也证明了,这是目前地球表面已经发现的最古老的撞击坑。”肖龙说道。

图2. DaG
978中磷灰石显示了Eu的正异常,说明不存在与其他矿物的热平衡,揭示了流体交代成因

未来的资源

时间上如此的巧合让科学家不禁怀疑,正是此次撞击事件改变了地球对于生命的“苛刻”条件,大量冰雪消融为生命的诞生塑造了一个温暖的环境。事实上,许多陨石中包含的生命因素、陨石撞击对于星体环境、气候的影响也似乎可以从侧面证明,小行星撞击很有可能是包括地球在内的,许多天体生命诞生的起源。只不过与“雪球地球”事件一样,因为年代的久远,我们缺乏足够有效的证据来验证这一观点。对于我们研究其他天体而言,“雪球地球”恰如其他宇宙星体的缩影,很可能包含着其他星球上生命诞生的“证据”,对于此次小行星撞击与“雪球地球”结束之间相关性的研究,能够进一步帮助我们看清地外生命存在的蛛丝马迹。

2015年,国外行星科学家基于年代学统计结果,通过理论模拟研究提出地月系统形成时抛出的大量碎块,这些碎块撞击了内太阳系天体和主小行星带内缘天体。根据磷灰石年龄与前人年代学统计峰值非常好的吻合程度,这篇论文提出DaG
978磷灰石记录的这次流体活动很可能与地月系统形成时产生的大量抛射物撞击小行星有关。部分抛射物撞击了DaG
978母天体导致地表或次地表水冰融化,从而产生流体活动和蚀变事件的发生。该解释说明了形成地月系统的大撞击事件不仅影响了内太阳系和小行星带内缘的天体,也影响了小行星带外缘甚至外太阳系的天体。这对构建太阳系天体的动力学演化模型有重要指示意义。

NASA的无人太空探测器让我们能够近距离造访彗星、小行星和矮行星,甚至还能带回可供研究的样本。我们正在逐渐摸清这些天体的外形、组成成分和它们形成的原理。

另外,各种放射性同位素的半衰期变化范围广,如一些长寿的放射性同位素铀、钍、钾等的半衰期很长,与地球年龄处于同一量级,即可用于测定地球早期的地质事件年龄,而短寿的放射性同位素如14C等可用于近代地质事件过程的测年。

南京大学地球科学与工程学院张爱铖教授和王汝成教授课题组在天体化学方向取得重要进展,相关研究成果“Young
asteroidal fluid activity revealed by absolute age from apatite in
carbonaceous chondrite”于9月29日在线发表在自然子刊Nature Communications
(2016 September 7:12844)上。张爱铖教授为第一作者和通讯作者。

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众所周知,我们至今还无法准确地回答地球生命是如何产生的,也就是说,我们并不能确定地球生命的来源。作为生命起源的假说之一,“泛种论”认为,宇宙空间布满了形成生命希望的种子,这些种子会通过天体之间的撞击,在星际空间传播,然后在合适的环境下不断演化和进化。当然,这还是一种假说。科学家曾对一块火星陨石进行研究,发现了疑似生物化石的结构,一度被认为是找到了火星生命的迹象,但后来也不断传出质疑的声音。

本工作是与中科院地质与地球物理研究所及日本北海道大学合作的研究成果。该项目得到了国家自然科学基金项目和中央高校基本业务费的经费支持。

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小行星撞击也被认为是导致“雪球地球”结束的原因之一。小行星撞击地球时会释放大量热量,导致地球表面的冰雪融化。

(地球科学与工程学院 科学技术处)

  1. solarsystem

化学元素:宇宙生物信息的“包裹”

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根据最新的陨石测定,雅拉布巴成为了地球上已经发现的近200个撞击坑中最古老的一个。更为特别的是,它的年龄恰好与地球早期的“雪球地球”时期相匹配。科学家推测这一次撞击可能使当时厚厚的冰层蒸发,释放出大量水蒸气到达平流层,造成了强大的温室效应,“解冻”地球,为生命的诞生创造“温床”。由此,科学家不禁联想,小行星撞击是否是生命的起源?我们是否可以通过这种“迹象”寻找地外生命?

流体蚀变是太阳系形成早期最普遍的过程之一。了解流体活动何时发生对揭示含水流体的来源与时空演化至关重要,并很大程度影响科学家对太阳系早期前生命有机物演化的认知。在过去四十多年内,科学家对太阳系早期流体蚀变时间开展了大量研究,但绝大多数依赖于短寿期放射性同位素定年体系(129I-129Xe,53Mn-53Cr和26Al-26Mg)获得的相对年龄。这些研究认为流体蚀变发生于太阳系形成之后的1−25
Myr时间段内,主要是由于短寿期放射性核素衰变导致水冰融化发生蚀变事件。有少数学者曾基于一些假设去尝试获得流体蚀变事件的绝对年龄,但后来发现这些假设存在很大的问题。

彗星和小行星很可能给地球带来了一部分的水和一些形成生命的复杂化学反应所必须的物质。

时间的巧合:“雪球”可能是生命的起点

地科院张爱铖教授在研究一块来自小行星带外缘天体的球粒陨石样品时,观察到了大量磷灰石颗粒。他们通过详细的矿物学和微量元素地球化学研究,揭示了DaG
978中的磷灰石是流体蚀变成因的,不同于常见的热变质成因磷灰石。通过与中科院地质与地球物理研究所的年代学专家合作,张爱铖教授使用先进的离子探针测试了这些磷灰石的U-Pb同位素体系,从而获得了磷灰石的绝对年龄为4450
Ma。这是太阳系早期流体活动的第一个有效绝对年龄。不同于前人相对年龄的结果,这个绝对年龄说明太阳系形成早期的流体活动可延续120
Myr左右,而不是只持续25 Myr左右。

我们能不能找到全新的原材料和那些地球上已知的自然资源?人类是不是能够在未来把小行星或彗星当做燃料加油站?说不定我们还能在太空中找到新能源来保护我们的环境。

假设从解冻“雪球地球”的角度来看,小行星撞击地球会导致冰雪融化,环境温度升高,有利于生命的生存和繁衍。如果追溯到地球生命起源的话,小行星撞击给地球带来生命之源,也是可能的。

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