火星和地球上的稀有金属蕴含着巨大影响

【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】一项新的研究表明，40亿年前对火星的巨大影响可以解释火星上“铁爱”元素的异常数量。行星形成时，微小的尘埃颗粒聚集在一起，并与其他颗粒聚集在一起，导致更大的星体被称为“星子”。这些星子继续相互碰撞，要么被逐出太阳系，要么被太阳吞噬，要么形成一个行星。这并不是故事的结局，因为行星在形成后仍会继续生长。这一过程被称为晚期增生，它发生在行星形成的剩余碎片落在年轻的行星上。行星科学家雷蒙胸罩的东京理工学院和大学的地质学家Stephen Mojzsis科罗拉多博尔德仔细查看了一个巨大的影响在火星的后期吸积,可以解释不同寻常的稀有金属元素在火星地幔地球地壳下面的层。他们最近发表的论文《地球物理研究快报》上刊登了一篇文章，题为“一个巨大的影响，使火星的地幔与贵金属相结合”。

火星南北半球的表面特征是非常不同的。在这个地形图中，北半球(以蓝色表示)大部分是光滑的低地，并经历了广泛的火山活动。南半球(橙色的)有一个较老的，凹凸不平的高地表面。这种二分法可能是由巨大的影响造成的。图片版权：University of Arizona/LPL/SwRI

当原始行星形成足够的材料时，铁和镍等金属开始分离并下沉形成核心。这解释了为什么地球的核心主要是由铁组成的，而且人们预计，与铁结合的元素也应该主要存在于核中。这类“铁爱”元素的例子有:黄金、铂和铱。然而就像火星一样，地球的地幔中也有比核心形成过程更多的亲铁元素。高压实验表明，这些金属不应该在地幔中。这些金属不喜欢溶解在硅酸盐中，相反，、它们更愿意通过地幔进入地核。事实上确实拥有它们，这意味着它们一定是在核心和地幔分离后到达的，而这些金属在到达核心时变得更加困难。Brasser和他的同事在2016年发表的一篇论文中得出的结论是，巨大的影响是对地球高铁元素丰度的最好解释。在晚吸积过程中所积累的嗜铁细胞数量应与行星的“重力横截面”成比例。这个横截面实际上是一个撞击者在接近目标行星时看到的十字。引力横切面延伸到行星本身之外，因为即使物体不在直接的碰撞过程中，地球的引力也会将物体指向它。这个过程叫做引力聚焦。

早期的论文表明，地球在地幔中有更多的嗜铁细胞，即使是根据引力截面理论。科学家们解释这一现象的原因是，月球大小的物体对地球的影响(除了形成月球的事件之外)，也会使地幔变得丰富，足以解释当前的价值。对火星陨石的分析表明，火星的质量(重量百分比，或者说是wt %)通过后期吸积增加了0.8个百分点。在这篇新论文中，Brasser和Mojzsis表示，在一次撞击事件中，火星对其质量进行了大约0.8 wt的修正，需要一个直径至少1200公里的物体。这种影响应该发生在4.5到44亿年前。对古代火星陨石中锆石晶体的研究可以追溯到44亿年前火星地壳的形成。因此，巨大的撞击应该会导致地壳大范围的融化，这样一个灾难性的事件一定发生在最古老地壳的证据之前。如果这种影响发生在45亿年前的地球历史上，那么在核心形成过程中，就应该把siderophiles去掉。当影响发生时，这段历史提供了坚实的bookend约束。

了解晚期增生不仅对解释亲铁物质的丰度有重要意义，而且还对地球生物圈的年龄设置上限。在每次撞击过程中，一小块地壳会局部融化，当吸积非常强烈时，几乎所有的地壳都是熔化的。随着吸积强度的降低，地壳的融化量也随之降低。最早可以形成生物圈的时间是当吸积足够低的时候，在任何特定的时间，只有不到50%的地壳是熔融的。火星表面也有一个不寻常的二分法，这可以用巨大的影响来解释。南半球是一个古老的陨石坑，北半球显得更年轻，更光滑，受火山活动的影响。一个巨大的撞击可能也产生了火星卫星，Deimos和Phobos，尽管另一种理论认为高孔的火卫一可能是被捕获的小行星。

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参考：地球物理研究快报

内容：经“博科园”判定符合今主流科学

来自：Astrobio

编译：中子星

审校：博科园

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