根据对新形成恒星的观测,科学家们知道太阳系是围绕着中心生长的太阳形成的一个尘埃和气体的圆盘。气体凝聚成固体,积累成更大的岩石体,如小行星和小型行星。经过1亿年的时间,这些微型行星相互碰撞,并逐渐积累到我们今天看到的行星,包括地球。
虽然人们普遍认为,地球是从越来越小的天体逐渐形成的,但许多影响我们成长的星球的过程并不那么清晰。来自牛津大学的地球科学部的研究人员解开其中的一些过程,揭示了微型行星加入地球以前发生了熔化和蒸发。他们还解决了另一个科学难题:许多重要的化学元素在地球中的消耗。
众所周知,相对于太阳系整体而言,地球强烈地损耗在温度低于1000℃的早期气体盘中(例如铅、锌、铜、银、铋和锡)。传统的解释是,地球是没有这些挥发性元素和少量的小行星型体是后来加上去的。然而,这个想法不能解释其他元素的“过度丰富”,特别是铟,它现在被用于半导体技术,以及电视和电脑屏幕。
研究人员揭露背后的这些挥发性元素在地球消耗模式的原因和“过剩”的铟。他们建造了一个熔炉,在那里他们控制温度和大气,以模拟早期地球和行星的低氧化状态。在一个特定的一系列实验融化岩石在1300°C在缺氧的条件下,确定不同的挥发性元素是如何从熔岩蒸发。
在实验过程中,每一种利益要素都以不同的方式蒸发。随后,岩浆样品迅速冷却,化学分析测定的元素损失模式。分析表明,熔融熔岩实验中测量的相对损失(挥发性)与地球上观察到的损耗模式非常接近。特别是,铟的挥发性与它在地球上观察到的丰度完全一致——它的丰度,并不是一种反常现象。
实验表明,地球上挥发性元素耗尽的模式是由熔融岩石与缺氧大气之间的反应而形成的。这些反应可能发生在早期形成的行星上,这些行星是在形成月球的巨大撞击中形成的,也可能是在形成月球的巨大撞击中形成的,这一现象被认为导致了我们星球的大规模融化。
研究小组将最初的实验集中在13个关键元素上,研究了其他元素,如氯和碘在相同条件下的行为。研究表明,对类地行星中挥发性损耗模式的解释需要集中于元素挥发性的实验测量。