地球下地幔的外星线索来自陨石

时间:2020-01-17 16:51 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

地球下地幔的外星线索来自陨石

在地球表面的深处有一层厚厚的岩石层,叫做地幔,它占了地球体积的大部分。虽然地球的地幔太深,人类无法直接观测到,但某些陨石可以为这一不可到达的层提供线索。

在最近发表在《科学进展》上的一项研究中,一个国际科学家小组包括亚利桑那州立大学的尚轩丹·西姆和托马斯·夏普;完成了对一颗“受冲击的陨石”的复杂分析(经历过高压和高温的撞击事件),对地球下地幔有了新的认识。

随州:一块震撼的陨石

自1969年高压环伍德岩被发现以来,受震陨石为深部地幔矿物提供了许多实例。

在这项研究中,来自意大利佛罗伦萨大学的Luca Bindi、亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的Shim和Sharp以及来自中国广州地球化学研究所的Xiande Xie将他们的努力集中在一个被称为随州的陨石样本上。

地球下地幔的外星线索来自陨石

“随州是我们团队分析的理想陨石,”专门用高压实验研究地幔的Shim说。它为我们的研究小组提供了被认为构成地球深地幔的天然高压矿物的样本。

1986年,中国湖北随州陷落。这块陨石坠落后不久,一群科学家就能找到并收集样本。

“这是观察到的坠落,”夏普说,他专门研究受冲击的陨石,以了解冲击和冲击的太阳系。“所以它在地球上没有遭受任何化学风化,因此也没有改变铁。”

Bridgmanite:下地幔的主要物质

研究人员在本次研究中使用的随州陨石样品中含有一种特殊的硅酸盐,称为“桥状硅酸盐”。这种硅酸盐被认为是地球下地幔的主要物质,占地球体积的38%。它于2014年在切尔滕纳姆陨石坑首次被发现。

虽然之前人们认为铁金属主要存在于地核中,但大约15年前,科学家在实验室中发现,bridgmanite中的铁可以自我氧化,从而产生金属铁。

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这个过程,一种叫做“电荷歧化”的化学反应,是指原子间重新分配电子,产生两种或三种不同氧化态的阳离子形式(在本例中,bridgmanite中的一些Fe(II)离子转化为Fe(III)和Fe(0),后者形成金属铁)。

然而,问题仍然是,这一过程是否真的能在自然界中发生。

利用高分辨率电子显微镜成像和光谱技术,研究人员对随州陨石样品进行了一组纳米尺度的复杂分析。

通过这些分析,课课组在受冲击的陨石样品中发现了金属铁纳米颗粒与bridgmanite共存的现象,这是铁歧化反应的第一个直接证据,而目前仅在高压实验中观察到。

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“这一发现表明,电荷歧化可以发生在自然高压环境中,因此在地球的深处,”Shim说。

然而,这项研究的意义不仅仅是这一发现,它可能最终帮助我们理解地球自身是如何被氧化的这个更大的问题。

虽然我们知道Earth’ s上地幔比其他行星和氧化,氧化条件的上地幔可能与大气中的氧的突然崛起25亿年前,我们don’还不知道地球上地幔的氧化。

“当下地幔的物质通过对流运输到上地幔时,可能会有金属铁的损失,而bridgmanite中的氧化铁会在上地幔中造成更多的氧化条件。”Shim说。

“我们的发现为地球上地幔更多的氧化条件提供了一种可能的解释,并支持了这样一种观点,即深层的内部过程可能促成了地表的大氧化事件。”

参考文献:铁离子电荷歧化的证据卢卡·宾迪,沈铉,托马斯·g·夏普和谢先德,2020年1月10日,科学进步。

DOI: 10.1126 / sciadv.aay7893

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