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地球是如何从熔火环境中变成宜居星球的( 二 )

温室气体 甲烷 行星 宜居星球





根据 康瑞德和宫崎骏的说法 ， 一种史前岩石在使地球适合居住方面发挥了作用 。 它们被称为高镁辉石岩 。 这两位研究人员说 ， 今天地球上不存在这些岩石 。 但他们开发的快速碳去除模型——基于热力学、流体力学和大气物理学——表明这些岩石一定存在 。 他们甚至知道他们会是什么样子 。
“这些岩石可能富含一种叫做辉石的矿物 ， 它们可能呈深绿色 ， ”宫崎骏说 。 “更重要的是 ， 它们富含镁 ， 在当今的岩石中很少观察到这种浓度水平 。 ”
镁矿物与二氧化碳具有亲和力 。 它们形成碳酸盐 ， 然后被隔离到地幔中 。 如果有足够的高镁辉石岩 ， 它们本可以帮助解释地球大气中碳的快速去除 。
但这只是冥王星期间地球大气地质快速转变的部分解释 。 富含镁的矿物质可能很丰富 ， 但还需要发生其他事情 。 请记住 ， 大气中碳的积累源于岩浆海洋的冷却 。 当它冷却和凝固时 ， 它向大气中释放了大量的温室气体 。



在冥王纪期间 ， 地球有所谓的湿地幔 。 地幔是 3000 公里的岩石层 。 湿地幔是一种含有高比例水的地幔 ， 水会影响对流 。
地幔中含有大量的硅酸盐矿物 ， 它们在冥王纪期间被熔化 。 水降低了硅酸盐的熔点 ， 使更多的硅酸盐保持熔融状态 。 熔融物质中的对流意味着地幔经历了对流 。 这意味着潮湿的地幔经历了更多的对流 ， 这将更多的富含镁的矿物质带到地表 ， 在那里它可以与碳发生反应 。 实际上 ， 地幔表面更快地自我回收 ， 使新的镁更快地与碳接触 。 最终 ， 碳从大气中被去除并被隔离到地幔中 。
为此 ， 地幔必须是化学异质的 。 这意味着组成不是统一的 ， 而是由不同和不同的成分组成 。
作者在论文中写道：“鉴于 4.0Ga 出现了宜居环境 ， 地幔具有化学异质结构 ， 更自然地解释了冥王星演化 。 ” “我们提出 ， 化学异质的地幔可以实现快速回收……”



如果地幔更均匀 ， 大气可能不会冷却得如此迅速 。 这是因为更均匀的地幔不会形成促进板块快速运动的相同类型的岩石圈盖层 。 一个均质化的地幔仍然会形成一个枯竭的岩石圈盖 ， 但它会更厚 。 较厚的盖子会减缓板块运动 ， 从而减缓碳封存 。 作者写道：“我们的研究结果表明 ， 化学异质的地幔更适合在冥王纪末期创造宜居环境 。 ”
第三件事必须发生 ， 地球才能宜居 。 宜居性不仅需要活跃的板块构造和从大气中清除温室气体 ， 还需要海洋 。
作者开发的模型也解释了海洋的形成 。 非均质的地幔有更多的对流 ， 这使更多的富含镁的岩石暴露在大气中 。 这就是从大气中去除温室气体 ， 冷却到更现代的温度的原因 。 但地幔中更快速的对流也会向大气释放更多的挥发物 。 他们解释说：“当大气中含有 200 巴的二氧化碳时 ， 释放的挥发物的量“……超过 0.05 磅海洋质量的阈值以形成水海洋 ， 因此在岩浆海洋凝固后立即存在海洋是合理的 ， ”他们解释说 。
更高的温度是个问题吗？温度高到足以使水蒸发 ， 但压力也很高 。 “由于温室效应 ， 地表温度超过了 100°C ， 但液态水却因大气压而稳定 ， ”作者解释说 。
这项工作还有另一个令人着迷的结果：该模型不仅展示了大气如何更快地冷却并变得可居住 ， 它还展示了“奇怪的”富含镁的岩石如何在地球历史的早期创造了更多生物学所需的化学物质 。



“作为一个额外的好处 ， 早期地球上的这些‘怪异’岩石很容易与海水发生反应 ， 产生大量的氢 ， 这被广泛认为是制造生物分子所必需的 ， ”康瑞德
研究人员说：“化学异质地幔的地壳中富含铁的橄榄石含量高会促进蛇纹石化反应 ， 这对地球上最早的生命具有重要意义 。 ” 蛇纹石化是指海水与超镁铁质岩石接触 。 蛇纹石化产生氢气 ， 然后将大气中的二氧化碳还原为甲烷 。 早期的生命形式依赖于甲烷 。 “蛇纹石化通过减少水释放氢气和甲烷 ， 甲烷的厌氧氧化被认为在光合作用开始之前支持了新生的生命形式 ， ”论文指出 。
古代地幔地壳中生物分子的蛇纹石化和产生类似于位于大西洋的一种罕见的现代深海热喷口 ， 称为失落之城热液场 。 科学家们对失落的城市热液场非常感兴趣 ， 因为它可以非生物产生氢气和甲烷 。 科学家认为那里发生的蛇纹石化与早期地球相似 。 与早期地球一样 ， 失落之城也产生微生物生命所必需的氢气和甲烷 。 一些科学家认为地球上的生命可能起源于古老的通风口 ， 例如失落之城的通风口 。

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