45亿年前,当太阳系仍在形成时,太阳风中的粒子可能在地球核心由太空碎石聚集而成时被捕获。
这是科学家在分析铁陨石并发现过量惰性气体(其同位素比率与太阳风一致)后得出的结论。 由于铁陨石被认为类似于行星核心的形成,这表明地球核心中应该包含类似的丰度。
这块陨石,名叫华盛顿县因为它是在 1927 年发现的,是一个罕见的地方。 在所有落到地球上的太空岩石中,我们回收的岩石中大约只有 5% 是铁制成的。
根据我们对行星形成的理解,这些铁陨石被解释为失败行星的核心。
人们认为行星是在其恒星非常年轻时形成的——甚至可能同时当恒星仍在形成时,其周围环绕着一层厚厚的尘埃和气体漩涡云。 云中的灰尘和卵石开始碰撞并粘在一起:首先是静电作用,然后是重力作用,因为物体变得越来越大,可以吸引更多的物质。 这些物体基本上是行星的“种子”,或者星子。
随着星子的生长,它们会变得很热并且有点熔化,从而使物质能够四处移动。 核心分化是密度较大的材料向内沉向物体中心而密度较小的材料向外上升的过程。
并不是所有开始成为行星的东西都能真正成功。 小行星被认为是星子的残余物,它们在行星完全生长之前就被破坏和破碎了。 铁陨石被认为是分化的星子核心的碎片。
出于这个原因,行星科学家研究铁陨石,以更好地了解我们自己的星球的形成,它具有致密铁芯。 一段时间以来,华盛顿县铁陨石因其特殊性而闻名。
科学家首先发现它似乎含有稀有气体氦和氖的不寻常同位素早在 20 世纪 60 年代,从那时起,研究人员就对其产生了兴趣。
最初,这些气体被认为是宇宙成因的——也就是说,这些气体是由铁流星体在太空中数十亿年所暴露的银河宇宙射线相互作用而产生的。
然后,20世纪80年代天文学家发现这些比率与太阳风同位素比率更加一致。 现在,德国海德堡大学宇宙化学家曼弗雷德·沃格特领导的团队证实了这一点。
利用惰性气体质谱分析法,他们确定华盛顿县陨石中发现的氖气和氦气的一些同位素比更符合太阳风而不是宇宙起源。
“测量必须非常准确和精确,才能将太阳特征与主要的宇宙惰性气体和大气污染区分开来,”沃格特解释道。
研究小组将陨石推断为行星核心,得出结论,类似的太阳风粒子可能被地球形成的核心捕获,并溶解到液态金属中。 有趣的是,观察证据支持了这一结论。
氦和氖的太阳同位素也可以在海洋岛屿的火成岩中找到。 至少其中一些海洋玄武岩来自深部地幔柱,被认为延伸到一直到核幔边界, 大约2,900公里(1,800 英里)深。
研究人员表示,由于在来自较浅物质的火山岩中没有发现太阳同位素,这表明这些同位素来自地球深处。
“我们一直想知道为什么如此不同的气体特征可能存在于缓慢但不断对流的地幔中,”宇宙化学家马里奥·特里洛夫解释说海德堡大学的。
根据该团队的计算,观测到的太阳氖和氦同位素地幔丰度不需要像华盛顿县陨石那样大量的材料。 如果只有 1% 到 2% 的核心具有相似的成分,这就可以解释 Trieloff 和他的团队所观察到的现象。
考虑到太阳系形成期间的动荡环境,以及如何狂野的太阳,太阳粒子混合在一切事物中也许并不奇怪。
但事实上这些粒子可能会从地核渗出并进入地幔是研究人员表示,这令人惊讶,并表明我们可能需要在未来的研究和建模中考虑泄漏核心。
“对于我们的星球来说,这可能为通过从下面的核心中流出各个储层来保持不同的地幔状态具有独特的稀有气体特征相关的问题提供一个新的解决方案,”他们在论文中写道。
“与此同时,这意味着地核在地幔地球化学和挥发性地球动力学中发挥着相当大的——以前被忽视的——积极作用,这应该纳入未来的研究中。”
该研究发表于通讯 地球与环境。