早期地球经常被描述为“冥古宙”,这是有充分理由的。从碰撞的灰烬中诞生给了我们月亮原始时代的特点是被困在厚厚的二氧化碳和水蒸气之下的地狱般的热量。
奇怪的是,那些条件不适宜居住的时间应该比现在长得多。大约 40 亿年前——经过大约几亿年的冷却——我们的星球已经开始看起来非常适合居住。
对地球巨大转变的任何解释都必须考虑到温室气体的迅速流失,从而使地球变冷,水蒸气凝结成海洋。
唯一的问题是,地球历史上的这段时期几乎没有留下任何地质痕迹。在岩浆海洋上漂浮的结晶矿物的结痂早已沉入深渊,并带走了地球表面状况的证据。
因此,我们为解开失踪气体之谜而提出的任何假设都必须依赖于大部分间接形式的证据。
耶鲁大学的两名研究人员最近对一个相当推测的场景进行了计算,涉及地球表面不再存在的“奇怪”岩石,吸收了所有的二氧化碳2。这个想法似乎得到了证实。
“不知何故,必须去除大量大气碳,”说行星科学家宫崎佳典,现就职于加州理工学院。
“由于没有保存早期地球的岩石记录,我们开始从头开始为早期地球建立一个理论模型。”
我们对地球上冥古宙的了解很大程度上来自行星形成的天体物理和地球化学模型。
我们的地月系统很可能是一个两颗原行星之间的碰撞,一个大约有火星大小,另一个大约有今天地球的质量。
从这些混乱的挥发物和岩石中沉淀出来的可能是一团由旋转的矿物和气体组成的熔块,它们被来自太空的持续倾盆的碎石所保持温暖。
从这些起源出发,我们可以想象一段漫长的炎热和混乱时期,由二氧化碳和水组成的温室气氛持续存在。人们只需看看我们的邻居,, 来感受一下那可能是什么样子。
在我们从冥宙获得的少量矿物证据中,有迹象表明,在仅仅几亿年的冷却之后,它就已经孕育了海洋。
到大约 40 亿年前的亿万年末,碳循环似乎已经稳定了温度,达到了生命可以幸福生存的程度。
一种可能性是,大气中的碳可能已经溶解到海洋中,转化为固体碳酸盐,这些碳酸盐可能下沉并嵌入地幔流中。
这是一个好主意,但只要稍微考虑一下,就知道这些数字是否相加是值得的。
因此,宫崎骏和他的同事 Jun Korenaga 将流体力学、热运动和大气物理学的模型整合在一起,看看是否能让这个假设成立。
结果表明,如果某种岩石暴露在我们星球的表面,就可能发生这种情况。
“这些岩石富含一种叫做辉石的矿物,它们可能呈深绿色,”说宫崎。
“更重要的是,它们的镁含量极其丰富,其浓度水平在当今的岩石中很少观察到。”
充满辉石的潮湿熔融岩石快速搅拌的地壳可能是导致二氧化碳在稳定过程中迅速流失的原因,而稳定过程需要数百万年,而不是数十亿年。
然后,经过冷却,形成由少量缓慢移动的板块组成的再生地壳,所有富含镁的岩石将被留在我们脚下很远的地方。
随着地壳迅速翻转,被水淹没的矿物质会迅速脱水,使海洋充满到我们今天看到的水平。
这种情况很有趣,尤其是因为这种现象会以其他方式帮助启动生命。
“作为额外的好处,早期地球上的这些‘奇怪’的岩石很容易与海水发生反应,产生大量的氢气,人们普遍认为这对于创造生物分子至关重要,”说科雷纳加。
这是一门只寻求确凿证据的科学,这些证据既埋藏在时间深处,也埋藏在地表之下。
毫无疑问,地球的“地狱”时期将使其神秘感保持得更久一些。但我们正在一点一点地理解为什么我们的星球成为我们今天看到的天堂。
这项研究发表于自然。