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今天的气氛可能几乎没有其原始的自我痕迹:地
发布时间:2019-02-25

现在,麻省理工学院,希伯来大学和加州理工学院的研究人员已经陷入了一种可能的情况:小型太空岩石或星子的无情闪电可能会在月球形成的时候轰炸地球,以足够的力量将气体云投入将山东11选5平台大部分大气层喷射到太空中。

研究人员计算,成千上万的这种山东11选5官网平台小影响可以有效地抛弃地球的整个原始大气层。这种影响也可能摧毁了其他星球,甚至还剥夺了金星和火星的大气层。

事实上,研究人员发现,小型星子在驱动大气损失方面可能比巨型撞击器更有效。根据他们的计算,它将需要一个巨大的影响 - 几乎与地球撞击自身一样巨大 - 来驱散大部分的大气层。但综合起来,许多小的影响会产生相同的效果,只占质量的一小部分。

麻省理工学院地球,大气和行星科学系的助理教授Hilke Schlichting说,了解地球古老大气层的驱动因素可能有助于科学家们识别出促进生命形成的早期行星状况。

“[这一发现]为早期地球大气层最可能的情况设定了一个非常不同的初始条件,”Schlichting说。“它为我们提供了一个新的起点,试图了解大气的组成是什么,以及发展生活的条件是什么。”

Schlichting和她的同事们在Icarus杂志上发表了他们的研究结果。

高效弹射

该小组研究了巨大的火星大小和更大的物体以及25公里或更小的撞击器撞击后保留和损失的大气量 - 太空岩石相当于今天在小行星带周围晃动的岩石。

该团队进行了数值分析,计算了某一速度下给定冲击质量产生的力,以及由此产生的大气气体损失。研究人员发现,与火星一样巨大的碰撞器发生碰撞,会在地球内部产生冲击波,引发重要的地面运动 - 类似于地球周围同时发生的巨大地震 - 其力量将冲向大气层,这个过程是山东11选5平台如果不是全部的话,它可能会喷出大部分地球的大气层。

然而,如果发生这样的巨大碰撞,它也应该融化地球内的一切,将其内部变成均匀的泥浆。鉴于当今地球内部氦-3等稀有气体的多样性,研究人员得出结论认为,这种巨大的核心熔化影响不大可能发生。

相反,该团队计算了更小的撞击物对地球大气层的影响。这种太空岩石在撞击时会产生各种爆炸,释放出一堆碎片和气体。这些冲击器中最大的一个将足够有力地从撞击平面上方的大气中排出所有气体 - 垂直于撞击器轨迹的直线。在较小的影响之后,只有一小部分气氛会丢失。

该团队估山东11选5官网平台计,为了完全抛弃地球的所有大气层,这颗行星需要被成千上万的小型撞击者轰炸 - 这种情况很可能发生在45亿年前的月球形成时期。这个时期是银河系的混乱之一,成千上万的太空岩石在太阳系周围旋转,经常碰撞形成行山东11选5平台星,月球和其他物体。

“当然,当时我们确实拥有所有这些较小的撞击器,”Schlichting说。“一个小小的影响无法摆脱大部分气氛,但总的来说,它们比巨大的影响更有效率,并且很容易弹出地球的所有大气层。”

失控效应

然而,Schlichting意识到小冲击的总和效应在驱动大气损失方面可能过于有效。与金星和火星相比,其他科学家测量了地球的大气成分。这些测量结果显示,虽然每个行星大气都具有相似的惰性气体丰度模式,但金星的预算类似于球粒陨石 - 石质陨石是早期太阳系的原始残骸。与金星相比,地球的惰性气体预算已经耗尽了100倍。

Schlichting意识到,如果两个行星都暴露在同一个小冲击波的闪电战中,那么金星的气氛也应该同样耗尽。她和她的同事们重新审视了小冲击器情景,更详细地研究了大气损失的影响,试图解释两个行星大气层之间的差异。

根据进一步的计算,该团队确定了一个有趣的效果:一旦行星的大气层丢失了一半,小型撞击器就会更容易地喷射其余的气体。研究人员计算出金星的大气层只需要开始比地球山东11选5官网平台大一点,以便小型冲击器侵蚀地球大气的前半部分,同时保持金星完好无损。从那时起,Schlichting将这种现象描述为“失控过程 - 一旦你设法摆脱上半场,下半场就更容易了。”

时间零

在小组研究过程中,出现了一个不可避免的问题:什么最终取代了地球的大气层?经过进一步的计算,Schlichting和她的团队发现了相同的冲击器,喷射的气体也可能引入了新的气体或挥发物。

“当发生撞击时,它会熔化星子,它的挥发物会进入大气层,”Schlichting说。“它们不仅可以消耗,而且可以补充部分大气。”

该小组计算了给定成分和质量的岩石可能释放的挥发物的数量,并发现大部分大气可能已被数万个太空岩石的影响所补充。

“考虑到我们对不同岩石的挥发性成分的了解,我们的数字是现实的,”Schlichting指出。

普渡大学地球,大气和行星科学教授Jay Melosh说,Schlichting的结论令人惊讶,因为大多数科学家认为地球的大气层被一次巨大的撞击所消灭。他说,其他理论引发了来自太阳的强烈紫外线辐射,以及“异常活跃的太阳风”。

“地球如何失去其原始气氛一直是一个长期存在的问题,本文对解决这个谜团大有帮助,”Melosh说,他没有为这项研究做出贡献。“生命在这个时候开始在地球上开始,所以回答关于气氛如何消失的问题告诉我们什么可能会开启生命的起源。”

展望未来,Schlichting希望更密切地研究地球早期形成的条件,包括从小型撞击物和地球古岩浆海洋中释放挥发物之间的相互作用。

“我们希望将这些地球物理过程联系起来,以确定在地球刚刚形成时零时刻最大可能的大气成分,并希望确定生命进化的条件,”Schlichting说。




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