通过盐这块太空岩石提供了地球如何获得水的线索
氯化钠,更广为人知的名称是食盐,并不是那种能激发科学家想象力的矿物质。然而,亚利桑那大学月球与行星实验室的研究人员在一颗小行星样本中发现了少量微小的盐晶体,这让他们感到兴奋,因为这些晶体只能在液态水存在的情况下形成。
根据研究小组的说法,更有趣的是样本来自一颗S型小行星,这种小行星已知大多缺乏水合(含水)矿物质。这一发现有力地表明,大量穿过太阳系的小行星可能并不像以前认为的那样干燥。发表在《自然天文学》上的这一发现再次推动了这样一种假设,即地球上的大部分(如果不是全部)水可能是在地球动荡的婴儿期通过小行星到达的。
Zega和主要研究作者、月球和行星实验室的博士后研究员ShaofanChe对2005年日本隼鸟任务从小行星Itokawa收集并于2010年带回地球的样本进行了详细分析。
该研究首次证明盐晶体起源于小行星的母体,排除了样本到达地球后由于污染而形成盐晶体的任何可能性,这个问题一直困扰着之前在陨石中发现氯化钠的研究出身相似。
“如果你把家里的食盐放在电子显微镜下观察,这些颗粒看起来就像你看到的一样,”该研究的资深作者兼UArizona月球与行星实验室行星科学教授汤姆泽加说。“它们是这些漂亮的方形水晶。这也很有趣,因为我们在小组会议上就它们进行了很多热烈的讨论,因为它太不真实了。”
泽加说,这些样本代表了一种被称为普通球粒陨石的地外岩石。这种类型的陨石源自所谓的S型小行星,例如Itokawa,约占地球上收集到的陨石的87%。其中极少数被发现含有含水矿物质。
“长期以来,人们一直认为普通球粒陨石不太可能是地球上的水源,”月球和行星实验室柯伊伯材料成像与表征设施主任泽加说。“我们对氯化钠的发现告诉我们,这颗小行星可能含有比我们想象的更多的水。”
今天,科学家们基本同意,地球与金星和火星等其他岩石行星一起形成于年轻太阳周围翻滚、旋转的气体和尘埃云的内部区域,即太阳星云,那里的温度非常高-根据Che的说法,水蒸气从气体中凝结的温度太高了。
“换句话说,地球上的水必须从太阳星云的外围输送,那里的温度要低得多,并且允许水存在,很可能以冰的形式存在,”切说。“最有可能的情况是彗星或另一种称为C型小行星的小行星位于太阳星云更远的地方,它们向内迁移并通过撞击年轻的地球来运送它们的水货。”
水可能存在于普通球粒陨石中,因此其来源比它们“更湿润”的同类更接近太阳,这一发现对任何试图解释水输送到早期地球的情景都有影响。
研究中使用的样本是一个微小的尘埃颗粒,直径约为150微米,大约是人类头发直径的两倍,研究小组从中切下一小部分,宽度约为5微米——刚好足以覆盖一个酵母细胞——用于分析。
通过使用多种技术,Che能够排除氯化钠是由于人体汗液、样品制备过程或暴露于实验室湿气等来源造成的污染。
因为样品已经保存了五年,所以团队拍摄前后照片并进行对比。照片显示样品内部氯化钠颗粒的分布没有变化,排除了在此期间任何颗粒沉积到样品中的可能性。此外,Che还进行了一项对照实验,将一组与Itokawa样品相同的陆生岩石样品进行处理,并用电子显微镜对其进行检查。
“陆地样本不含任何氯化钠,因此我们确信样本中的盐是小行星Itokawa的原生盐,”他说。“我们排除了所有可能的污染源。”
泽加说,每天都有成吨的外星物质如雨点般降落在地球上,但其中大部分在大气层中燃烧殆尽,再也没有到达地表。
“你需要一块足够大的岩石才能进入并输送水,”他说。
1990年代由已故月球和行星实验室前主任迈克尔德雷克领导的先前工作提出了一种机制,通过该机制,早期太阳系中的水分子可以被困在小行星矿物中,甚至可以在对地球的撞击中幸存下来。
“这些研究表明,仅通过这种机制就可以输送价值数个海洋的水,”泽加说。“如果现在证明最常见的小行星可能比我们想象的要‘湿润’得多,那将使小行星输送水的假说更加可信。”
Itokawa是一颗花生形的近地小行星,长约2,000英尺,直径约750英尺,据信是从一个更大的母体中分离出来的。根据Che和Zega的说法,可以想象冻结的水和冻结的氯化氢可能已经聚集在那里,并且在太阳系早期自然发生的放射性元素衰变和陨石的频繁轰击可能提供了足够的热量来维持热液过程,包括液态水。最终,母体会屈服于重击并分解成更小的碎片,从而形成丝川。
“一旦这些成分聚集在一起形成小行星,就有可能形成液态水,”泽加说。“一旦你有了液体形式,你就可以把它们想象成占据小行星的空腔,并可能进行水化学。”
然而,指向Itokawa样本中的盐晶体自太阳系诞生以来就存在的证据并没有就此结束。研究人员发现了一条斜长石矿脉,这是一种富含钠的硅酸盐矿物,贯穿样品,富含氯化钠。
“当我们在陆地样本中看到这样的蚀变脉时,我们知道它们是由水蚀变形成的,这意味着它必须涉及水,”切说。“我们看到与钠和氯相关的纹理这一事实是另一个强有力的证据,表明当水流过这种含钠硅酸盐时,这发生在小行星上。”
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