大气和岩浆海洋中由巨大撞击驱动的氧化还原过程可能在地球的演化过程中发挥了至关重要的作用。然而，由于缺乏那个时代或时代的岩石记录，使得理解这些过程变得困难。

行星科学家模拟早期地球大气演化过程中巨大撞击造成的铁氧化

在《科学进展》杂志上发表的一份报告中，JinhuyukChoi和来自首尔、德国和韩国的行星科学家研究小组提出了实验结果，可以使用X射线自由电子激光器模拟铁和挥发物之间巨大的撞击驱动反应。

科学家们使用X射线自由电子激光泵将铁氧化成方铁矿，并将挥发物还原成氢气和一氧化碳。铁氧化继续形成氢化物和菱铁矿，暗示氧化还原边界。这些发现揭示了大气减少的过程，而大气减少是早期地球上生命起源前有机分子出现的基础。

地球的演化和生命的起源

45亿多年前的早期巨大撞击导致了月球的形成，它是地球演化过程中灾难性的决定因素。由于这种巨大的撞击效应，在蒸汽大气和岩浆海洋中发生的全局化学混合和氧化还原过程导致了还原大气中的放气和临时形成;生命起源的先决条件。

虽然各种研究提出了地球早期地幔和大气氧化还原过程的合理情景，但研究人员将生命起源前有机物种的形成归因于地球的低氧逸度。自太古宙以来，地幔被氧化到今天的水平，含有水、二氧化碳和氮。为了进行重现早期地球状况的数值模拟，研究人员需要开发适当的实验方法来验证巨大撞击引起的反应。

形成月球的撞击可能会蒸发地球上的大量硅酸盐，形成蒸汽大气，并使岩浆海洋扩张，从而导致来自原地球和差异化撞击体的物质之间发生全面混合。行星科学家推测，月球形成的撞击会引发撞击物和原地球的不同化合物之间发生剧烈的化学反应，从而导致早期生命的产生。

作为结构探针的X射线自由电子激光器

由于X射线自由电子激光器是波荡器磁体产生的X射线能量范围中最亮的人造光源。该团队采用了由自放大自发发射产生的类激光超短脉冲结构。

在这项工作中，Choi和同事使用X射线自由电子激光器来泵送和探测重铁、挥发性水和二氧化碳的预压缩混合物，以模拟撞击器的金属核心与存在于撞击器中的挥发物之间的化学反应。原地球。这些结果为巨大的撞击驱动的铁氧化提供了实验证据，从而导致了生命起源所需的早期进化途径。

模拟巨大撞击引起的环境

在实验过程中，科学家们使用了多种材料，并根据沉积的能量估算了单个X射线自由电子激光脉冲照射时铁箔的温度，以对应于被照射样品吸收的脉冲能量。通过激光冲击压缩，能量密度在压力持续皮秒的瞬间增加。

虽然大撞击与实验模拟在时间尺度上仍然存在差异，但X射线泵能量覆盖了大撞击驱动条件的很大一部分。

Choi和团队还确定了X射线探针脉冲的压力和温度，并确定了对铁水系统的影响。当研究小组在每次脉冲序列后的某个时间用额外的脉冲探测样品时，产生的反应产生了额外的氢气作为二次氧化产物。

此外，Choi和团队在铁-二氧化碳系统上进行了X射线自由电子激光，其中氧化亚铁与CO2进一步反应，通过连续脉冲形成菱铁矿。

回收样品的显微镜观察

在用聚焦离子束和电子显微镜探测回收样品的横截面后，科学家们对实验的反应途径有了进一步的了解。

为了了解硅酸盐在巨大冲击驱动反应中的作用，研究小组对铁-水-硅酸盐系统进行了原位激光加热实验。他们注意到硅酸盐的存在不会影响铁的氧化或还原物质的产生。虽然在月球形成撞击之前，块状硅酸盐地球上的水和二氧化碳的含量存在很大争议，但存在一种假设，即反应物完全参与了巨大撞击引发的反应。

外表

通过这种方式，JinhuyukChoi及其同事提出了一个关于早期大气和地幔的巨大撞击驱动氧化还原过程的方案。他们观察到氧化铁形成和铁氢化的程度与铁和水反应产生的压力成反比。对与挥发物混合的预压缩铁进行的X射线自由电子激光泵浦探针实验模拟了岩浆海洋中巨大的撞击驱动反应。

研究小组估计了氧化铁物质和还原挥发物的含量。该团队在工作过程中支持了忒伊亚假说，该假说描述了原地球与一个名为忒伊亚的天体之间的碰撞。研究结果解释了氧化地幔和还原大气的时间和整体构象，以促进早期地球上生命的出现。