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标题: 40亿年前的水晶提供了生命起源的线索 [打印本页]

作者: 大江 时间: 2018-9-26 12:03
标题: 40亿年前的水晶提供了生命起源的线索
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科学家和艺术家经常将地球最早的年代视为一个由火山和熔岩场主导的地狱景观。但是在几亿年之内，景观可能已经冷却到足以在其表面上存水。生活可能很快就会出现。
RYAN ROSSOTTO插图

与钻石不同，锆石是永恒的。这些结晶时间胶囊可以让我们了解早期地球的生命激发条件。

地球在40多亿年前的样子是什么样的？这是人类在石头上雕刻奇观之前，在树木蚀刻环中的季节之前，在板块构造扣住地球表面以暴露生长山带中的古老层之前。

但科学家确实有一些线索，其形式是一种极其坚硬的矿物，称为锆石。

锆石晶体几乎是坚不可摧的;今天仍然有一些人将近44亿年。它们就像微小的时间胶囊，可以保留极早期的化学指纹。 “这基本上是我们进入地球形成阶段的唯一窗口，”罗切斯特大学的Dustin Trail说。

通过解码这些化学线索，科学家们正在慢慢地弄清楚那些促进生命最早闪烁的环境。但到目前为止，表面看起来一直是个谜。现在，在美国国家科学院院刊发表的一项新研究中，Trail和他的同事们分开了这个谜团。

利用锆石的化学指纹，该团队确定了可能存在于地球早期的一系列沉积物，这些沉积物可能是最古老的生化反应。

地球上最古老的材料的图片。
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ASTER卫星拍摄了澳大利亚杰克山地区的这张照片。它是迄今为止发现的最古老的地壳碎片，其中包含可追溯到近44亿年的锆石。
NASA / GSFC / METI / ERSDAC / JAROS和美国/日本ASTER科学团的摄影

当地球首次形成时，超过45亿年前，它的表面看起来可能与今天不同。科学家经常把这个时期描绘成一个恰当名称为Hadean的地方，它是希腊黑社会之神哈迪斯 - 在持续的大规模袭击下充满了火热的地狱般的景象，充满了火山口潺潺的熔岩。

科学与创新
40亿年前的水晶提供了生命起源的线索
但所有这一切都是基于推论 - 没有物理证据来自地球的最初几亿年。 “地球在删除部分信息方面做得很好，”Trail说。我们的星球是最终的回收者。板块构造不断将旧岩石重新用于新的岩石，熔岩流硬化成新的景观。

然而，锆石晶体非常坚硬，以至于它们经常在这个回收过程的高温和高压下存活，保留了它们最初形成环境的线索。使用锆石氧同位素，研究人员之前发现液态水覆盖了我们星球的部分地区大约43亿年前，这表明地球在地球形成后仅几亿年就会冷却。就在去年，研究人员在41亿年前的锆石中发现了他们认为可能含有富含碳的夹杂物形式的早期生活暗示。

但除了这些瞥见之外，地球表面在这段时间内的风景 - 包括可能促成这些最早生命火花的环境 - 在很大程度上仍然是一个谜。

“如果我们可以开始限制当时的材料类型，”Trail说，“这或许会让我们更接近理解生化反应或益生元反应如何利用当时的地壳作为基质。”

化学痕迹
为了得到答案，Trail和他的同事转向硅和氧气。他解释说，这些元素共同构成了当今地球上大约75％的岩石。两者都有一个有用的特征：它们有多种类型或同位素。

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TOM UHLMAN / ALAMY的摄影作品

岩石的形成和转化改变了它们的同位素指纹。例如，由冷却熔岩形成的岩石与来自风化岩石的粘土具有截然不同的特征。而锆石本身在深埋于地下之前以不同的岩石和沉积物类型开始，融化，然后结晶 - 仍然保留着那些早期沉积物的特征。

为了对锆石中含有的硅和氧进行精细分析，研究小组转向加利福尼亚大学洛杉矶分校的高分辨率离子微探针，该微探针在微小的样品上射出细小的带电原子束并测量射出的离子反弹回来。

在测试中，他们从西澳大利亚的Jack Hills地区收集了超过40亿年的锆石 - 每个约100微米，大约是人类头发的宽度。 Trail解释说，他们将这些古老矿物的化学性质与较年轻的锆石的化学结果进行了比较，这些锆石具有更明确的起源作为帮助解释不同比率的同位素的“桥梁”。

早期地球的图片

在一系列不同的环境中，超过一半的古代锆石测试揭示了水与岩石之间的早期相互作用。

一些锆石含有被水风化形成粘土的岩石的化学特征。其他锆石具有溶解矿物质的特征，这些矿物质结晶形成岩石，如湖泊或海洋中的燧石或带状铁层。还有一些人有一种称为蛇纹石化的过程的特征，因此需要它的蛇皮般的纹理和颜色。在此过程中，水与富含铁和镁的岩石反应，并将其自身融入矿物结构中。
 
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宇宙的起源

宇宙多大了，它是如何开始的？纵观历史，无数的神话和科学理论试图解释宇宙的起源。最广泛接受的解释是大爆炸理论。了解爆炸发生的一切以及宇宙如何从原子的大小发展到包含今天存在的一切。
最重要的是，这些过程中的每一个都创造了一个新的环境利基，可以促进早期生化反应，即早期生命的微光。

“这是一个非常酷的结果，”加州大学洛杉矶分校的地球化学家伊丽莎白贝尔说。她指出，许多这些过程在很大程度上与单独使用氧同位素无法区分，并称使用硅“非常重要”。

贝尔领导2017年的工作，在41亿年前的锆石中发现了生物圈的暗示。这些最新成果巩固了她对早期地球的发现和其他解释。 “所有这些都汇集在一起，”她说。

我们周围（和内部）的一切都来自星尘，以及形成今天的每一个分子，矿物质和复杂有机体的早期过程 - 从你的手机到你吃的食物到你胸部的心脏。科学家们刚刚开始梳理它们的起源。

“我们处在一个非常有趣的地方，”Trail说到。

“我们开始真正拼凑出40亿年前我们这个星球的样子。这非常令人兴奋。“

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