月球岩石揭示了地球早期的不同故事

像这位艺术家的渲染可能创造了地球和月球,但新的研究正在重塑我们对事件的描述。由NASA / JPL-Caltech提供

直到大约十年前,科学家们认为他们对月球和地球是如何共存的一个很好的描述。然后,更精确的测量结果全面公开,科学家们仍在努力调和它们。

作为这一努力的一部分,包括UChicago宇宙化学家Nicolas Dauphas在内的一个团队进行了迄今为止迄今为止最大规模的月球岩石中氧同位素研究,并发现月球和地球的构成有一个小的但可测量的差异。

在3月28日发表的科学进展中,研究提出,地球在其发展的主要阶段获得了大部分的水,这与一个流行的理论相反。

最广为接受的月球起源理论推测,一个巨大的物体以足够的速度撞击原始地球,以至于两个物体的一部分断裂并形成月球。地球有一点月球,月球有更多的地球,但它们大多是不同的物体。早期的测量 - 很多由已故的美国芝加哥地球化学家罗伯特克莱顿所做的测量 - 没有足够的精度来分辨月球和地球。

但是在过去的十年中,多福斯说道,很明显这张照片并不完全正确。元素可以以不同的形式出现,称为同位素,这些给科学家们提供了岩石起源的线索。随着测量同位素的方法改进,科学家们发现了月球与地球之间惊人的相似之处。被称为“月球同位素危机”,这对于月球形成的主要理论来说是一个问题,因为太阳系中两个随机物体的同位素几乎不可能完全相同。

这些碳质球粒陨石等陨石被认为已将水输送到地球 - 但一个悬而未决的问题是何时。一项新的研究指出,在日益增长的地球中早期并入水。 (图片由Nicolas Dauphas提供。)

“我认为,这是现代行星科学中最引人注目的问题之一,”起源实验室负责人兼地球物理科学系和恩里科费米研究所教授Dauphas说。 “现在它完全开放。仍然在问这个问题,真是太棒了。“

解释匹配同位素的一种理论是,原始地球被一个或多个巨大的撞击完全汽化,并且它和月球都是由云形成的。但是,主要的不确定因素之一是科学家们已经得出了关于月球和陆地岩石之间的氧同位素有多不同的结论。

为了澄清这个问题,研究人员以极高的精度测量了月球和陆地岩石的氧同位素。他们发现两个物体之间的同位素之间的差异非常小,但可以检测到。

为了解释近乎匹配,作者转向了水。一个流行的理论是,地球受到巨大冲击后得到了大部分的水,因为更多含有冰的物体以陨石撞击地球。用来描述它的术语是晚期单板,这意味着在地球完成增长后,水被作为单板输送到地球。

但是如果地球上大部分的水是通过后来的陨石传递的,这将显示出比研究人员测量的更大的同位素差异 - 因为含水陨石具有不同寻常的氧同位素混合物。

他们的模型表明,在受到重大影响后,地球上所有水体中只有5%至30%会到达陨石。

道法斯指出,这幅画仍在演变,因为根据你测量的元素,可以找到月球和地球之间的差异。 “氧气,钛,钨 - 这些都是仍然让我们在晚上,”他说。

Dauphas说,行星如何获取水的问题很有意思,包括寻找可能有水的遥远系外行星,因此也有类似的生活。

Richard Greenwood与英国的开放大学一起领导了这项研究。其他合着者来自英国南极调查,伦敦自然历史,西布列塔尼博物馆大学和法国经济与统计研究中心。

出版物:Greenwood等人,“在高能月亮形成巨大撞击之前增加地球水的氧同位素证据”,Science Advances,2018; DOI:10.1126 / sciadv.aao5928