小行星和彗星碰撞如何延迟大气演化

研究发现，阻止地球上氧气增长的碰撞比以前认为的更为普遍。

在 2.5 至 40 亿年前，即太古宙时期，地球的天气通常可以描述为多云，可能有小行星存在。

当时，小行星或彗星撞击地球的情况并不少见。 事实上，其中最大的一个，超过六英里宽，改变了行星早期大气的化学成分。 虽然所有这些都已被地质学家普遍接受，但尚不清楚的是这些大型小行星碰撞的频率以及撞击的影响如何影响大气，特别是氧气含量。 一组研究人员现在认为他们有一些答案。

在一项新研究中，哈佛大学地球与行星科学助理教授纳迪亚·德拉彭 (Nadia Drapon) 是一个团队的成员，该团队分析了古代小行星遗迹并模拟了它们碰撞的影响，以表明撞击发生的频率比以前想象的要高，并且当氧气开始在地球上积聚时，可能已经被推迟了。 新模型可以帮助科学家更准确地了解这颗行星何时开始向我们今天所知的地球移动。

“大气中的游离氧对于任何利用呼吸产生能量的生物都至关重要，”Drapon 说。 “如果不是因为大气中氧气的积累，我们可能不会存在。”

由西南研究所领导的一个团队更新了行星轰炸模型，以了解 2.5 至 40 亿年前太古宙时期地球大气中的氧气含量，例如此处显示的影响。 图片来源：SwRI / Simone Marchi

该工作描述于 自然地球科学 它由科罗拉多州博尔德市西南研究所的科学家 Simon Marchi 领导。

研究人员发现，当前的行星轰击模型低估了小行星和彗星与地球相撞的频率。 新的高碰撞率表明，地球大约每 1500 万年就会发生一次碰撞，大约是当前模型的 10 倍。

科学家们在分析了看似普通岩石的记录后意识到了这一点。 它实际上是一种古老的证据，称为撞击球，每次大型小行星或彗星撞击地球时都会在激烈的碰撞中形成。 结果，碰撞产生的能量熔化了地壳中的岩石物质并使其蒸发，释放出巨大的羽流。 云中的熔岩小滴凝结并凝固，作为沙粒大小的颗粒落回地面，重新落回地壳。 这些古老的痕迹很难找到，因为它们在岩石中形成了通常不超过一英寸左右的层。

“你基本上是走很长一段路，看看你能找到的所有岩石，因为撞击粒子非常小，”Drapon 说。 “我真的很容易想念他们。”

由 SwRI 领导的一项研究更新了基于微小玻璃颗粒（称为撞击球）的轰击模型，这些颗粒填充地壳中的几个薄而独立的层，年龄范围从 2.4 年到 35 亿年不等。 球体层——就像在这个来自澳大利亚的 5 厘米、26 亿年前的标本中看到的那样——是古代碰撞的迹象。 图片来源：UCLA/Scott Hasler 和 Oberlin/Bruce Simonson 提供

但是像 Drapon 这样的科学家得到了休息。 “在过去的两年里，已经发现了一些以前没有认识到的额外影响的证据，”她说。

这些新的球状层增加了地球早期已知碰撞事件的总数。 这使得西南研究所团队能够更新他们的轰击模型，以发现碰撞率被低估了。

然后，研究人员模拟了所有这些影响如何影响大气。 他们发现，从本质上讲，超过 6 英里的物体撞击陨石的累积效应可能会产生一个氧气汇，从大气中吸收大部分氧气。

结果与地质记录一致，表明在早期考古时期，大气中的氧含量有所不同，但仍然相对较低。 这种情况一直持续到大约 24 亿年前，在这个时期的末期，轰炸速度放缓。 地球随后经历了表面化学的重大转变，这是由于被称为大氧化事件的氧气水平升高造成的。

马基在一份声明中说：“随着时间的推移，碰撞变得越来越不频繁，也变得太小，无法显着改变 GOE 后的氧气水平。” “地球正在成为现在的行星。”

Drapon 说该项目的下一步包括将他们的建模工作进行测试，看看他们可以在岩石中建模什么。

“我们真的可以在岩石记录中追踪氧气是如何从大气中吸收的吗？” 德拉潘问道。

参考：“由于地球上更高的碰撞率导致的晚期和可变大气氧化”作者：S.Marchi、N. Drapon、T. Schulz、L. Schaefer、D. Nesvorny、WF Bottke、C. Koeberl 和 T. Lyons，10 月21 2021, 自然地球科学.
DOI：10.1038 / s41561-021-00835-9