地质学家认为早期的地球是一个水世界

地质学家认为早期的地球是一个水世界

地质学家研究已露出的澳大利亚32亿年前的海洋地壳,并利用这些岩石数据建立了一个定量的古海水反演模型。该模型表明,早期地球可能是一个水世界(water world),有淹没的大陆。这可能会对生命起源产生重大影响。

地质学家Benjamin Johnson和Boswell Wing在Nature Geoscience的线上期刊发表的一篇论文中写道:一个没有新兴大陆的早期地球可能类似于一个水世界,为地球上生命的起源和进化以及在其他地方的可能存在提供了重要的环境约束。

在採集的岩石样本并搜寻当地现有地球化学资料库之后,Johnson创建了一个岩石中发现的氧同位素和温度值的横截面网格(cross-section grid)。同位素(Isotopes)是某种特定化学元素之下的不同种类,同一种元素下的所有同位素都具有相同质子数目,但中子数目不同。在这种情况下,古老岩石保存的氧同位素的差异为数十亿年前的岩石与水的相互作用提供了线索。

一旦有了基于全岩数据的二维网格,Johnson就建立了一个反演模型来估算远古海洋中的氧同位素。其结论是:古代海水中氧的重同位素(含8个质子和10个中子的氧,记为18O)比今天的无冰海洋多出约千分之4。

如何解释随著时间的推移,重同位素的减少?

Johnson和Wing提出了两种可能的解释:水在古代海洋地壳中的循环与今天的海水不同,具有更多的高温相互作用,这可能使海洋富含氧的重同位素。或者,来自大陆岩石的水循环可能降低了海水中重同位素的百分比。

Johnson说:我们更倾向于这样一种最简单的假设-陆地上的大陆风化开始于32亿年前的某个时候,并开始减少海洋中的重同位素。这些模型告诉我们生命起源和进化的环境-如果没有大陆和海平面以上的陆地,第一批生态系统进化的唯一地方将是海洋。

原先命名为「大型低温重力波望远镜(LCGT)」的KAGRA,自2010年开始建造,于去年10月完工,在经过不断的测试及调整过后,由东京大学宇宙射线研究所发布KAGRA自2月25日起开始连续运行,正式开始观察的好消息。

利用雷射干涉仪原理建造的KAGRA,具有两个长达3公里的干涉臂,是国际间第四座大型重力波干涉仪,前三座为美国的LIGO(两座)及欧洲的VIRGO。与LIGO及VIRGO不同的是,KAGRA建于神冈矿山底下,与获得数个诺贝尔物理学奖等级成就的微中子探测器「超级神冈」是邻居。盖地底下的KAGRA,避免了地表附近的杂讯,可以将震动减少一个数量级,也使干涉臂反射镜的温度能在地底保持零下253℃的低温,确保雷射在干涉臂当中反射近千次之后的品质。

重力波是由重力引起的时空畸变像涟漪一样扩散的现象,其存在由爱因斯坦的广义相对论所预测。2015年,LIGO才第一次探测到了双黑洞的合併的重力波,重力波是一个天文观测的全新手段,从人类开始仰望星空到哈伯太空望远镜以来,已经累积了上千年的电磁波观测史,重力波则刚始累计了十几次的观测事件,KAGRA将携手与LIGO及VIRGO开创人类下一个世代的天文观测进程。

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