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早期地球类似木卫一 火山活动频繁

  

  木卫一的全球视图。这是由美国宇航局伽利略太空飞船于1997年9月19日在50万千米的木星第十轨道上拍摄到的。

  美国《生活科学》网站报道,最新一项研究表明,40亿年前的地球可能非常类似木星的超级火山卫星木卫一。木卫一是太阳系内火山活动最活跃的天体,它通过密集的火山喷发消散内部存储的大量热量,每年覆盖在整个星球表面的熔岩厚达1厘米。地球在年轻时可能也经历了类似的阶段,随后整个星球冷却下来促使板块运动的开始,研究人员这样解释道。这项研究发表在9月25日的期刊《自然》上。

  45亿年前,地球是由很多小的多岩石“微行星”融合形成的。这些碰撞产生了大量的热,随后地球金属内核的分离以及放射性元素的衰变也产生大量热量。因此古代地球存储的内部热远比现在多得多,可能是现在的5-10倍,科学家这样说道。

  然而,地球的岩石圈——坚硬的外壳,主要是由地壳和上层地幔组成——在那个时期相对更厚更冷。如果板块运动是消散内部热量的主要方式,那么情况不应该如此,研究人员解释道。

  相反,早期地球的工作方式可能更类似于木卫一,热量通过火山“管道”大量传输到表面。木卫一受到了木星强大的引力拖拽以至于它传输的热量大约是地球的40倍,虽然前者只有地球大小的30%。

  “热管道(的观点)解释了通过让热量在某些特殊的地方——也就是所谓的管道——从岩石圈消散出去,使得其余的岩石圈变得更厚更冷却和坚硬,”研究首席作者、美国弗吉尼亚州汉普顿大学的威廉·摩尔(William Moore)这样说道。“通过提出不同的热传输机制,你可以解决这一悖论。”

  摩尔和研究合作作者、美国路易斯安那州立大学的亚历山大·韦伯(Alexander Webb)提出的热管道模型的主要替代观点是板块运动的高效率,后者提出在很久之前,地球巨大的岩石圈板块移动和传输热量的速度要更快。然而,更热的内部结构可能会产生更多熔岩,从而产生更厚、更活跃的板块,后者将需要更长时间冷却并回到地球地幔层,摩尔说道。

  “反直觉的是,当板块变得更热,它传输热量的能力其实更糟糕,”摩尔说道。“让板块运动的更快其实存在某些地球物理学问题。”此外,35亿年前形成的岩石保存了地球上密集持续的火山活动期的证据,该火山活动期持续了上亿年时间。这是驳斥古代板块运动观点的另一证据,摩尔补充说道。

  很可能在31亿年前地球表面开始固化,也就是地壳迅速转变成板块构造时,热管道系统开始起作用,摩尔说道。随着地球冷却,火山活动的频率迅速降低,岩石圈变得越来越稀薄直到最终破裂,形成板块。

  据称生命出现于38亿年前,因此生命可能出现在一个火山活动无比活跃的星球,这也非常说得通,摩尔说道。“炙热岩石和水的相互作用对生命来说非常重要,岩石里将释放热能量和化学能量,以及某些重要的营养物质,例如磷和硫,并与水相结合。”

  这项最新理论的启示意义并不只限于地球。摩尔怀疑每一个多岩石行星在进化过程中都会经历热管道阶段,持续的时间长短取决于行星的大小(因为较大的行星需要更长时间冷却)。

  如果这一理论是正确的,那么板块运动在所谓的“超级地球”行星——大约是地球质量的2-10倍——里所起的作用可能并非那么至关重要。在过去几年里,天文学家已经发现了好几个或可能支持生命的超级地球。

  如果地球经历了长达10亿至15亿年的热管道阶段,那么一个超级地球“可能要经历50亿年甚至100亿年的热管道时期,这可以与自身恒星的寿命相提并论。”摩尔说道。“在板块运动模式里,我们或许不太可能发现这些较大的外来行星,但在更加长寿的热管道模式里则是有可能的。它们或许更类似于超级木卫一,而非超级地球。”(

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