研究显示水星表面45亿年前或存巨大岩浆洋(图)

2013-03-08 09:21:35  来源:新浪科技

对信使号水星探测器的数据进行的分析显示这颗行星在形成初期可能曾经拥有一个巨型岩浆洋

  对信使号水星探测器的数据进行的分析显示这颗行星在形成初期可能曾经拥有一个巨型岩浆洋

科学家们在水星上观察到奇特的岩石成分差异,这可能是由一个巨大的岩浆洋形成的。随着时间的推移,这个岩浆洋逐渐冷却并形成不同成分的结晶。在冷却之后这个岩浆洋后来又再次发生了熔融,并将大量熔浆以大规模火山爆发的形式抛射至水星地表

  科学家们在水星上观察到奇特的岩石成分差异,这可能是由一个巨大的岩浆洋形成的。随着时间的推移,这个岩浆洋逐渐冷却并形成不同成分的结晶。在冷却之后这个岩浆洋后来又再次发生了熔融,并将大量熔浆以大规模火山爆发的形式抛射至水星地表

  据美国麻省理工学院网站报道,通过对水星表面进行分析,科学家们现在已经可以大致重现水星在过去数十亿年间的地质历史。日前,借助对水星地表岩石化学成分的分析,美国麻省理工学院的科学家们提出,水星表面在45亿年前这颗行星形成之后不久可能曾经拥有一个巨大的岩浆洋。

  科学家们分析了美国宇航局信使号探测器的数据,该探测器自从2011年3月份以来一直在水星轨道上运行。当年晚些时候,科学家们对信使号获取的X射线荧光数据进行了分析,并发现水星地表存在两类成分差异极大的岩石成分。这项发现便引出了这样一个问题:究竟是何种地质过程可以导致出现如此显著的成分差异?

  为了回答这个问题,美国麻省理工学院的研究小组利用探测器获取的成分数据在实验室中配制合成了这两种岩石类型,并将这两类合成岩石至于高温高压环境下模拟经历各种不同的地质过程。通过这些实验,科学家们发现只有一种机制可以解释所观察到的现象,那就是曾经有一个巨大的岩浆洋,这个岩浆洋形成了两层不同的结晶层并逐渐冷凝,随后又再次熔化成为岩浆并喷出到了水星地表。

  蒂莫西·格罗夫(Timothy Grove)是美国麻省理工学院地质学教授,他说:“水星上的这件事让人感觉有趣的一点在于,它并不是昨天才发生的。事实上水星的地壳至少已经有40亿年历史,因此这个岩浆洋实际上是一个极为古老的产物。”

  格罗夫和博士后研究生贝纳德·查理(Bernard Charlier)以及麻省理工学院地球物理学及行星科学教授玛利亚·祖伯尔(Maria Zuber)共同合作完成了这项研究,并将结果发表在了近期出版的《地球和行星科学通报》上。

  复制水星岩石

  信使号探测器进入水星轨道时正值太阳耀斑爆发,作为距离太阳最近的行星,水星暴露于太阳的狂轰滥炸之中。这样的后果是其地表的岩石会发出强烈的荧光光谱,科学家使用X射线光谱仪便可以对此进行测量,测量的结果可以帮助确定这些地表物质的化学组成情况。

  在信使号围绕水星轨道运行期间,其搭载的X射线光谱仪对水星地表物质发出的X射线辐射进行了测量。2011年9月,信使号科学团队在这些波谱中识别出一些峰,每一个波峰都代表一种岩石化学成分元素。通过这些数据,科学家们识别出水星地表两种主要的岩石类型。

  格罗夫,查理和祖伯尔于是开始设法弄清形成这种成分差异的原因。他们首先依据这些化学成分数据反演出组成岩石的可能物质,如氧化镁,二氧化硅以及氧化铝。最后,他们得到的结果用格罗夫的话来说就是“很多氧化物”。随后,研制小组便根据数据反映出的这些物质的成分比例在实验室中配制模拟岩石样品。格罗夫表示:“我们按照比例配制岩石样品,这样我们便获得了与水星地表成分相同的模拟岩石。”

  熔体中的结晶

  随后,研究组将这些配制好的岩石样品放入高温炉中熔化,先升温然后再降温,以便模拟水星上导致结晶过程发生的地质过程,以及最终形成的岩石产物。格罗夫表示:“你可以想象会发生些什么。随着熔化的岩石逐渐冷却,结晶过程开始,剩余的岩浆中的成分此时已经发生变化。”

  在对样品进行冷却之后研究组选取了其中微小的晶体颗粒以及熔化的基质样品进行了分析。起先研究人员们试图寻找那两种岩石成分类型可能相关的方面,如或许这两种岩石成分原本便是来自同一处的,这是由于其中一种成分结晶的速度更快而另一种结晶的速度较慢引起了成分的分异。

  然而格罗夫小组的发现是:这两种岩石成分的差异实在太大,难以用同源理论来解释。相反它们很可能来源于水星上两个完全不同的区域。为对这一现象最简单的解释便是:一个巨大的岩浆洋,随着时间的推移,这个岩浆洋逐渐冷却并形成不同成分的结晶。在冷却之后这个岩浆洋后来又再次发生了熔融,并将大量熔浆以大规模火山爆发的形式抛射至水星地表。

  格罗夫认为这一岩浆洋的存在时期非常早,或许是在水星形成之后100万至1000万年内,其成因可能正是此前形成水星的剧烈过程。随着太阳星云逐渐冷凝,大量小型的物质团块相互撞击,逐渐吸积变大,形成原始的星子,并在相互撞击合并中形成大行星的雏形。这种早期的撞击和吸积过程可能导致行星的表面完全熔融,这样的过程让存在一个岩浆洋的可能性变得现实。查理表示:“探测器获得的数据必须与实验室实验结果相结合。尽管这些数据本身很有价值,然而实验可以让科学家们在此基础上更进一步,对行星演化历史进行解译。”

  拉里·尼特勒(Larry Nittler)是华盛顿卡内基学院地磁研究部的一名科学家,正是他最早领衔一个研究组从信使号的数据中识别出了两种不同的岩石类型。他表示麻省理工学院的实验结果揭示了一个非常可能的水星早期演化历史。

  尼特勒表示:“我们正逐渐填补更多空白,或许此后还会有新的发展,然而这项研究确实确立了在未来面对新的数据时的一种思考框架。”他说:“从令人兴奋的数据到真正的理解,这项工作让我们向前迈出了重要的一步。”(晨风)

责任编辑: 豆豆
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