小行星撞擊肆虐早期地球

06-24

在小行星撞擊的影響下，早期地球的表面層布滿了熔岩。圖片來源：Simone Marchi

一個模型顯示，早期的地球可能曾遭到4顆小行星的撞擊，其能量足以殺死羽翼未豐的新生命，同時重塑整個地球的表面。

長期以來，研究人員一直在推測地球形成（約45億年前）之後頭5億年的情景。火星、月球和水星上的撞擊「疤痕」表明，在那一時期，整個內太陽系曾普遍遭到了小行星的狂轟濫炸。然而地殼的熔化與重整抹去了早期碰撞的任何痕迹，從而很難搞清小行星多長時間撞擊一次地球或它們的大小如何，及其對這顆行星的地質學和生命造成了怎樣的影響。

由美國科羅拉多州博爾德市西南研究所行星科學家Simone Marchi率領的一個研究小組，如今利用月球隕石坑記錄創建了一個地球撞擊歷史的計算機模型。研究人員在最近出版的《自然》雜誌上報告了這一研究成果。

印第安納州普渡大學西拉法葉校區地球物理學家Henry Melosh表示，它所描繪的景象是驚人的：模型顯示，幾次大規模撞擊產生的能量足以蒸發掉年輕地球上的海洋，並完全重塑其表面。Melosh說：「這篇論文為我們提供了研究早期地球環境與地質學的新思路。」

雖然Marchi的模型背後的想法並不是全新的，但他的團隊的模擬研究比之前嘗試把月球歷史轉化為地球的工作更加詳盡。Melosh說，這項研究將複雜的碰撞模擬結果與行星形成理論，以及來自月球及地球岩石的採樣數據進行了整合。

通過測量地殼中的元素（例如金和鋨）丰度，研究人員估算了撞擊地球和月球的小行星的總體積。如果這些元素在月球於45億年前從地球分離時便已存在，那麼它們必定沉積在星球的內核，因此任何存在於地殼和地幔中的元素必定是由在此之後發生的小行星撞擊所帶來的。通過比較這兩種元素在地球和月球岩石中的相對丰度，研究人員能夠估算出對地球造成巨大影響的撞擊次數。

模型顯示，撞擊地球的最大小行星直徑約為3000千米。它同時預測，撞擊地球的最大的4顆小行星的直徑至少都在1000千米以上，同時還有3到7顆撞擊小行星的直徑超過了500千米。這些撞擊都發生在距今43億至42億年前。

與地球質量相比，撞擊前者的小行星的質量可謂微乎其微。但Marchi認為，它們還是會對地球表面產生巨大影響。一顆10千米寬的小行星便足以使恐龍滅絕，而研究同時表明，一顆直徑500千米的小行星則足以使行星的海洋蒸發殆盡。Marchi說：「在1000千米的量級，其對行星的影響則會完全重塑地幔中的物質。」

Marchi強調，這意味著「在地球上進行了一次完完全全的殺菌過程」。他表示，至少在統計學上，生命要是想在43億或42億年前茁壯成長是很困難的，除了一些非常耐熱的細菌能夠存活下來。

亞利桑那州旗杆鎮美國地質調查局天體地質學家Oleg Abramov認為，這樣的研究必須與試圖建立生命何時在地球上出現的工作相結合。

Marchi希望未來對地球宜居性及板塊構造何時開始的研究能夠使用這一新的模型，從而解釋小行星撞擊產生的影響，而不是把地球視為一顆在宇宙中孤立的天體加以考慮。