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如果存在外星人,該星球礦物質會是怎樣的?


- 2018年7月17日20時26分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

圖中是阿爾卑斯山脈發現的鎂鋁矽岩樣本。它們形成於遠古沉積岩俯衝在地殼之下186英里深處。

如果存在外星人,該星球礦物質會是怎樣的?圖片

圖中是澳大利亞西部黑德蘭港附近發現的「虎紋鐵(Tiger


iron)」,像這樣的條紋狀鐵結構形成於海水溶解鐵與自由氧的反應過程,是地球上最早光合作用生命形式新陳代謝的副產物。

新浪科技訊 北京時間1月4日消息,據國外媒體報導,地球上的礦物質是由其化學成分、物理條件以及隨時間演變而來的。在地球上發現大約5000種礦物質,並且每年都會發現一些新類型的礦物質。

地球主要是由鐵、氧、鎂、矽,以及一些硫磺、鎳、鈣和鋁等成分混合構成。地球上最常見的礦物質是矽酸鹽,還有氧、矽和其它元素結合在一起,除了地球上豐富的礦物元素,地球進化也對解釋其礦物學具有重要意義。

隨著時間的推移,地球礦物質逐漸形成,與它們形成時特定時期的條件狀況相匹配。大約45億年前,地球大部分處於融化狀態,地球被碰撞隕石和地球內部放射性元素衰變而加熱,隨著隕石碰撞次數的減少,地球開始逐漸降溫冷卻,並形成固體地殼。原始地殼是由少量礦物質組成,主要是由覆蓋全球的熔化岩漿直接結晶形成。

當水從大氣中凝結,地球上首次形成了海洋。現今地球仍是一個水世界,存在浩瀚海洋,極地冰冠,以及富含水蒸汽的大氣層。許多晶體結構礦物質,是從水反應礦物質或者含水礦物質中形成的。最初,地球上第一批生命形式是在37億年前出現的。

地球上三分之二礦物質是在生物體改變地球上的化學過程之後形成的,例如:早期微生物將氧氣釋放到大氣層,游離氧與其它元素和現有礦物質發生反應,形成新的元素。此後礦物質就不斷地在火山活動、地質構造、水-岩石反應和生物活躍性過程中形成。


大約有15300多種方法結合形成已知地球礦物質元素,即使我們迄今並未發現所有的陸地礦物質,但不太可能所有礦物質結合的方式都出現在地球上。

通過分析遙遠恆星的光線,我們知道與地球相比,其它恆星及其恆星系統內部星球的礦物質元素比率會完全不同。伴隨著恆星和行星在同一個吸積盤上形成,我們知道恆星的化學成分將提供軌道運行行星的一些重要信息。

由於地外行星的化學成分與形成初期存在差異,其礦物學特徵也最終完全不同。系外行星55 Cancri的半徑大約是地球的兩倍,但是質量卻是地球的8倍。與地球相比,55 Cancri的密度太低,通過觀察這顆行星的熾熱恆星成分,天文學家發現了高濃度碳和氧。很可能55

Cancri的主要礦物質是基於這兩種元素,形成類似地球矽酸鹽等低密度礦物質。


在過去幾年裡,天文學家發現越來越多的地外行星。對它們進行直接觀測不太可能,但是通過測量軌道參數,天文學家能夠計算出行星的體積和質量。一些「超級地球」行星體積接近地球的10倍,目前並不清楚是否較大體積意味著這樣的行星會存在類似地球的板塊構造,計算模型表明,一顆體積較大的行星將有更多內部熱度需要消散。這些能量可以驅動板塊構造,地球上的板塊構造不斷地將表面重新混合,形成特定的熱度和壓力,形成多樣化變性礦物質。一些礦物質僅在高壓和低溫條件下形成,當地殼形成俯衝帶時,壓力會快速增加,但仍需要一些時間來加熱岩石。由於地殼運動緩慢,由板塊運動過渡至地球內部,將岩漿處於溶化狀態,在火山活動中,自然熔爐生成新的岩石和礦物質。沿著大洋中脊將加熱表面之下的物質團,受熱海水將滲透穿過岩石,與礦物質發生反應,形成新的礦物質。

然而,板塊構造並不是行星的必要演化過程,對於太陽系內最類似地球的行星,金星和火星,它們都缺少活躍板塊構造。在地球上,水是促進地殼運動的重要潤滑劑,即使有足夠內部熱量的大型行星,如果沒有充足的水,也可能缺乏活躍的板塊構造。在這樣的行星上,某些變性礦物質可能不會形成。

同時,在超級地球上較強的引力作用將影響板塊構造,甚至礦物質的形成,使用特殊液壓機和雷射儀,可能將礦物質樣本暴露在高壓和高溫條件下,這種情況也存在於地球內部。布氏岩(Bridgmanite)等地球高壓礦物質,也存在於超級地球行星,基於此類高壓礦物質,科學家可以研究地外行星上理論存在的礦物質。

控制地外星球礦物學的另一個重要因素是行星的年齡和歷史,它是否像地球一樣,經歷了一個分化期,在行星形成之初,物質依據密度不同產生分離?是否存在加熱行星、驅動熔化和混合岩石的能量源呢?這顆行星是否存在大氣層,對行星表面構成侵蝕呢?

與其它恆星系統相比,地球是一顆相對年輕的行星。在通常的行星進化階段,例如:行星形成、分化、冷卻、地殼形成和隕星碰撞,地球經歷了相對獨特的步驟——生命承載作用。生命形式可以改變地球生態系統的某些元素流動變化,例如:碳、氮、氧和硫。貝殼類生物形成了大量碳酸鹽岩石沉積物,這些物質與礦物質中的碳、鈣、氧等結合在一起,即使死亡生物也扮演著一些重要角色。腐爛的有機物會產生化學反應,形成複雜的碳基礦物質,例如:藍鐵礦(vivianite)。如果某顆地外行星也存在生命形式,那麼也可能存在類似地球的礦物質,生命形式對於礦物質形成具有重要意義。如果人類可以探索系外行星,他們將發現一些礦物質,但很可能不會找到我們所知道的任何一種礦物質。(葉傾城)


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