研究核心发现 - 科学家首次在地球深部地幔物质中发现大撞击前原始地球的“化学遗迹” 表明地球内部可能保存着太阳系形成初期的“时间胶囊” 这一发现挑战了传统地球化学理论 [1] - 研究团队对全球20多个不同地区的样本进行分析 发现来自格陵兰、加拿大、南非、夏威夷海底火山和留尼汪岛等地的古老岩石样本与地球地幔或任何陨石的成分都对不上 且普遍存在钾-40同位素轻微缺失 这与原始地球的独有特征相符 [2] - 对钾-40同位素微小异常的高精度分析是研究的关键 研究团队采用先进的热电离质谱技术 在自主研发的国产质谱仪器上实现了更高稳定性和灵敏度的测量 首次在地球样本中探测到钾-40的同位素差异 [2] 研究技术与方法 - 钾-40在钾元素中的天然占比极其微小 仅有约0.01% 其同位素相对丰度对追踪行星组成物质在太阳系中的来源非常灵敏 [2] - 研究团队利用数值模拟还原了地球在大撞击前后钾-40同位素的变化 显示了大撞击的化学元素特征 [3] - 该团队在2023年另一项研究中 通过分析大量原始陨石样品 首次发现这些陨石存在系统性的钾-40同位素差异 明确了太阳系早期存在钾同位素的空间分布梯度——越靠近太阳 钾-40相对越少 与地球的值越接近 [3] 研究意义与影响 - 数值模拟显示 大撞击前原始地球极度缺乏挥发性元素 而一个富集挥发性元素的天体与地球相撞 不仅形成了月球 还为现今地球带来了将近一半的挥发性元素 很可能塑造了地球宜居环境的化学元素基础 [3] - 太阳系早期钾同位素的空间分布梯度支持“地球的挥发性元素主要来自更靠近太阳的内太阳系”的新观点 [3] - 研究地球钾元素在太阳系中的起源 对于理解如何创建人类生命的宜居条件有重要意义 钾-40同位素的精确测量 有望成为类地行星起源与演化研究的新钥匙 [5] 未来研究方向 - 下一步 研究团队将尝试在其他元素同位素体系中寻找同样的古老信号 以交叉验证这一发现 [3] - 这一发现带来新的科学问题 例如原始地球物质如何在大碰撞中幸存并逃脱45亿年的地幔对流混合 需要更精确的数值模拟来还原在怎样的撞击角度和能量强度下原始地幔物质才能得以幸存 [3]