巨人冲击力解释了火星上稀有金属的数量异常

火星北半球和南半球的表面特征非常不同。在此地形图中，北半球（以蓝色显示）大部分是光滑的低地，并经历了广泛的火山活动。南半球（橙色）具有较旧的，坑坑洼洼的高原表面。这种二分法可能是由巨大的影响引起的。图片来源：亚利桑那大学/ LPL / SwRI。

最新研究表明，超过40亿年前对火星的巨大影响将解释“红色星球”中异常多的“热爱铁”元素。

行星由小的尘埃颗粒粘在一起并与其他尘埃聚集而形成，从而形成称为“行星小行星”的较大物体。这些小行星继续相互碰撞，要么从太阳系中弹出，要么被太阳吞噬，要么形成一个行星。这还不是故事的结局，因为行星在形成后仍会继续积聚物质。这个过程称为后期积聚，发生在行星形成的剩余碎片降落在年轻行星上时。

东京理工大学的行星科学家Ramon Brasser和科罗拉多大学的地质学家Stephen Mojzsis，博尔德仔细观察了火星晚增生期间的巨大影响，这可以解释火星地幔中稀有金属元素的异常含量，是行星地壳下方的一层。他们最近发表的论文“巨大的影响丰富了火星上的贵金属”，发表在《地球物理研究快报》上。

当原行星积聚足够的材料时，铁和镍等金属就会开始分离并下沉以形成核。这就解释了为什么地球的核心主要由铁组成，并且预计容易与铁结合的元素也应该主要存在于核心中。金，铂和铱等“铁爱”元素（例如铁矿元素）就是其中的一个例子。但是，就像火星一样，地幔中的嗜铁矿物质比岩心形成过程所预期的还要多。

高压实验表明，这些金属不应该存在于地幔中。这些金属不喜欢溶解在硅酸盐中，相反，它们更喜欢通过地幔沉入地球的核心。 Brasser告诉《天体生物学》杂志。“我们确实拥有它们的事实意味着，当这些金属到达核心变得更加困难时，它们一定是在岩心和地幔分离之后才到达的。”

硅等岩石形成元素在地壳中的丰度最高。最为罕见的是嗜铁亲铁元素，因为它们中的大多数已经沉入地球的核心。但是，地壳和地幔中仍然存在更多的铁元素元素。图片来源：Gordon B. Haxel，Sara Boore和Susan Mayfield（USGS）

Brasser及其同事在2016年发表的一篇论文总结性地表明，巨大的影响是地球上高度嗜铁粒细胞元素丰度的最好解释。

在后期积聚期间积累的嗜铁粒细胞的数量应与行星的“引力横截面”成正比。该横截面实际上是撞击器接近目标行星时“看到”的十字线。引力的横截面超出了行星本身，因为即使物体不在直接碰撞的过程中，世界的引力也会将物体引向它。这个过程称为重力聚焦。

较早的论文表明，即使根据引力横截面理论，地球在地幔中的铁氧体含量也超过了应有的范围。科学家通过证明月球大小的物体对地球的影响（除了形成月球的事件）来解释这一点，将使地幔中充斥着足够的嗜铁生物，从而可以解释当前的价值。

早期的巨大冲击

对火星陨石的分析表明，火星通过后期积聚又增添了0.8质量％（重量百分比或wt％）的物质。Brasser和Mojzsis在新论文中显示，要使火星在一次撞击事件中将其质量修正约0.8 wt％，就需要一个直径至少为1200公里的物体。

他们进一步认为，这种影响应该在4.5到44亿年前之间的某个时间发生。古代火星陨石中锆石晶体的研究可用于将火星地壳的形成追溯到44亿年前。因此，巨大的撞击本应引起广泛的地壳融化，并且在最古老的地壳的证据出现之前必须发生这样的灾难性事件。如果影响发生在地球历史上的45亿年前，那么在形成岩心的过程中就应该消除了嗜铁物。此历史记录对影响何时发生提供了明确的书挡约束。

理解晚期吸积不仅对于解释嗜铁粒菌的丰度很重要，而且对于设定地球生物圈的年龄上限也很重要。

“在每次撞击过程中，地球的一小部分地壳都会融化，” Brasser说。“当积聚非常强烈时，几乎所有的地壳都融化了。随着积聚强度的降低，地壳的融化量也随之降低。我们认为，最早可以形成生物圈的时间是吸积率足够低，使得在任何给定时间不到百分之五十的地壳都融化了。”

火星表面也有不同寻常的二分法，这可以用巨大的影响来解释。南半球是一个古老的火山口地带，北半球显得更年轻，更光滑，并受到广泛的火山作用的影响。巨大的影响也可能创造了火星卫星，狄莫斯和火卫一，尽管另一种理论认为，高度多孔的火卫一可能是被捕获的小行星。

这项工作是由美国国家航空航天局（NASA）外生生物学和进化生物学计划以及约翰·邓普顿基金会通过应用分子进化基金会（FfAME）起源计划资助的。

出版物：R. Brasser等人，“巨大的冲击使火星的地幔充满了贵金属”，《地球物理研究快报》，2018年；土井：10.1002 / 2017GL074002