地球可能拥有生命所需的所有元素——与它们来自陨石的理论相反

熊明青

地球可能拥有生命所需的所有元素——与它们来自陨石的理论相反。信用:Pixabay/CC0公共领域

（）据对话（黄世春与王文忠）：多年来，科学家们预测，许多对生命至关重要的元素，如硫和氮，最初是在小行星类型的物体撞击地球表面时来到地球的。

但我们在科学进展的团队发表的新研究表明，许多这些被称为挥发物的元素可能从地球形成为行星的一开始就存在于地球中。

挥发物比其他元素更容易蒸发。常见的例子包括碳、氢和氮，尽管我们的研究集中在一组称为硫属元素。硫、硒和碲都是硫属元素。

了解这些挥发性元素是如何到达地球的，有助于像我们这样的行星科学家更好地了解地球的地质历史，并且可以告诉我们更多关于地球以外的类地行星的可居住性。

流行的“晚期贴面”理论预测，地球最初是由挥发性低的材料形成的。该理论称，在地核形成后，当来自外太阳系的富含挥发物的物体撞击地表时，该行星获得了挥发物。

这些物体带来了大约0.5%的地球质量。如果晚期单板理论是正确的，那么构成生命的大多数元素是在地核形成后的某个时候到达地球的。

但是我们的新研究表明，在地球形成的最初阶段，地球就有了所有生命必需的挥发性元素。这些结果挑战了晚期单板理论，并与另一项追踪地球上水起源的研究相一致。

为了研究地球挥发物的来源，我们使用了一种叫做第一性原理计算的计算技术。这项技术描述了同位素的行为，同位素是一种元素的原子，具有不同数量的中子。你可以把一种元素想象成一个家族——每个原子都有相同数量的质子，但是不同的同位素有不同数量的中子。

在地球形成的每个阶段，不同的同位素表现略有不同。同位素在每个形成阶段后都留下了标记，科学家可以用它作为一种指纹来追踪它们在地球形成过程中的位置。

第一性原理计算允许我们根据地球的形成方式，计算不同硫族元素的同位素特征。我们运行了几个模型，并将每个模型的同位素预测与地球上硫属元素同位素的实际测量值进行了比较。

我们发现，虽然许多挥发物在地球形成时蒸发了，当时地球很热而且发光，但今天仍有更多的挥发物残留下来。我们的发现表明，现在地球上的大多数挥发物可能是地球形成早期遗留下来的。

虽然硫属元素的研究很有趣，但未来的研究应该着眼于其他对生命至关重要的挥发物，如氮。对这些挥发物在极端条件下如何表现的更多研究可以帮助我们更多地了解同位素在地球形成的每个生长阶段是如何表现的。

我们还希望用这种方法来看看一些外行星——太阳系以外的行星——是否适合生命居住。