地球火山如何為生命和太陽系的演變提供一個窗口


地球火山如何為生命和太陽系的演變提供一個窗口


應該害怕和避免暴力和破壞性的活火山。然而,這些地質大鍋暴露了許多行星和衛星的脈衝,提供了這些物體如何從化學湯進化到我們今天看到的複雜的氣體和岩石系統的線索。

發掘這些線索的動機是美國宇航局位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的行星科學家冒險進入這個星球上荒涼的地方,大多數人都試圖避開這些地方:悶燒的熔岩地和冰川覆蓋的火山。

“你可以利用地球科學研究這個星球上的火山,然後將這些知識運用到月球,火星和其他物體上,” 戈達德行星地質學家Patrick L. Whelley說。“另外,除了地球之外,我們還沒有看到火山爆發近在咫尺的奢侈品。”

這個星球上的火山清楚地表明,沒有它們,地球就會荒涼。通過將熔岩從內部深處噴射到其表面,這些地下熔爐幫助建造了地球的大陸。此外,他們釋放的氣體在數十億年前幫助形成了我們的海洋和大氣層 - 這兩個特徵使生命在這裡蓬勃發展。直到今天,火山有助於保持地球溫暖,潮溼和適宜居住。

火山能否在其他天體上發揮類似的作用?他們還在嗎?

這些是Whelley及其同事試圖通過研究地球火山的組成和幾何形狀以及它們噴出的熔岩來回答的一些問題。他們認為,我們越瞭解地球,太陽系的其他部分將越來越清晰。

有證據表明火山點綴著太陽系。月亮上的黑暗斑塊,火山不活躍,是由數十億年前硬化的熔岩製成的。火星擁有太陽系最大(雖然現在可能不活躍)的火山。水星擁有數十億年前失去蒸汽的火山殘骸; 雖然它的火山今天也很活躍,但金星也是如此。

除了我們自己的火山之外,一些太陽系火山顯然正在噴發。木星的月亮,Io,是一個火山仙境,有數百個活躍的羽狀物。歐羅巴,另一個木星衛星,似乎有活躍的通風口通過包圍月球的冰殼裂縫射出水汽。

事實上,歐羅巴是一個有趣的案例。科學家認為它是外星生命中最強大的候選者之一,因為它含有液態水海洋 - 或者是生命中最基本過程的潤滑劑 - 可能充斥著硫和生物所需的其他元素。歐羅巴的海洋可能是地球體積的兩倍。科學家們希望通過派遣一艘名為Europa Clipper的宇宙飛船來研究從木星軌道破裂的月球,從而更加密切地研究歐羅巴。

一些科學家還希望發送一個著陸器探測歐羅巴上的冰,尋找可稱為生物信號的化學線索,這可能揭示月球是否能夠生存。

但首先,他們必須在偏遠和苛刻的地球地區尋找生命。戈達德的研究人員今年夏天前往冰島的一個地方旅行,這是我們在地球上最接近複製歐羅巴的地方,徒步前往數英里的冰川覆蓋的火山區域Vatnajökull。

“這些類型的冰冷的環境中是罕見的,所以他們很著迷,說:” 迪娜鮑爾,一個戈達德太空生物學。她解釋說,Vatnajökull為科學家們提供了一個難得的機會來觀察地熱與冰相互作用時的化學反應,就像在歐羅巴上一樣。

地球火山如何為生命和太陽系的演變提供一個窗口


美國宇航局戈達德天體生物學家Dina Bower正在使用一種名為“拉曼光譜”的技術來分析冰島冰川覆蓋的火山區域中被稱為Vatnajökull的冰蓋冰的化學成分。

致謝:Molly Wasser / NASA戈達德太空飛行中心

Bower在冰島測試了一種名為“拉曼光譜”的技術,使用類似價格掃描儀的手持式儀器來測量冰的光散射,以瞭解表面的成分。有一天,類似的技術可以幫助歐羅巴航天器識別其冰和海洋生命的化學特徵。目前,Bower的拉曼光譜儀發現了地衣,它們是生活在冰中的真菌和其他微生物群落,可能是由火山灰沉積在那裡的。她還發現這種強壯有機體的各種物種在熔岩上繁衍生息。

熔岩對戈達德科學家也很感興趣,因此冰島是一個熔岩天堂。事實上,該島是由持續火山爆發造成的最後一千五千萬至二千萬年的硬化熔岩組成的。這使得該島成為火星等行星的良好代表,與冰島一樣,這個行星被稱為玄武岩的火山岩覆蓋。

地球火山如何為生命和太陽系的演變提供一個窗口


美國宇航局的戈達德科學家在冰島冰川覆蓋的火山頂上鑽冰,從深處收集樣本。在2018年夏天的研究之旅中,科學家們試圖研究能夠在太陽系最惡劣的環境中生存的生命形式。

致謝:Molly Wasser / NASA Goddard

在冰島,戈達德的行星地質學家還參觀了瓦特納冰原附近的高地地區,研究了一個名為Holuhraun的大型新鮮熔岩地。熔岩從地面裂縫中爆發,在2014年至2015年的歷史性火山噴發中流過85平方公里(53平方英里)。現在,在第三次訪問Holuhraun的主要噴發口時,行星地質學家試圖記錄地形自上次訪問以來發生了變化。

戈達德行星地質學家Jacob Richardson暗示說,“通風口仍以驚人的方式降級” ,暗指通風口壁上的活躍落石。“這種侵蝕是一個跡象,火山噴口需要花費不到幾年的時間來定居;它們可能需要幾十年的時間。”

Whelley,Richardson和他們的團隊測量了熔岩仍在釋放的熱量以及硬化熔岩如何改變當地景觀,這些信息將為未來對各種天體上現有或舊火山的觀測提供背景。

“我們很少在太陽系的任何地方看到新的沉積物; 我們總是看著十億年前的熔岩,“Whelley說。“但是,如果你能分辨出整個行星曆史上任何特定噴發的熱量,你就可以確定地球擺脫熱量的速度。反過來,這將告訴我們生產火山爆發的時間有多長,這些火山爆發正在釋放維持其大氣層的氣體,這為地球上的生命創造了條件。“

即使火星表面上沒有適合生命的條件,儘管發生了火山爆發,但美國宇航局的科學家懷疑,生命可能會在下面蓬勃發展。理查森表示,在火星表面下方可能存在水,加上對強烈太陽輻射的保護以及附近岩漿房的熱量。

“如果你只看今天我們可以看到的表面岩石,你將失去很多關於這些行星如何進化的故事,”他說。

這就是為什麼美國宇航局將在2018年11月26日將其InSight著陸器放在火星表面上,以聽取極樂世界(一個類似於Holuhraun的火山場)的震顫,以研究地球的地殼,地幔和核心。

與此同時,戈達德科學家將繼續尋找我們家鄉星球及其居民進化的秘密 - 這是研究宇宙的理想實驗室。


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