22亿年前的小行星解冻了冰封的地球,或潜藏着生命起源之谜?

近日,科学家确定了澳大利亚的雅拉布巴陨石坑(Yarrabubba)为22亿年前,一个小行星撞击地球时留下的。这个陨石坑比科学家发现的20亿年前,最古老的陨石坑——南非弗里德堡陨石坑,还早了2亿年。这次陨石坑的发现,很有可能解开地球如何在最可怕时期,即二十多亿年前的「雪球地球」(Snowball Earth),重新绽放,生命得以幸存的谜团。

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雪球地球(Snowball Earth)

如果22亿年前,外星人来到地球附近看到地球,并不会认为这颗星球此时有高等生物的存在,因为当时的地球并不是我们熟悉的蓝色大理石的纹路,而是一颗死寂又冰冷的白色雪球。

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这样的地球科学家把它叫做「雪球地球」,我们可以把它理解为冰河时期的升级版。指的是地球出现的极端冷的气候事件,气温低到零下40~60℃,冰川从两极一直蔓延到赤道。

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二十多亿年前的「雪球」是地质史上最严重也是持续时间最长的雪球,它是地球演化中的重要转折点,跟后期大量生物的形成息息相关,这颗雪球就像人类的叛逆期,是地球早期成长的必经之路。

雪球的形成

  • 地球的形成

46亿年前,超新星爆炸,扰动了一片巨大的分子云,形成了超密度区。在中心,大量星云汇聚并坍缩的形成了一个高密度球体,随着压力与温度的升高,内部发生了核聚变,太阳诞生了。

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而地球及其他行星则是太阳形成时,剩下的“边角料”,由于静电力,互相撞击吸积及引力塌缩逐渐形成的。在地球形成的初期,由于太阳系中还存在着大量的陨石及碎片,不停地与地球发生碰撞摩擦、吞噬,地球就像一颗火球一样,表面充斥着高温的岩浆。而在高温物质分离的状态下,以液态铁为主的金属元素在引力的作用下慢慢流入内部。

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  • 大气与磁场

45亿年前,地球开始冷却凝固,慢慢形成了坚硬的岩石,但还是千疮百孔。由于内部高温高压,所以会通过作为孔洞的大量火山频频爆发宣泄一下,喷发的同时释放出大量水汽、二氧化碳、氮,这些气体就是地球最早的大气层,我们管它叫次生大气。

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  • 生命的诞生

水汽蒸发的同时又会带走大量的热,加速地表冷却。随着地表温度不断下降,火山还有陨石、行星带来的水蒸气的积累,于是地球下了一场延续上万年的雨,海洋出现了。大量的微生物也在40亿年前,就在海底的火山口悄悄诞生了。

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  • 磁场形成

海底暗流涌动,海面之外是强大的太阳风在不停地摧毁我们的大气,直到35亿年前地热散到了一定程度,当地心外核中的熔融铁开始散热,发生了对流运动,形成了电流,磁场出现了,并帮助大气抵御太阳风的侵袭。地球与大气稳定了下来同时,也伴随着稳定的阳光的来临,于是蓝藻演化出来了,开始了它的光合作用,形成了氧气,并在太阳紫外线的加工下形成臭氧。

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  • 氧气出现

有了稳定的大气层,就可以锁住地球的氧气,蓝藻开始与厌氧的古细菌进行博弈,随着氧气的产生以及古菌产生温室气体时所需金属逐渐减少,最终蓝藻获胜,于是氧气不停地进行累积。

地球大气氧气增加示意图. 红线与绿线表示估计的范围,以十亿年(Ga)为单位↓

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  • 大氧化事件

蓝藻不停地吸收温室气体二氧化碳的同时,它产生的氧气也不安分。氧气对古菌产生的温室气体甲烷进行氧化,虽然也生成温室气体二氧化碳,不过前者的温室效应是后者的20多倍。

陆地上的岩石也受到氧气的侵蚀,形成碳酸钙,消耗了大量的二氧化碳。

CaSiO3+CO2→CaCO3+SiO2

可以看出无论是厌氧菌的灭亡,光合作用,还是氧化最终结果都是固定住碳元素,于是温室气体大量减少,氧气含量逐渐升高,大氧化事件发生。

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  • 休伦冰期

24亿年前,随着大氧化事件的发生,地球平均温度逐渐下降,冰川从两极向赤道逐渐蔓延,形成了地球上最严重并且持续时间最长的一次冰期——休伦冰期,地球变成一颗“雪球”。

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雪球的融化

冰期持续到21亿前年,然而科学家们对冰球如何融化,提出了几个牵强的假说,迟迟无解。1979年,有科学家在澳大利亚西部雅拉布巴地区,发现了陨石坑,但并未测得其年龄。直到近日《自然通讯》一份研究公布了这个陨石坑的年龄。科廷大学的研究人员收集了陨石坑附近,被小行星撞击形成的细小锆石和独居石,并对其进行分析。由于冲击会造成冲击物再结晶,而独居石中含有微量的铀,利用同位素测定法,根据铀的衰变速率估算出小行星撞击时间约为22.29亿年前,误差为正负500万年。

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巧不巧的这个时间正好与无解的休伦冰期的结束时期接近,于是科学家对这颗陨石撞击过程进行了电脑模拟,发现令人震惊的结果。撞击竟能使厚厚的冰层释放出海量水蒸气,并卷入大气层中。

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而水蒸气也是一种温室气体,相比二氧化碳产生的温室效应更显著。很可能是它开始在大气中捕获热量,从而促使全球气候变暖,雪球逐渐解冻。目前这只是一个推测,还需要科学家进一步研究及发现更多的线索来确认。

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救星

这颗雪球的形成离不开磁场的形成、大气层形成、氧气的形成,这些都是生命的存在的根本。雪球的解冻促使了真核生物的爆发以及后面一连串的生命演化,是地球生命史上的关键事件,而这颗小行星很有可能是地球的救星,可见小行星也不见得都是:坏的

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