如果存在外星人 该星球矿物质会是怎样的

2018-01-04 新浪科技

镁铝硅岩样本
图中是阿尔卑斯山脉发现的镁铝硅岩样本。它们形成于远古沉积岩俯冲在地壳之下186英里深处。

虎纹铁
图中是澳大利亚西部黑德兰港附近发现的“虎纹铁(Tiger iron)”,像这样的条纹状铁结构形成于海水溶解铁与自由氧的反应过程,是地球上最早光合作用生命形式新陈代谢的副产物。

1月4日消息,据国外媒体报道,地球上的矿物质是由其化学成分、物理条件以及随时间演变而来的。在地球上发现大约5000种矿物质,并且每年都会发现一些新类型的矿物质。

地球主要是由铁、氧、镁、硅,以及一些硫磺、镍、钙和铝等成分混合构成。地球上最常见的矿物质是硅酸盐,还有氧、硅和其它元素结合在一起,除了地球上丰富的矿物元素,地球进化也对解释其矿物学具有重要意义。

随着时间的推移,地球矿物质逐渐形成,与它们形成时特定时期的条件状况相匹配。大约45亿年前,地球大部分处于融化状态,地球被碰撞陨石和地球内部放射性元素衰变而加热,随着陨石碰撞次数的减少,地球开始逐渐降温冷却,并形成固体地壳。原始地壳是由少量矿物质组成,主要是由覆盖全球的熔化岩浆直接结晶形成。

当水从大气中凝结,地球上首次形成了海洋。现今地球仍是一个水世界,存在浩瀚海洋,极地冰冠,以及富含水蒸汽的大气层。许多晶体结构矿物质,是从水反应矿物质或者含水矿物质中形成的。最初,地球上第一批生命形式是在37亿年前出现的。

地球上三分之二矿物质是在生物体改变地球上的化学过程之后形成的,例如:早期微生物将氧气释放到大气层,游离氧与其它元素和现有矿物质发生反应,形成新的元素。此后矿物质就不断地在火山活动、地质构造、水-岩石反应和生物活跃性过程中形成。

大约有15300多种方法结合形成已知地球矿物质元素,即使我们迄今并未发现所有的陆地矿物质,但不太可能所有矿物质结合的方式都出现在地球上。

通过分析遥远恒星的光线,我们知道与地球相比,其它恒星及其恒星系统内部星球的矿物质元素比率会完全不同。伴随着恒星和行星在同一个吸积盘上形成,我们知道恒星的化学成分将提供轨道运行行星的一些重要信息。

由于地外行星的化学成分与形成初期存在差异,其矿物学特征也最终完全不同。系外行星55 Cancri的半径大约是地球的两倍,但是质量却是地球的8倍。与地球相比,55 Cancri的密度太低,通过观察这颗行星的炽热恒星成分,天文学家发现了高浓度碳和氧。很可能55 Cancri的主要矿物质是基于这两种元素,形成类似地球硅酸盐等低密度矿物质。

在过去几年里,天文学家发现越来越多的地外行星。对它们进行直接观测不太可能,但是通过测量轨道参数,天文学家能够计算出行星的体积和质量。一些“超级地球”行星体积接近地球的10倍,目前并不清楚是否较大体积意味着这样的行星会存在类似地球的板块构造,计算模型表明,一颗体积较大的行星将有更多内部热度需要消散。这些能量可以驱动板块构造,地球上的板块构造不断地将表面重新混合,形成特定的热度和压力,形成多样化变性矿物质。一些矿物质仅在高压和低温条件下形成,当地壳形成俯冲带时,压力会快速增加,但仍需要一些时间来加热岩石。由于地壳运动缓慢,由板块运动过渡至地球内部,将岩浆处于溶化状态,在火山活动中,自然熔炉生成新的岩石和矿物质。沿着大洋中脊将加热表面之下的物质团,受热海水将渗透穿过岩石,与矿物质发生反应,形成新的矿物质。

然而,板块构造并不是行星的必要演化过程,对于太阳系内最类似地球的行星,金星和火星,它们都缺少活跃板块构造。在地球上,水是促进地壳运动的重要润滑剂,即使有足够内部热量的大型行星,如果没有充足的水,也可能缺乏活跃的板块构造。在这样的行星上,某些变性矿物质可能不会形成。

同时,在超级地球上较强的引力作用将影响板块构造,甚至矿物质的形成,使用特殊液压机和激光仪,可能将矿物质样本暴露在高压和高温条件下,这种情况也存在于地球内部。布氏岩(Bridgmanite)等地球高压矿物质,也存在于超级地球行星,基于此类高压矿物质,科学家可以研究地外行星上理论存在的矿物质。

控制地外星球矿物学的另一个重要因素是行星的年龄和历史,它是否像地球一样,经历了一个分化期,在行星形成之初,物质依据密度不同产生分离?是否存在加热行星、驱动熔化和混合岩石的能量源呢?这颗行星是否存在大气层,对行星表面构成侵蚀呢?

与其它恒星系统相比,地球是一颗相对年轻的行星。在通常的行星进化阶段,例如:行星形成、分化、冷却、地壳形成和陨星碰撞,地球经历了相对独特的步骤——生命承载作用。生命形式可以改变地球生态系统的某些元素流动变化,例如:碳、氮、氧和硫。贝壳类生物形成了大量碳酸盐岩石沉积物,这些物质与矿物质中的碳、钙、氧等结合在一起,即使死亡生物也扮演着一些重要角色。腐烂的有机物会产生化学反应,形成复杂的碳基矿物质,例如:蓝铁矿(vivianite)。如果某颗地外行星也存在生命形式,那么也可能存在类似地球的矿物质,生命形式对于矿物质形成具有重要意义。如果人类可以探索系外行星,他们将发现一些矿物质,但很可能不会找到我们所知道的任何一种矿物质。

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