記者8日從中國科學技術大學了解到，該校地球和空間科學學院吳忠慶教授課題組，通過第一性原理計算，發現在太陽星雲環境下，行星增生早期星胚（部分）熔融和揮發過程是地球貧揮發性元素的主因，為研究類地行星揮發性物質增生和演化提供重要啟示。該研究成果日前發表在國際期刊《自然·地球科學》。
地球的揮發性元素對行星形成、演化和可宜居性至關重要，其增生過程是地球和行星科學研究領域長期關注的難點問題。研究發現，相對於早期太陽系的物質組成，地球具有類似的難揮發性元素丰度，但非常虧損揮發性元素。目前學界關於地球揮發性元素的來源及其增生過程一直在爭議。由於早期地球記錄極少被保留下來，通過早期地質樣品直接研究地球揮發份的演化歷史很困難。
研究人員通過基於密度泛函理論的第一性原理計算，獲得了高質量的核幔間硫同位素分餾係數，發現核幔分異引起的硫同位素分餾幾乎可以忽略不計，這意味着後期增生模型和核幔分異都不能解釋硅酸鹽地球具有比球粒隕石低的硫同位素比值，且地球整體具有與其硅酸鹽部分一樣的硫同位素組成。結合熱力學計算和第一性原理計算，研究人員發現在早期太陽系氫氣未完全散去的情況下，星胚發生部分熔融，硫主要以硫化氫的形式揮發，並帶走重硫同位素，使得殘留硅酸鹽富集輕硫同位素。大約90%的原始增生硫揮發可以定量解釋地球的低硫同位素比值，也可以解釋地球的硫含量。此外，在大碰撞形成月球過程中，大量硫進一步丟失，但由於形成環境不同，硫丟失會帶走輕硫同位素，使得月球具有比地球更重的硫同位素組成。
這項研究表明，地球起源於富揮發份物質，早期揮發是地球建立現今揮發性元素組成的關鍵，這為學界研究類地行星揮發份物質的起源提供了新的視角。
文/科技日報記者 吳長鋒
編輯/范輝
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