科學家們在水星上觀察到奇特的巖石成分差異，這可能是由一個巨大的巖漿洋形成的。隨著時間的推移，這個巖漿洋逐漸冷卻并形成不同成分的結晶。
北京時間3月8日消息，據(jù)美國麻省理工學院網(wǎng)站報道，通過對水星表面進行分析，科學家們現(xiàn)在已經(jīng)可以大致重現(xiàn)水星在過去數(shù)十億年間的地質(zhì)歷史。日前，借助對水星地表巖石化學成分的分析，美國麻省理工學院的科學家們提出，水星表面在45億年前這顆行星形成之后不久可能曾經(jīng)擁有一個巨大的巖漿洋。
科學家們分析了美國宇航局信使號探測器的數(shù)據(jù)，該探測器自從2011年3月份以來一直在水星軌道上運行。當年晚些時候，科學家們對信使號獲取的X射線熒光數(shù)據(jù)進行了分析，并發(fā)現(xiàn)水星地表存在兩類成分差異極大的巖石成分。這項發(fā)現(xiàn)便引出了這樣一個問題：究竟是何種地質(zhì)過程可以導致出現(xiàn)如此顯著的成分差異？
為了回答這個問題，美國麻省理工學院的研究小組利用探測器獲取的成分數(shù)據(jù)在實驗室中配制合成了這兩種巖石類型，并將這兩類合成巖石至于高溫高壓環(huán)境下模擬經(jīng)歷各種不同的地質(zhì)過程。通過這些實驗，科學家們發(fā)現(xiàn)只有一種機制可以解釋所觀察到的現(xiàn)象，那就是曾經(jīng)有一個巨大的巖漿洋，這個巖漿洋形成了兩層不同的結晶層并逐漸冷凝，隨后又再次熔化成為巖漿并噴出到了水星地表。
蒂莫西·格羅夫(Timothy Grove)是美國麻省理工學院地質(zhì)學教授，他說：“水星上的這件事讓人感覺有趣的一點在于，它并不是昨天才發(fā)生的。事實上水星的地殼至少已經(jīng)有40億年歷史，因此這個巖漿洋實際上是一個極為古老的產(chǎn)物。”
格羅夫和博士后研究生貝納德·查理(Bernard Charlier)以及麻省理工學院地球物理學及行星科學教授瑪利亞·祖伯爾(Maria Zuber)共同合作完成了這項研究，并將結果發(fā)表在了近期出版的《地球和行星科學通報》上。
復制水星巖石
信使號探測器進入水星軌道時正值太陽耀斑爆發(fā)，作為距離太陽最近的行星，水星暴露于太陽的狂轟濫炸之中。這樣的后果是其地表的巖石會發(fā)出強烈的熒光光譜，科學家使用X射線光譜儀便可以對此進行測量，測量的結果可以幫助確定這些地表物質(zhì)的化學組成情況。
在信使號圍繞水星軌道運行期間，其搭載的X射線光譜儀對水星地表物質(zhì)發(fā)出的X射線輻射進行了測量。2011年9月，信使號科學團隊在這些波譜中識別出一些峰，每一個波峰都代表一種巖石化學成分元素。通過這些數(shù)據(jù)，科學家們識別出水星地表兩種主要的巖石類型。
格羅夫，查理和祖伯爾于是開始設法弄清形成這種成分差異的原因。他們首先依據(jù)這些化學成分數(shù)據(jù)反演出組成巖石的可能物質(zhì)，如氧化鎂，二氧化硅以及氧化鋁。最后，他們得到的結果用格羅夫的話來說就是“很多氧化物”。隨后，研制小組便根據(jù)數(shù)據(jù)反映出的這些物質(zhì)的成分比例在實驗室中配制模擬巖石樣品。格羅夫表示：“我們按照比例配制巖石樣品，這樣我們便獲得了與水星地表成分相同的模擬巖石。”
熔體中的結晶
隨后，研究組將這些配制好的巖石樣品放入高溫爐中熔化，先升溫然后再降溫，以便模擬水星上導致結晶過程發(fā)生的地質(zhì)過程，以及最終形成的巖石產(chǎn)物。格羅夫表示：“你可以想象會發(fā)生些什么。隨著熔化的巖石逐漸冷卻，結晶過程開始，剩余的巖漿中的成分此時已經(jīng)發(fā)生變化。”