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被禁止的,直到:2002年12月19日上午11点太平洋时间下午2点东部)

备注:詹姆斯·法夸尔马里兰大学(301)405-4332或马克Thiemens加州大学圣地亚哥分校(858)534-6882

媒体联系人:李调马里兰大学(301)405-4679金正日麦当劳加州大学圣地亚哥分校(858)534-7572
图像及图形可于以下网址索取:http://www.urhome.umd.edu/newsdesk/scitech/release.cfm?ArticleID=45

钻石被发现含有古代大气的证据

来自马里兰大学、加州大学圣地亚哥分校和洛杉矶分校的一组科学家发现,钻石可以是天然的时间胶囊,保存着大约30亿年前地壳、大气和地幔之间硫循环的信息。

“这些发现表明,钻石不仅仅是珠宝,”该论文的合著者、加州大学圣地亚哥分校物理科学部主任马克·蒂门斯(Mark Thiemens)说。“它们是有价值的晶体,通过它们,地质学家和大气化学家可以深入了解数十亿年前存在的地球大气。通过观察钻石中硫的组成成分,你可以测量20亿到30亿年前的大气,这一事实是值得注意的,对那些研究古代地球地质过程的人来说尤其有价值。”

这是最新的发现证明一些地球上最古老的岩石包含“同位素签名”独特的形式的硫和氧等元素,可以揭示信息地球早期历史的许多以前不可知的方面,如大气的演化和sulfur-metabolizing生命早期的起源。

歌剧露天钻石矿在博茨瓦纳,非洲。
来源:华盛顿卡内基研究所Steven Shirey。
下载17.6 jpeg图像

在12月20号的科学美国马里兰大学的地质学家詹姆斯·法夸尔(James Farquhar)和他在加州大学洛杉矶分校的同事报告称,来自非洲博茨瓦纳地区的钻石含有三种不同形式的硫同位素。这个比例的显著存在表明,这些钻石中的硫经历了一个几乎完整的地球化学循环。

根据研究人员的说法,这一循环始于一座古代火山向大气中喷出二氧化硫和硫化氢气体。早期大气中含硫气体与紫外线发生反应,在浮回地球表面的气溶胶中产生了标志性的硫同位素,并作为硫化物与古代沉积岩结合在一起。包含这些沉积岩的构造板块最终被带到另一个板块之下,通过一个科学家称之为潜没的过程进入地幔。当钻石在地幔中形成时,具有标志性硫同位素的硫化物被困在里面。这些过程都发生在大约30亿年前的太古代时期。后来,含有标志性同位素的钻石被火山作用带到地球表面,并最终被开采。

“这些发现有可能极大地增加我们对地球早期历史的认识,”法夸尔说,他是马里兰州地球系统科学跨学科中心和地质学系的助理教授。“这项研究最终证明,在地球早期大气中产生的独特同位素特征不仅可以在地球表面的古代岩石中找到,而且他的特征还可以转移到地幔深处。这些同位素特征几乎是这些元素在地球大气、表面和地幔之间循环的完美示踪剂。”

法夸尔的博士后研究员之一、该研究的合著者博斯·温(Bos Wing)表示,地幔中大气硫的存在促使科学家们修正了他们对早期地球硫储层性质的看法。“我们现在认为,曾经在古代地球的大气中循环的硫库消失了。进一步的研究可能会揭示,这个缺失的储层位于地幔深处。这样一个未来的发现可能反过来为帮助塑造地球进化的大规模地球物理过程提供重要的见解,”Wing说。

硫通常以元素的几种形式(同位素)的组合形式存在。几年前,法夸尔发现,地球早期大气的光化学作用产生了硫,其中三种同位素的比例略有不同。因此,在钻石或其他古代岩石中发现同位素比例如此之高的硫,表明硫曾经存在于古代地球的大气中。

在目前的研究中,在加州大学洛杉矶分校的W.M.凯克基金会同位素地球化学中心使用离子探针对12颗钻石中发现的少量硫化物进行了分析。该设备将高度聚焦的铯离子束射向抛光过的硫化物,这些硫化物的厚度不超过从钻石上取下的人的头发。离子束在硫化物上打一个小孔,使其蒸发一分钟(不到十亿分之一克)。然后,探针设备对蒸发的物质进行质量分析,看看是否存在标志性的同位素比例。

含硫化物金刚石包体(1)
作者:杰弗瑞·w·哈里斯,格拉斯哥大学

加州大学洛杉矶分校地球与空间科学系教授、该中心主任凯文·麦基根(Kevin McKeegan)说:“我们的仪器大约有10年的历史,是新一代大规模离子微探测器中的第一个。”“该设备最近的升级使我们能够从多个离子束中一次性收集和分析同位素。这种能力对这项研究至关重要,因为它允许我们以非常高的精度和准确性确定硫同位素比率。”

两年前,Thiemens和Farquhar(当时在Thiemens的UCSD实验室做博士后研究)在加州大学圣地亚哥分校发表了一篇论文科学他们运用了不同的技术来识别地球上最早的岩石中的硫特征。他们首次揭示了由岩石中的硫记录下来的地球早期大气的化学成分。这让科学家们对地球早期大气中氧气、臭氧和紫外线的进化有了新的认识——这三种变化与地球生命的早期进化和扩张相一致。

加州大学圣地亚哥分校的化学教授Thiemens说:“由于化石记录参差不一,从已知最早的岩石39亿年前到22亿年前的这段时间,我们无法确定大气何时发生变化,以支持陆地生命。”“这种方法提供了一种方法,通过检查岩石的同位素化学,来追踪早期大气中的氧气,更重要的是,臭氧的记录,臭氧阻止了有害的紫外线辐射,为陆地生命的扩张铺平了道路。”


地球系统科学交叉中心

科学

凯克基金会同位素地球化学中心

硫循环的图形

在研究小组发现钻石和其他古代岩石中存在标志性同位素之前,冰芯是科学家们了解地球大气历史的唯一窗口。然而,被困在极地冰中的气体的同位素特征提供了关于仅过去20万年的大气成分和环境的信息。现在,世界各地的科学家正在利用这些硫同位素特征来研究数十亿年前的地球早期大气,早期地壳、大气和地幔之间的元素循环,早期硫代谢生命的起源,地球最早的冰川期,早期海洋的化学分层和早期板块构造过程。

这项新技术也可以用来研究其他世界。两年前发表的一篇论文自然法夸尔和提门斯将其应用于火星陨石,并确定火星表面丰富的硫主要是由于在这颗红色星球的大气层中发生的化学反应。

目前的研究由美国国家科学基金会、美国宇航局天体生物学研究所和美国化学学会资助。




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