45亿年前地球大气层与金星非常相似 生命起源流行理论或受冲击

由ETH研究员保罗·索西领导的一组国际科学家对45亿年前的地球大气层有了新的认识。他们的研究结果对地球上生命的起源也有了新见解。

45亿年前，很难认出来地球的样子，表面完全被岩浆所覆盖，而不是我们今天所熟悉的森林、山脉和海洋。而岩浆是火山爆发时产生的熔融岩石物质，这是科学界的共识。不太清楚的是当时的大气是什么样的。

苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)和NCCR行星研究所(NCCR PlanetS)的高级研究员保罗·索西(Paolo Sossi)领导了新的国际研究，试图揭开地球原始大气的一些奥秘。这些发现发表在《科学进展》杂志上。

在实验室里造岩浆

“45亿年前，岩浆不断地与上面的大气交换气体。” 索西开始解释说，“空气和岩浆相互影响。所以，你可以从其中一个学习。”

为了了解地球的原始大气，它与今天的大气有很大的不同，研究人员因此在实验室中创造了他们自己的岩浆。他们通过混合一种与地球熔融地幔成分相匹配的粉末并将其加热来达到这一目的。听起来简单明了的东西需要最新的技术，正如索西指出的那样:“我们的像地幔一样的粉末的成分使得它很难熔化——我们需要大约2000摄氏度的高温。”

这需要一个特殊的熔炉，由激光加热，研究人员可以让气体混合物在岩浆周围流动，使其漂浮起来。这些气体混合物可能是45亿年前影响岩浆的原始大气的候选者。因此，随着每一种气体的混合物在样品周围流动，岩浆会有一点不同。

“我们寻找的关键区别是岩浆中的铁是如何被氧化的。” 索西解释说。用更不准确的话来说:多么生疏。当铁遇到氧时，它氧化并变成我们通常所说的铁锈。因此，当科学家们让含有大量氧气的气体混合物吹过岩浆时，岩浆中的铁被氧化得更厉害。

冷却岩浆中这种程度的铁氧化给了索西和同事们一些东西，他们可以把这些东西与构成今天地球地幔的自然岩石进行比较——即所谓的橄榄岩。这些岩石中的铁氧化作用仍受其内部原始大气的影响。因此，通过比较天然橄榄岩和实验室的橄榄岩，科学家们获得了关于它们的气体混合物中哪一种最接近地球原始大气的线索。

对生命出现的新认识

“我们发现，从岩浆状态冷却下来后，年轻的地球有一个轻微氧化的大气层，它的主要成分是二氧化碳，以及氮和一些水。” 索西报告说。当时的地表压力也高得多，几乎是今天的100倍，而且由于地表温度较高，大气也高得多。这些特征使它更像今天金星的大气层，而不是今天地球的大气层。

根据索西和他的同事，这个结果有两个主要的结论:第一个是地球和金星开始的时候有着非常相似的大气层，但是金星随后由于离太阳更近和相关的更高温度而失去了水分。然而，地球保持着水，主要是以海洋的形式存在。在此情况之下，吸收了空气中的大量二氧化碳，从而显著降低了二氧化碳水平。

第二个结论是，关于地球上生命出现的流行理论现在似乎不太可能。这个所谓的“米勒-乌里实验”很难实现。在这个实验中，雷击与某些气体(尤其是氨和甲烷)相互作用，产生氨基酸——构成生命的基本元素。所需的气体根本就不够充足。

米勒-尤里实验

米勒-尤里实验（Miller-Urey experiment）是一项模拟假设性早期地球环境的实验，研究目的是测试化学演化的发生情况。尤其是针对亚历山大·欧帕林与约翰·伯顿·桑验，该学说认为早期地球环境使无机物合成有机化合物的反应较易发生。

米勒-尤里实验是关于生命起源的经典实验之一，由芝加哥大学的史丹利·米勒与哈罗德·尤里于1953年主导完成，其结果以《在可能的早期地球环境下之氨基酸生成》（A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions）为题发表。米勒实验对后来探索前生物分子的非生物合成具有相当大的启发性，至今依然是教科书中关于生命起源的经典实验。

在这一实验后40多年后，米勒教授接受《科学美国人》采访时说：“生命起源的奥秘，原来比我和其他大部分人所估计的更难解开。”

生物学教授迪安·凯尼恩表示，“目前所有用化学解释生命起源的理论，都犯了根本上的错误。”实验证明他的看法是对的。米勒和其他科学家合成了氨基酸后，科学家着手制造蛋白质和DNA；这两种物质都是地上生物维持生命所必需的。

科学家在生命起源以前的环境里进行了数千次试验，但在合成蛋白质和DNA方面，基本上可以用“总是失败”来形容。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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