Drabon和她的同事在南非的Barberton Makhonjwa山脈進行了他們的研究。迷離情駭·德拉邦/哈佛大學(xué)
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根據(jù)新的研究，一塊巨大的太空巖石，估計有四座珠穆朗瑪峰那么大，在30多億年前撞上了地球——這種影響可能出乎意料地有利于我們星球上最早的生命形式。
通常，當一塊巨大的太空巖石撞擊地球時，撞擊會帶來災(zāi)難性的破壞，就像6600萬年前恐龍滅絕的情況一樣，當時一顆大約6.2英里寬(10公里)的小行星在現(xiàn)在的墨西哥的尤卡坦半島海岸墜毀。
但哈佛大學(xué)地球和行星科學(xué)助理教授迷離情駭·德拉邦表示，32.6億年前，當S2隕石與地球相撞時，地球還很年輕，是一個非常不同的地方，據(jù)估計，它的質(zhì)量比引發(fā)恐龍滅絕的?？颂K魯伯小行星大50至200倍。她也是一項新研究的主要作者，該研究描述了S2撞擊及其后果，該研究于周一發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。
“還沒有復(fù)雜的生命形成，只有單細胞生命以細菌和古細菌的形式存在，”德拉邦在一封電子郵件中寫道?！昂Ｑ笾锌赡苡幸恍┥幌窠裉爝@么多，部分原因是缺乏營養(yǎng)。一些人甚至將太古代海洋描述為“生物沙漠”太古代的地球是一個水世界，很少有島嶼突出。這將是一個奇怪的景象，因為富含鐵的深水中的海洋可能是綠色的。"
德拉邦說，當S2隕石撞擊地球時，全球混亂隨之而來——但撞擊也攪動了可能豐富細菌生命的成分。新的發(fā)現(xiàn)可能會改變科學(xué)家理解地球及其新生生命如何應(yīng)對地球形成后不久來自太空巖石的撞擊的方式。

迷離情駭·德拉邦(右)與學(xué)生大衛(wèi)·馬德里加爾·特雷霍和約庫邁特在南非實地考察時合影。迷離情駭·德拉邦/哈佛大學(xué)
揭開古代撞擊
在地球歷史的早期，太空巖石頻繁撞擊年輕的星球。據(jù)研究作者估計，直徑超過6.2英里(10公里)的“巨型撞擊者”至少每1500萬年撞擊地球一次，這意味著在持續(xù)40億年至25億年前的太古宙期間，至少有16顆巨型隕石撞擊了地球。
但是這些撞擊事件的后果還沒有被很好的理解。鑒于地球不斷變化的地質(zhì)狀況，其中巨大的隕石坑被火山活動和構(gòu)造板塊的運動所覆蓋，很難找到數(shù)百萬年前發(fā)生過什么的證據(jù)。
德拉邦是一名早期地球地質(zhì)學(xué)家，他對了解地球在第一個大陸形成之前的樣子以及劇烈的隕石撞擊如何影響生命進化很感興趣。
“這些撞擊一定極大地影響了地球上生命的起源和進化。但具體如何仍然是個謎，”德拉邦說?！霸谖业难芯恐?，我想檢驗真實的'硬’證據(jù)——原諒我的雙關(guān)語——關(guān)于巨大的撞擊是如何影響早期生命的?！?/span>
Drabon和她的同事進行了野外工作，在南非Barberton Makhonjwa山脈的巖石中尋找線索。在那里，可以在巖石中找到發(fā)生在36億至32億年前的8次撞擊事件的地質(zhì)證據(jù)，并通過稱為球粒的微小隕石撞擊粒子進行追蹤。
當大隕石撞擊地球時，會出現(xiàn)小而圓的顆粒，這些顆?？梢允遣Ａ畹幕蚪Y(jié)晶的，它們在巖石中形成沉積層，稱為小球床。

在這個取自另一次隕石撞擊的樣本中可以看到小球。迷離情駭·德拉邦/哈佛大學(xué)
該小組在南非收集了一系列樣本，并分析了巖石的成分和地球化學(xué)。
“我們的一天通常是從長途跋涉進入山區(qū)到達我們的采樣地點開始的，”德拉邦說。“有時候我們很幸運，土路讓我們走得更近。在現(xiàn)場，我們非常詳細地研究了撞擊事件層巖石中的結(jié)構(gòu)，并使用大錘提取樣本，供以后在實驗室進行分析。”
緊密夾在中間的巖石層保存了一條礦物時間線，使研究人員能夠重建S2隕石撞擊時發(fā)生的事情。
毀滅的浪潮
S2隕石撞擊地球時直徑在23到36英里(37到58公里)之間。德拉邦說，這種影響是迅速而猛烈的。
德拉邦說:“想象你站在科德角海岸外的淺水大陸架上?！斑@是一個低能量的環(huán)境，沒有強大的電流。然后突然間，一場巨大的海嘯席卷而來，撕裂了海底。”

這張圖片顯示了S2巨大隕石撞擊后的一系列事件。詹姆斯·扎卡里亞
海嘯席卷全球，沖擊產(chǎn)生的熱量如此強烈，以至于它蒸發(fā)了海洋的頂層。德拉邦說，當海洋沸騰蒸發(fā)時，它們會形成鹽，就像在撞擊后直接在巖石中觀察到的那樣。
撞擊產(chǎn)生的塵埃噴入大氣層，幾個小時內(nèi)就使天空變暗，甚至在地球的另一邊也是如此。大氣層變熱，厚厚的塵埃云阻止了微生物將陽光轉(zhuǎn)化為能量。陸地或淺水中的任何生物都會立即感受到不利影響，這些影響會持續(xù)幾年到幾十年。
最終，雨水會帶回海洋的頂層，塵埃會沉淀下來。
但是深海環(huán)境是另一回事。海嘯攪動了鐵等元素，并將它們帶到了表面。與此同時，侵蝕有助于將海岸碎片沖入大海，并從隕石中釋放出磷。實驗室分析顯示，撞擊后立即以鐵和磷為食的單細胞生物數(shù)量激增。
德拉邦說，生命迅速恢復(fù)，然后蓬勃發(fā)展。
“在撞擊之前，由于淺水中缺乏營養(yǎng)物質(zhì)和電子供體，如鐵，海洋中有一些生命，但不多，”她說?！斑@次撞擊在全球范圍內(nèi)釋放了重要的營養(yǎng)物質(zhì)，如磷。一名學(xué)生恰如其分地稱這種影響為“肥料炸彈”?？偟膩碚f，這對地球早期生命的進化來說是一個非常好的消息，因為在生命進化的早期階段，撞擊會比現(xiàn)在更加頻繁。"
地球如何應(yīng)對直接撞擊
德拉邦說，由于太空巖石各自的大小和行星撞擊時所處的階段，S2和?？颂K魯伯小行星撞擊產(chǎn)生了不同的后果。
?？颂K魯伯撞擊器撞擊了地球上的一個碳酸鹽平臺，將硫釋放到大氣中。排放物形成了氣溶膠，導(dǎo)致地表溫度急劇下降。

研究人員研究了這塊巖石中的地層，確定32.6億年前S2隕石撞擊引發(fā)了一場全球海嘯。迷離情駭·德拉邦/哈佛大學(xué)
Drabon說，雖然兩次撞擊都導(dǎo)致了大量的死亡，但一旦海洋重新填滿，塵埃落定，S2撞擊后淺水中的耐寒、依賴陽光的微生物就會迅速恢復(fù)。
“S2撞擊時期的生活要簡單得多，”她說?！翱紤]在早上刷牙:你可能消滅了99.9%的細菌，但到了晚上，它們又回來了?！?/span>
麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology)的羅伯特·r·施洛克(Robert R. Shrock)地球和行星科學(xué)教授本·韋斯(Ben Weiss)對論文中小球?qū)拥牡刭|(zhì)觀察很感興趣，他認為這些觀察讓研究人員能夠探索地球的古代撞擊記錄，就像天文學(xué)家可以研究火星等行星的表面一樣。韋斯沒有參與這項研究。
“今天地球上沒有保存下來的撞擊坑，其大小與推斷出的產(chǎn)生這里研究的巖石的大小接近，”韋斯說?！爱斎唬覀冇涗浀奶貏e之處在于，無論多么零碎和不完整，這是我們目前能夠詳細研究的唯一記錄，可以告訴我們撞擊對生命早期進化的影響。同樣令人印象深刻的是，盡管這些觀察結(jié)果具有非常局部的性質(zhì)(在南非的一個小區(qū)域露出地面)，但我們可以開始了解這些巨大撞擊事件的全球性質(zhì)?！?/span>
Barberton Makhonjwa山脈的巖石為Drabon和她的同事們打開了一條研究地球撞擊史的全新路線。
“我們的目標是確定在地球早期歷史上的其他撞擊事件之后，這些環(huán)境變化和生物反應(yīng)有多普遍，”她說?！坝捎诿看巫矒舻男ЧQ于各種因素，我們想評估這種對生活的積極和消極影響發(fā)生的頻率?！?/span>