記者22日從中國科學技術大學獲悉，該校地球和空間科學學院王文忠特任教授與國際學者合作，研究揭示了早期星胚熔融揮發和晚期富揮發份物質的增生兩個關鍵階段共同決定了硅酸鹽地球中氮元素的豐度，為理解地球揮發份的起源提供了新的認識。相關成果日前發表在《自然·通訊》上。

氮是地球上生命的基本組成元素之一，廣泛存在于眾多有機分子之中。但與地球初始增生物質相比，當前硅酸鹽地球（包括大氣、地殼和地幔）的氮含量相對較低，大約只有百萬分之二。深入研究地球中氮的增生演化歷史，對認識地球生命相關元素的起源及宜居性演變，具有重要意義。

氮有兩種穩定同位素，即14N和15N。氮同位素可用于示蹤地球揮發份在行星增生過程中的演化歷史，為研究類地行星揮發份的起源和演化，提供了一種關鍵研究手段。然而，要有效利用這一工具，首先必須了解行星早期演化階段中氮同位素的分餾機制。研究人員采用第一性原理計算方法，研究了星云物質凝聚形成星胚過程中的氮同位素分餾，包括熔融揮發和核幔分異兩個階段。研究發現，在早期太陽系星云中氫氣尚未完全散失的條件下，熔融揮發使得星胚富集14N，而核幔分異則導致15N在硅酸鹽熔體中富集。

結合第一性原理計算結果和實際觀測數據，研究團隊發現早期星胚演化過程并不足以解釋當前硅酸鹽地球的氮同位素組成，必須在增生晚期加入一定量的富含揮發性成分的物質，如碳質球粒隕石，以解釋觀測到的氮同位素特征。因此，硅酸鹽地球中的氮豐度是早期星胚演化和晚期增生階段共同作用的結果。值得注意的是，盡管晚期增生對硅酸鹽地球的氮豐度具有顯著影響，但由于加入的富含揮發份物質的質量極低，其對硅酸鹽地球中其他揮發份豐度的貢獻十分有限。

該研究對現有理論模型進行了重要的補充，重新評估了“后期增生”對地球氮豐度的影響，揭示了“早期演化”和“后期增生”兩個階段對地球揮發份的綜合影響，為理解地球揮發性成分的演化歷史提供了新的視角。

（中國科大供圖）