为了在其他星球上寻找生命，了解这些世界的原始汤化学是必要的。然而，要知道哪些有机化合物在没有生命的情况下形成，以及有利于生命出现的条件，需要了解这些化合物存在的地球化学环境（例如，流体盐度，金属可用性等）。由于地球是生命的唯一例子，模拟早期地球条件的生命起源研究可以为这一努力提供信息。不幸的是，早期地球的地质记录很少，随着时间的推移，古代岩石标本的成分发生了很大的变化。因此，早期地球原始汤环境的流体地球化学仍然不确定。在最新《科学》，Trail和McCollom报告说，地壳中的天然硅酸盐矿物锆石，可以限制古代热液系统的流体地球化学。这为解开早期地球的流体成分和辨别生命的起源提供了一条潜在的途径。

A window into prebiotic worlds? | Science

地球上生命的起源通常被认为发生在45至35亿年前之间的某个时间。这个范围部分受到最古老的已知生命证据的限制 - 34.8亿年 化石叠层石。这些是由光合微生物产生的碳酸盐结构，这些微生物是在澳大利亚德莱塞地层中发现的，该地区包含一些地球上最古老的岩石。此外，月球的形成限制了早期生命的出现。人们普遍认为月球是在地球和另一颗小行星碰撞期间形成的。这次撞击事件可能会消灭45亿年前的任何生命。尽管这一时期的地质证据很少，但对早期地球的广泛了解已经通过33至44亿年龄锆石（ZrSiO）提供了信息。

锆石是极具弹性的矿物，可以在母岩风化后存活。结晶后，锆石记录其周围环境的同位素和元素特征。因此，对古代地幔熔体中形成的锆石的研究揭示了关于早期地球的许多已知信息，包括大约43亿年前存在液态水。它们还表明，44 Ga前，地球的地幔接近其当前的氧化还原状态（氧化剂和还原剂的平衡）。

窗体顶端

窗体底端

自该领域起飞以来，早期地球的氧化还原状态一直是生命起源讨论的中心，许多人认为，还原大气，即由提供电子的气体主导的大气（H2和 H2S）——是生命产生所必需的。地球早期的大气层由火山活动期间排出的地幔气体组成。地幔气体的形态由地幔氧化还原状态控制，由存在的氧气量（氧逸度，fo2).在地幔内，fo2由周围的矿物组合缓冲。对于当今的地球，矿物缓冲液是辉绿岩，磁铁矿和石英（FMQ），它有利于中性和弱氧化气体的释气（N2， H2O， CO2) 。 鉴于地球地幔∼44至38 Ga前的估计FMQ值与今天相似，原始汤大气可能是氧化还原中性的。

锆石（>650°C，∼5至10 kbar）已被用于推断地幔的氧化还原状态，进而为早期地球的大气成分提供信息。鲜为人知的是近地表水环境的氧化还原状态和地球化学，其中与生命起源相关的原始汤有机化学最为普遍。值得注意的是，在地幔熔体中形成的锆石可以在地壳中向上运输，在那里它们被热液（>100°C）流体暴露和改变。重结晶后，锆石捕获了这些流体的地球化学性质（见图）。

利用合成锆石，Trail和McCollom设计了一种确定热液流体（∼580°C）地球化学的方法，其中八个杰克山锆石在∼3.9 Ga前重结晶。将合成锆石在具有不同氧化还原状态的热液流体（1200°至900°C，10 kbar）中结晶，形成计算foo2来自氧化还原敏感铈（Ce3+， Ce4+）和氧化还原不敏感元素镧（La）和镨（Pr）。分配系数 - 流体中总Ce与锆石中的比率 - 被确定并归一化为La和Pr的分配系数。4+比Ce更容易在结晶锆石中捕获3+.因此，归一化为 La 和 Pr 可以揭示锆石中是否存在过量的 Ce，这表明锆石是在富含 Ce 的氧化流体中形成的4+.利用这种校准，Trail和McCollom确定形成八个杰克山锆石的热液流体的氧化还原状态比那个时期的上地幔氧化程度略高。

一旦配备 fo2，热液流体的温度（10）和盐度，Trail和McCollom模拟了流体在地壳中向上移动时的地球化学演变。虽然这些流体比现代地幔氧化程度相对较高，但预计处于平衡状态（580°C，5 kbar）的岩石圈流体富含H2S（相对于 SO4）和过渡金属（Cu，Mn和Zn），它们共同可以驱动非生物碳固定 - 将无机碳转化为有机化合物。这些模型表明，当流体突破表面时，它们将富集在具有已知催化潜力的离子中（Fe2+铁3+镍2+锰2+和 Ca2+）和还原气体（CH4和 H2因此，来自这些古老热液流体的水池已经成熟，可以进行原始汤有机合成。总之，Trail和McCollom已经表明，与流行观点相反，相对氧化的系统 - 被认为不利于生命起源化学 - 可以为原始汤合成创造非常有利的条件。

Trail和McCollom开发的校准和方法可用于表征古代锆石中捕获的其他热液系统的地球化学，包括在其他星球上发现的那些。据预测，火星将有大量锆石来自被古代流体改变的岩石。事实上，在热液流体中重结晶的锆石已经在火星陨石中被发现。美国宇航局 - 欧洲航天局的火星样本返回活动将返回从Jezero陨石坑内收集的样本，该陨石坑遭受了撞击引起的热液变化∼38亿年，可以容纳重结晶锆石，捕获潜在的原始汤流体的地球化学。将Trail和McCollom的方法应用于这些样本不仅可以为火星的可居住性提供信息，还可以为原始汤研究提供古代地球化学条件。反过来，这些条件可以阐明在这些样品中检测到的火星有机物的起源以及它们具有非生物或生物起源的可能性。

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