Ziemia nie została utworzona z substancjami chemicznymi niezbędnymi do rozpoczęcia życia. Jedna dobrze poparta teoria, zwana „teorią późnego forniru”, sugeruje, że lotne chemikalia potrzebne do życia przybyły długo po uformowaniu Ziemi, sprowadzone tutaj przez meteoryty. Ale nowe badanie podważa teorię późnego forniru.
Dowody wskazują, że Księżyc został stworzony, gdy planeta wielkości Marsa o nazwie Theia zderzyła się z Ziemią. Uderzenie stworzyło pierścień gruzu, z którego utworzył się Księżyc. Teraz nowe badanie mówi, że ten sam wpływ mógł dostarczyć młodej substancji chemicznej niezbędnej do życia.
„Nasz jest pierwszym scenariuszem, który może wyjaśnić czas i dostawę <substancji lotnych> w sposób zgodny ze wszystkimi dowodami geochemicznymi.”
Współautor Rajdeep Dasgupta, Departament Ziemi, Środowiska i Nauk Planetarnych, Rice University.
Wpływ między Ziemią a Theią nastąpił około 4,4 miliarda lat temu, bardzo wcześnie w życiu Ziemi. Wtedy najprawdopodobniej Ziemia otrzymała większość swojego węgla, azotu i innych lotnych substancji chemicznych niezbędnych do życia. Nowe badanie pochodzi z Rice University i zostało opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
Naukowcy badali prymitywne meteoryty z wczesnej Ziemi i innych planet skalistych w wewnętrznym Układzie Słonecznym. Odkryli, że starożytne meteoryty są pozbawione lotnych substancji chemicznych niezbędnych do życia. To nasuwało pytanie, skąd pochodzą lotne chemikalia na Ziemi?
„Na podstawie badań prymitywnych meteorytów naukowcy od dawna wiedzą, że Ziemia i inne skaliste planety w wewnętrznym układzie słonecznym są pozbawione substancji lotnych”, powiedział współautor badań Rajdeep Dasgupta. „Ale czas i mechanizm niestabilnej dostawy były przedmiotem gorących dyskusji. Nasz jest pierwszym scenariuszem, który może wyjaśnić termin i dostawę w sposób zgodny ze wszystkimi dowodami geochemicznymi. ”
Według zespołu odpowiedzialnego za badanie planeta uderzająca miała rdzeń bogaty w siarkę, a jej płaszcz i skorupa zawierały substancje lotne. Kiedy zderzył się z Ziemią, wstrzyknął do skorupy ziemskiej substancje chemiczne niezbędne do życia, takie jak azot, węgiel, wodór i siarka. Zderzenie wyrzuciło także ogromne ilości materiału w przestrzeń, która zlewała się w Księżyc.
„Odkryliśmy, że wszystkie dowody… są zgodne z uderzeniem księżyca w lotną planetę wielkości Marsa z rdzeniem bogatym w siarkę”.
Damanveer Grewal, autor badań, absolwent, Rice University.
Zespół odpowiedzialny za badanie przeprowadził eksperymenty w laboratorium, które naśladuje warunki wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury występujące podczas formowania się jądra planety. Eksperymenty pomogły przetestować ich teorię, według której substancje lotne przybyły na Ziemię w wyniku zderzenia z planetą z rdzeniem bogatym w siarkę.
Zawartość siarki w rdzeniu planety dawcy ma znaczenie ze względu na zagadkowy zestaw eksperymentalnych dowodów na węgiel, azot i siarkę, które istnieją we wszystkich częściach Ziemi innych niż jądro. „Rdzeń nie wchodzi w interakcje z resztą Ziemi, ale wszystko nad nim, płaszcz, skorupa, hydrosfera i atmosfera są połączone”
powiedział główny autor i doktorant Damanveer Grewal. „Cykle materiałowe między nimi”.
Przetestowali ten pomysł za pomocą hipotetycznego rdzenia Ziemi zawierającego różne poziomy siarki. Chcieli wiedzieć, czy rdzeń o wysokiej zawartości siarki wyklucza węgiel, azot lub oba te związki. Ogólnie stwierdzili, że im wyższa zawartość siarki w rdzeniu, tym mniej prawdopodobne jest, że będzie on zawierał substancje lotne. Przynajmniej w przypadku Ziemi.
Azot był w dużej mierze nienaruszony - powiedział Grewal. „Pozostał rozpuszczalny w stopach w stosunku do krzemianów i zaczął być wyłączany z rdzenia jedynie przy najwyższym stężeniu siarki”.
Korzystając z wyników tych eksperymentów, przeprowadzili ponad miliard symulacji, aby dowiedzieć się, w jaki sposób Ziemia mogła uzyskać lotne chemikalia. „Odkryliśmy, że wszystkie dowody - sygnatury izotopowe, stosunek węgla do azotu oraz ogólne ilości węgla, azotu i siarki w masowym krzemianie Ziemi - są zgodne z uderzeniem księżyca z udziałem lotnego łożyska Marsa wielkości planety z rdzeniem bogatym w siarkę - powiedział Grewal.
Implikacje tego badania dotyczą nie tylko Ziemi. Mówią nam także o tym, jak życie może powstać na innych skalistych planetach w innych układach słonecznych.
„To badanie sugeruje, że skalista, podobna do Ziemi planeta ma większe szanse na zdobycie elementów niezbędnych do życia, jeśli formuje się i rośnie od gigantycznych uderzeń z planetami, które próbkowały różne bloki konstrukcyjne, być może z różnych części dysku protoplanetarnego”, powiedział Dasgupta .
„To usuwa niektóre warunki brzegowe”, powiedział Dasgupta. „Pokazuje, że substancje lotne niezbędne do życia mogą docierać do powierzchniowych warstw planety, nawet jeśli zostały wytworzone na ciałach planetarnych, które uległy formowaniu jąder w bardzo różnych warunkach”.
Dasgupta powiedział, że nie wydaje się, aby sam masowy krzemian Ziemi mógł osiągnąć niezbędne do życia lotne budżety, które wytworzyły naszą biosferę, atmosferę i hydrosferę. „Oznacza to, że możemy poszerzyć nasze poszukiwania ścieżek, które prowadzą do zgromadzenia się lotnych pierwiastków na planecie w celu wspierania życia, jakie znamy”.
Praca zespołu jest częścią programu CLEVER Planets (Cykle życiowych istotnych składników lotnych na skalistych) planetach.
Źródła:
- Informacja prasowa: Zderzenie planetarne, które uformowało księżyc, umożliwiło życie na Ziemi
- Artykuł badawczy: Dostarczanie węgla, azotu i siarki na krzemianową Ziemię przez gigantyczne uderzenie
- Space Magazine: Cataclysmic Collision Formed the Moon, but Killed Theia
- CLEVER Planet
