Zgodnie z hipotezą mgławicy Słońce i planety powstały 4,6 miliarda lat temu z gigantycznej chmury pyłu i gazu. Zaczęło się to od formowania Słońca w centrum, a pozostały materiał tworzy dysk protoplanetarny, z którego powstały planety. Podczas gdy planety w zewnętrznym Układzie Słonecznym składały się głównie z gazów (tj. Gazowych gigantów), te bliżej Słońca powstały z minerałów krzemianowych i metali (tj. Planet ziemskich).
Pomimo dość dobrego wyobrażenia o tym, jak to wszystko się wydarzyło, pytanie o to, w jaki sposób planety Układu Słonecznego powstały i ewoluowały w ciągu miliardów lat, wciąż jest przedmiotem dyskusji. W nowym badaniu dwóch naukowców z Uniwersytetu w Heidelbergu rozważyło rolę węgla w powstawaniu Ziemi oraz w powstawaniu i ewolucji życia.
Ich badanie „Dystrybucja przestrzenna pyłu węglowego we wczesnej mgławicy słonecznej i zawartość węgla w planetyzalach” pojawiły się niedawno w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka. Badanie zostało przeprowadzone przez Hansa-Petera Gaila z Instytutu Astrofizyki Teoretycznej na Uniwersytecie w Heidelbergu oraz Mario Trieloff - z Instytutu Nauk o Ziemi w Heidelbergu i Klaus-Tschira-Laboratory for Cosmochemistry.
Ze względu na swoje badania para zastanowiła się, jaką rolę pierwiastek węgla - niezbędny do życia tutaj na Ziemi - odgrywa w formacji planetarnej. Zasadniczo naukowcy są zdania, że w najwcześniejszych dniach Układu Słonecznego - gdy był on jeszcze gigantyczną chmurą pyłu i gazu - materiały bogate w węgiel były rozprowadzane do wewnętrznego Układu Słonecznego z zewnętrznego Układu Słonecznego.
Poza „linią mrozu” - gdzie substancje lotne, takie jak woda, amoniak i metan i są zdolne do kondensacji w lodzie - powstają ciała zawierające zamrożone związki węgla. Podobnie jak w przypadku dystrybucji wody w Układzie Słonecznym, ciała te rzekomo zostały wyrzucone ze swoich orbit i wysłane w kierunku Słońca, rozprowadzając lotne materiały na planetozymale, które ostatecznie wyrosną na planety ziemskie.
Jednak gdy porównamy rodzaje meteorów, które rozprowadziły pierwotny materiał na Ziemię - aka. meteoryty chondrytowe - zauważamy pewną rozbieżność. Zasadniczo węgiel jest stosunkowo rzadki na Ziemi w porównaniu do tych starożytnych skał, których przyczyna pozostaje tajemnicą. Jak wyjaśnił prof. Trieloff, który był współautorem badania, w komunikacie prasowym Uniwersytetu w Heidelbergu:
„Na Ziemi węgiel jest stosunkowo rzadkim pierwiastkiem. Jest wzbogacony blisko powierzchni Ziemi, ale jako ułamek całej materii na Ziemi stanowi zaledwie połowę 1/1000. Jednak w prymitywnych kometach udział węgla może wynosić dziesięć procent lub więcej. ”
„Znaczna część węgla w asteroidach i kometach jest w długołańcuchowych i rozgałęzionych cząsteczkach, które odparowują tylko w bardzo wysokich temperaturach” - dodał dr Grail, główny autor badania. „W oparciu o standardowe modele, które symulują reakcje węgla w mgławicy słonecznej, skąd pochodzi słońce i planety, Ziemia i inne planety ziemskie powinny mieć do 100 razy więcej węgla”.
Aby rozwiązać ten problem, dwa badania skonstruowały model, który zakładał, że krótkotrwałe zdarzenia nagrzewania błysku - w którym Słońce ogrzało dysk protoplanetarny - były odpowiedzialne za tę rozbieżność. Zakładali również, że cała materia w wewnętrznym Układzie Słonecznym została podgrzana do temperatur między 1300 a 1800 ° C (2372 do 3272 ° F), zanim ostatecznie powstały małe planetozymale i planety ziemskie.
Dr Grail i Trieloff uważają, że dowody na to leżą w okrągłych ziarnach meteorytów, które tworzą się ze stopionych kropelek - znanych jako chondrule. W przeciwieństwie do meteorytów chondrytowych, które mogą składać się nawet z kilku procent węgla, chondrule są w dużej mierze zubożone w ten pierwiastek. Twierdzili, że było to wynikiem tych samych zdarzeń podgrzewania błysku, które miały miejsce, zanim chondrule mogły się akumulować, tworząc meteoryty. Jak wskazał dr Gail:
„Tylko gwałtowne wzrosty temperatury pochodzące z modeli tworzenia chondrule mogą wyjaśnić niską zawartość węgla na dzisiejszych planetach. Poprzednie modele nie uwzględniały tego procesu, ale najwyraźniej mamy za to podziękować za odpowiednią ilość węgla, która pozwoliła na ewolucję biosfery Ziemi, jaką znamy. ”
Krótko mówiąc, rozbieżność między ilością węgla znalezionego w materiale ze skały chondrytycznej a tą znalezioną na Ziemi można wytłumaczyć intensywnym ogrzewaniem w pierwotnym Układzie Słonecznym. Gdy Ziemia uformowała się z materiału chrondritycznego, ekstremalne ciepło spowodowało, że wyczerpała się jej naturalny węgiel. Oprócz rzucenia światła na tajemnicę astronomii, badanie to oferuje także nowy wgląd w to, jak zaczęło się życie w Układzie Słonecznym.
Zasadniczo naukowcy spekulują, że zdarzenia błyskawicznego nagrzewania w wewnętrznym Układzie Słonecznym mogły być konieczne do życia tutaj na Ziemi. Gdyby w pierwotnym materiale, który zlewał się z naszą planetą, było za dużo węgla, rezultatem mogłoby być „przedawkowanie węgla”. Dzieje się tak, ponieważ gdy węgiel ulega utlenieniu, tworzy dwutlenek węgla, główny gaz cieplarniany, który może prowadzić do niekontrolowanego ogrzewania.
To, co według naukowców planetarnych stało się z Wenus, gdzie obecność obfitego CO2 - w połączeniu ze zwiększoną ekspozycją na promieniowanie słoneczne - doprowadziła do piekielnego środowiska, które jest tam dzisiaj. Ale na Ziemi CO2 został usunięty z atmosfery w cyklu krzemianowo-węglanowym, co pozwoliło Ziemi osiągnąć zrównoważone i podtrzymujące życie środowisko.
„To, czy 100 razy więcej węgla pozwoli na skuteczne usunięcie gazu cieplarnianego, jest co najmniej wątpliwe” - powiedział dr Trieloff. „Węgla nie można już było przechowywać w węglanach, w których dziś magazynowana jest większość CO2 na Ziemi. Tyle CO2 w atmosferze spowodowałoby tak silny i nieodwracalny efekt cieplarniany, że oceany odparowałyby i zniknęły. ”
Powszechnie wiadomo, że życie na Ziemi opiera się na węglu. Jednak wiedza, że warunki we wczesnym Układzie Słonecznym zapobiegały przedawkowaniu węgla, który mógł zmienić Ziemię w drugą Wenus, jest z pewnością interesująca. Podczas gdy węgiel może być niezbędny do życia, jakie znamy, zbyt wiele może oznaczać jego śmierć. Badanie to może się również przydać, gdy chodzi o poszukiwanie życia w układach pozasłonecznych.
Podczas badania odległych gwiazd astronomowie mogli zapytać: „czy pierwotne warunki były wystarczająco gorące w układzie wewnętrznym, aby zapobiec przedawkowaniu węgla?” Odpowiedzią na to pytanie może być różnica między znalezieniem Ziemi 2.0 lub innego świata podobnego do Wenus!
