Undersøgelse kan forklare kilden til nitrogen i jordens atmosfære

Nitrogen udgør cirka 78 % af den luft, vi indånder. Men videnskabsmænd har aldrig helt forstået, hvordan det kom til at være til stede i atmosfærerne omkring Jorden og andre planeter.

Sammen med kulstof, brint og svovl - andre grundstoffer, der er essentielle for liv - nitrogen er et flygtigt grundstof, betyder, at dets molekyler omdannes fra væske til gas ved lav temperatur. Og på grund af de ekstremt høje temperaturer, der eksisterede, da planeterne blev dannet, tankerne går, nitrogen og dets flygtige ledsagere burde være gået tabt under den proces.

Ny forskning fra UCLA-forskere kan hjælpe med at løse spørgsmålet om, hvorvidt vores atmosfære blev dannet af gasser, der naturligt udsendes af Jordens indre - gennem begivenheder som vulkanudbrud, for eksempel – eller blev tilføjet senere, måske på grund af kometer, der kolliderer ind i Jorden kort efter, den er dannet.

Studiet, af Edward Young, en professor i jord, planetarisk, og rumvidenskab, og Jabrane Labidi, en UCLA postdoc, blev offentliggjort i tidsskriftet Natur . Deres arbejde giver et stærkt argument for det andet scenario.

"Hvis nitrogen blev tilsat, efter at Jorden for det meste var bygget, så skulle nitrogen dybt inde i jorden være startet i atmosfæren, blive trukket ned af geologiske og geokemiske processer som forvitring af sten, " sagde Young.

At besvare spørgsmål om, hvordan vores planet fungerer, og om kilderne til de elementer, der understøtter livet, giver forskerne en bedre forståelse af, hvor almindelige omstændighederne kan være, der skaber beboelige planeter.

For at indsamle en bred prøveudtagning af vulkanske gasser, de to UCLA-forskere samarbejdede med geokemikere i Canada, Frankrig, Island og Italien, foruden videnskabsmænd ved Woods Hole Oceanographic Institute i Massachusetts og University of New Mexico. Holdet sammenlignede sammensætningen af ​​nitrogenmolekyler dybt inde i Jorden med nitrogen uden nogen forurening fra luft fra knuste prøver af havbunden.

"Vi opdagede, at meget nitrogen, der kommer ud af de vulkanske systemer som nitrogenmolekyler, faktisk er sammensat af nitrogenmolekyler fra luft, " sagde Labidi, avisens første forfatter. "I bund og grund, luft forurener de vulkanske gasser."

Undersøgelsen byggede på en metode til at analysere nitrogen, som Young og kolleger udviklede ved UCLA i 2017. Teknikken gjorde dem i stand til matematisk at "fjerne" den forurenende luft fra gasserne og bestemme den sande gassammensætning af nitrogen dybt inde i Jordens kappe. Det fik dem til at konkludere, at nitrogen i kappen højst sandsynligt har været der fra begyndelsen af ​​vores planet.

Forud for studiet forskere havde ikke været i stand til at skelne, hvor meget kvælstof fra luften var i vulkanske emissioner versus hvor meget kvælstof, der kom fra jordens kappe.

Tilgangen kunne også i sidste ende bruges som en måde at overvåge vulkanernes aktivitet. Fordi sammensætningen af ​​gasser, der brøler fra vulkanske centre, ændres før udbrud, at analysere blandingen af ​​kappe og luftkvælstof kunne en dag hjælpe med at bestemme på forhånd, hvornår et udbrud er ved at ske.

"At forstå det grundlæggende i vores verdensoprindelse er min primære drivkraft, " sagde Labidi. "Et af vores mål nu vil være at forstå bedre, hvor meget nitrogen der kommer op gennem vulkaner, eller om nitrogen sendes længere ned i jorden. Dette vil i sidste ende indsnævre oprindelsen af ​​vores atmosfære."