Meget af jordens nitrogen var lokalt hentet

Hvor kom jordens nitrogen fra? Rice University-videnskabsmænd viser, at en urkilde til den uundværlige byggesten for livet var tæt på hjemmet.

De isotopiske signaturer af nitrogen i jernmeteoritter afslører, at Jorden sandsynligvis indsamlede sit nitrogen ikke kun fra området uden for Jupiters kredsløb, men også fra støvet i den indre protoplanetariske skive.

Nitrogen er et flygtigt grundstof, som kulstof, brint og ilt, gør livet på Jorden muligt. At kende dens kilde giver fingerpeg om ikke kun, hvordan klippeplaneter blev dannet i den indre del af vores solsystem, men også dynamikken i fjerntliggende protoplanetariske skiver.

Undersøgelsen af ​​Rice kandidatstuderende og hovedforfatter Damanveer Grewal, Rice fakultet medlem Rajdeep Dasgupta og geokemiker Bernard Marty ved University of Lorraine, Frankrig, dukker op i Natur astronomi .

Deres arbejde hjælper med at afgøre en langvarig debat om oprindelsen af ​​livsvigtige flygtige elementer i Jorden og andre stenede kroppe i solsystemet.

"Forskere har altid troet, at den indre del af solsystemet, inden for Jupiters bane, var for varmt til, at nitrogen og andre flygtige grundstoffer kunne kondensere som faste stoffer, hvilket betyder, at flygtige elementer i den indre skive var i gasfasen, " sagde Grewal.

Fordi frøene til nutidens klippeplaneter, også kendt som protoplaneter, voksede i den indre skive ved at ophobe lokalt stammende støv, han sagde, at det så ud til, at de ikke indeholdt nitrogen eller andre flygtige stoffer, nødvendiggør deres levering fra det ydre solsystem. En tidligere undersøgelse fra holdet antydede, at meget af dette flygtige-rige materiale kom til Jorden via kollisionen, der dannede månen.

Men nye beviser viser tydeligt, at kun noget af planetens nitrogen kom fra hinsides Jupiter.

I de seneste år, videnskabsmænd har analyseret ikke-flygtige grundstoffer i meteoritter, inklusive jernmeteoritter, der lejlighedsvis falder til Jorden, at vise støv i det indre og ydre solsystem havde helt forskellige isotopsammensætninger.

"Denne idé om separate reservoirer var kun blevet udviklet til ikke-flygtige grundstoffer, " sagde Grewal. "Vi ønskede at se, om dette også er sandt for flygtige elementer. Hvis så, det kan bruges til at bestemme, hvilket reservoir de flygtige stoffer i nutidens klippeplaneter kom fra."

Jernmeteoritter er rester af kernerne af protoplaneter, der blev dannet på samme tid som frøene til nutidens klippeplaneter, bliver det jokertegn, forfatterne brugte til at teste deres hypotese.

Forskerne fandt en tydelig nitrogenisotopsignatur i støvet, der badede de indre protoplaneter inden for omkring 300, 000 år efter dannelsen af ​​solsystemet. Alle jernmeteoritter fra den indre skive indeholdt en lavere koncentration af nitrogen-15 isotopen, mens dem fra den ydre skive var rige på nitrogen-15.

Dette tyder på, at inden for de første par millioner år, den protoplanetariske skive opdelt i to reservoirer, den ydre rig på nitrogen-15 isotopen og den indre rig på nitrogen-14.

"Vores arbejde ændrer fuldstændig den nuværende fortælling, " sagde Grewal. "Vi viser, at de flygtige elementer var til stede i det indre skivestøv, sandsynligvis i form af ildfaste organiske stoffer, helt fra begyndelsen. Det betyder, at i modsætning til den nuværende forståelse, frøene fra nutidens klippeplaneter - inklusive Jorden - var ikke flygtige."

Dasgupta sagde, at resultatet er vigtigt for dem, der studerer den potentielle beboelighed af exoplaneter, et emne af stor interesse for ham som hovedefterforsker af CLEVER Planets, et NASA-finansieret samarbejdsprojekt, der udforsker, hvordan livsvigtige elementer kan komme sammen på fjerne exoplaneter.

"I hvert fald for vores egen planet, vi ved nu, at hele nitrogenbudgettet ikke kun kommer fra ydre solsystemmaterialer, " sagde Dasgupta, Rice's Maurice Ewing professor i jorden, Miljø- og planetvidenskab.

"Selv om andre protoplanetariske diske ikke har den slags gigantiske planetmigrering, der resulterer i infiltration af flygtige-rige materialer fra de ydre zoner, deres indre klippeplaneter tættere på stjernen kunne stadig optage flygtige stoffer fra deres nabozoner, " han sagde.