Hvorfor er der forskellige varianter af jern omkring solsystemet?

Nyt arbejde fra Carnegies Stephen Elardo og Anat Shahar viser, at interaktioner mellem jern og nikkel under det ekstreme pres og temperaturer, der ligner et planetarisk interiør, kan hjælpe forskere med at forstå perioden i vores solsystems ungdom, hvor planeter dannede sig og deres kerner blev skabt. Deres resultater offentliggøres af Naturgeovidenskab .

Jorden og andre stenede planeter dannede sig som sagen omkring vores unge sol langsomt tiltrådte. På et tidspunkt i Jordens tidligste år, dens kerne dannet gennem en proces kaldet differentiering - når de tættere materialer, som jern, sænket indad mod midten. Dette dannede den lagdelte sammensætning, som planeten har i dag, med en jernkerne og en silikat øvre kappe og skorpe.

Forskere kan ikke tage prøver af planternes kerner. Men de kan studere jernkemi for at hjælpe med at forstå forskellene mellem Jordens differentieringshændelse og hvordan processen sandsynligvis fungerede på andre planeter og asteroider.

En nøgle til at undersøge Jordens differentieringsperiode er at studere variationer i jernisotoper i prøver af gamle sten og mineraler fra Jorden, såvel som fra månen, og andre planeter eller planetariske legemer.

Hvert element indeholder et unikt og fast antal protoner, men antallet af neutroner i et atom kan variere. Hver variation er en anden isotop. Som et resultat af denne forskel i neutroner, isotoper har lidt forskellige masser. Disse små forskelle betyder, at nogle isotoper foretrækkes af visse reaktioner, hvilket resulterer i en ubalance i forholdet mellem hver isotop, der er inkorporeret i slutprodukterne af disse reaktioner.

Et enestående mysterium på denne front har været den betydelige variation mellem jernisotopforhold, der findes i prøver af hærdet lava, der brød ud fra Jordens øvre kappe og prøver fra primitive meteoritter, asteroider, månen, og Mars. Andre forskere havde antydet, at disse variationer var forårsaget af den månedannende kæmpe påvirkning eller af kemiske variationer i soltågen.

Elardo og Shahar var i stand til at bruge laboratorieværktøjer til at efterligne de forhold, der findes dybt inde i jorden og andre planeter for at afgøre, hvorfor isotopforhold i jern kan variere under forskellige planetariske dannelsesforhold.

De fandt ud af, at nikkel er nøglen til at låse mysteriet op.

Under de betingelser, hvor Månen, Mars, og asteroiden Vestas kerner blev dannet, præferenceinteraktioner med nikkel bevarer høje koncentrationer af lettere jernisotoper i kappen. Imidlertid, under de varmere og højere trykforhold, der forventes under Jordens kernedannelsesproces, denne nikkeleffekt forsvinder, som kan hjælpe med at forklare forskellene mellem lavaer fra Jorden og andre planetariske kroppe, og ligheden mellem Jordens kappe og primitive meteoritter.

"Der er stadig meget at lære om planternes geokemiske udvikling, "Elardo sagde." Men laboratorieforsøg giver os mulighed for at undersøge dybder, vi ikke kan nå og forstå, hvordan planetariske interiører dannede og ændrede sig gennem tiden. "