Planetkollision, der dannede månen, gjorde livet muligt på Jorden

De fleste af Jordens vigtigste elementer for livet - herunder det meste af kulstof og nitrogen i dig - kom sandsynligvis fra en anden planet.

Jorden har sandsynligvis modtaget størstedelen af ​​sit kulstof, nitrogen og andre livsvigtige flygtige elementer fra planetkollisionen, der skabte månen for mere end 4,4 milliarder år siden, ifølge en ny undersøgelse foretaget af Rice University petrologer i tidsskriftet Videnskab fremskridt .

"Fra studiet af primitive meteoritter, forskere har længe vidst, at Jorden og andre stenede planeter i det indre solsystem er flygtigt udtømte, "sagde studieforfatter Rajdeep Dasgupta." Men timingen og mekanismen for flygtig levering har været hårdt diskuteret. Vores er det første scenario, der kan forklare timing og levering på en måde, der er i overensstemmelse med alle de geokemiske beviser. "

Beviserne blev samlet fra en kombination af høj temperatur, højtryksforsøg i Dasguptas laboratorium, som har specialiseret sig i at studere geokemiske reaktioner, der finder sted dybt inde i en planet under intens varme og tryk.

I en række forsøg, undersøgelse hovedforfatter og kandidatstuderende Damanveer Grewal indsamlede beviser for at teste en mangeårig teori om, at Jordens flygtige stoffer ankom fra en kollision med en embryonisk planet, der havde en svovlrig kerne.

Svovlindholdet i donorplanets kernespørgsmål på grund af det forvirrende udvalg af eksperimentelle beviser om kulstoffet, nitrogen og svovl, der findes i alle andre dele af Jorden end kernen.

"Kernen interagerer ikke med resten af ​​Jorden, men alt over det, kappen, skorpen, hydrosfæren og atmosfæren, er alle forbundet, "Sagde Grewal." Materialecyklusser mellem dem. "

En mangeårig idé om, hvordan Jorden modtog sine flygtige stoffer, var "senfiner" -teorien om, at flygtige meteoritter, rester af klumper af urstof fra det ydre solsystem, ankom efter Jordens kerne blev dannet. Og mens de isotopiske signaturer af Jordens flygtige stoffer matcher disse oprindelige objekter, kendt som kulstofholdige chondritter, elementforholdet mellem kulstof og nitrogen er slukket. Jordens ikke-kernemateriale, som geologer kalder bulksilikatet for jorden, har omkring 40 dele kulstof til hver del nitrogen, cirka det dobbelte af forholdet 20-1 set i kulstofholdige chondritter.

Grewals eksperimenter, som simulerede de høje tryk og temperaturer under kernedannelse, testet tanken om, at en svovlrig planetær kerne kan udelukke kulstof eller nitrogen, eller begge, efterlader meget større fraktioner af disse elementer i bulk silikatet i forhold til Jorden. I en række tests ved en række temperaturer og tryk, Grewal undersøgte, hvor meget kulstof og nitrogen der kom ind i kernen i tre scenarier:intet svovl, 10 procent svovl og 25 procent svovl.

"Kvælstof var stort set upåvirket, "sagde han." Det forblev opløseligt i legeringerne i forhold til silikater, og begyndte kun at blive udelukket fra kernen under den højeste svovlkoncentration. "

Kulstof, derimod, var betydeligt mindre opløseligt i legeringer med mellemliggende svovlkoncentrationer, og svovlrige legeringer optog cirka 10 gange mindre kulstofprocent end svovlfrie legeringer.

Ved hjælp af disse oplysninger, sammen med de kendte forhold og koncentrationer af grundstoffer både på Jorden og i ikke-terrestriske legemer, Dasgupta, Grewal og Rice postdoktorforsker Chenguang Sun designede en computersimulering for at finde det mest sandsynlige scenario, der producerede Jordens flygtige stoffer. At finde svaret involverede at variere startbetingelserne, kører cirka 1 milliard scenarier og sammenligner dem med de kendte forhold i solsystemet i dag.

"Det, vi fandt, er, at alle beviser - isotopiske signaturer, kulstof-nitrogen-forholdet og de samlede mængder kulstof, nitrogen og svovl i bulk silikatjorden-er i overensstemmelse med en månedannende påvirkning, der involverer et flygtigt bærende, Mars-størrelse planet med en svovlrig kerne, "Sagde Grewal.

Dasgupta, hovedforsker på en NASA-finansieret indsats kaldet CLEVER Planets, der undersøger, hvordan livsvigtige elementer kan komme sammen på fjerne stenede planeter, sagde bedre forståelse af oprindelsen af ​​Jordens livsvigtige elementer har konsekvenser ud over vores solsystem.

"Denne undersøgelse tyder på, at en stenet, Jordlignende planet får flere chancer for at erhverve livsvigtige elementer, hvis den dannes og vokser fra kæmpe påvirkninger med planeter, der har prøvet forskellige byggesten, måske fra forskellige dele af en protoplanetarisk disk, "Sagde Dasgupta.

"Dette fjerner nogle randbetingelser, "sagde han." Det viser, at livsvigtige flygtige stoffer kan nå frem til overfladelagene på en planet, selvom de blev produceret på planetariske kroppe, der undergik kernedannelse under meget forskellige forhold. "

Dasgupta sagde, at det ikke ser ud til, at Jordens bulk silikat, på egen hånd, kunne have nået de livsvigtige flygtige budgetter, der producerede vores biosfære, atmosfære og hydrosfære.

"Det betyder, at vi kan udvide vores søgen efter veje, der fører til, at flygtige elementer kommer sammen på en planet for at understøtte livet, som vi kender det."