Życie na Ziemi istnienie dzięki zderzeniu dwóch planet?

| Nauki przyrodnicze
Rice University

To kolizja, w wyniku której powstał Księżyc, dostarczyła na Ziemię składniki niezbędne do powstania życia, uważają naukowcy z Rice University. Ponad 4,4 miliarda lat temu Ziemia zderzyła się z inną planetą, a skutkiem tej kolizji było powstanie Księżyca. Amerykańscy uczeni twierdzą, że nie był to jej jedyny efekt. Ich zdaniem podczas zderzenia nasza planeta zyskała większość obecnego na niej węgla i azotu.

Z badań nad prymitywnymi meteorytami wiemy, że Ziemia i inne wewnętrzne planety Układu Słonecznego są ubogie w lotne pierwiastki. Czas i sposób ich pojawienia się na Ziemi jest przedmiotem debaty naukowej. Nasza teoria jest pierwszą, która wyjaśnia, zgodnie ze wszystkimi dowodami geochemicznymi, czas i sposób pojawienia się tych pierwiastków na naszej planecie, mówi współautor badań Rajdeep Dasgupta.

Prowadzone przez Dasguptę laboratorium specjalizuje się w badaniu reakcji geochemicznych zachodzących w głębi planety w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia. Podczas serii eksperymentów Dasgupta i jego student Damanveer Grewal postanowili przetestować hipotezę, że lotne związki chemiczne trafiły na Ziemię wskutek zderzenia z protoplanetą, której jądro było bogate w siarkę. Zawartość siarki jest tutaj istotna, gdyż dysponujemy licznymi dowodami eksperymentalnymi wskazującymi, że węgiel, siarka i azot są obecne w każdej części Ziemi, z wyjątkiem jej jądra. Jądro nie wchodzi w interakcje z resztą Ziemi, ale wszystko ponad nim, płaszcz, skorupa, hydrosfera i atmosfera są ze sobą połączone i wymieniają się materiałem, mówi Grewal.

Od dawna istnieje teoria mówiąca, że Ziemia zyskała lotne pierwiastki z bogatych w nie meteorytów, które bombardowały planetę już po uformowaniu się jądra. Co prawda sygnatury izotopowe tych pierwiastków są zgodne z sygnaturami izotopowymi pierwiastków znajdowanych obecnie na prymitywnych meteorytach zwanych chondrytami węglowymi, to stosunek węgla do azotu jest różny. Na Ziemi wynosi on około 40:1, tymczasem w chondrytach węglowych jest to 20:1.

Podczas swoich eksperymentów, w czasie których symulowano ciśnienie i temperatury podczas formowania się jądra ziemi, Grewal i jego zespół testowali hipotezę, zgodnie z którą mamy bogate w siarkę jądro, ale brakuje w nim azotu i węgla, przez co poza jądrem stosunek tych pierwiastków jest inny niż powinien. Podczas serii testów z uwzględnieniem różnych temperatur i ciśnienia Grewal obliczał, jak dużo węgla i azotu może dostać się do jądra przy trzech różnych scenariuszach: gdy nie ma w nim siarki, gdy jest 10% siarki i gdy siarka stanowi 25% jądra.

Na azot niemal nie miało to wpływu. Pozostawał on rozpuszczalny w stopach powiązanych z krzemianami. Jedynie przy założeniu najwyższej koncentracji siarki obserwowaliśmy, że rozpoczynało się jego usuwanie z jądra. Węgiel zaś zachowywał się zupełnie inaczej. Znacznie gorzej rozpuszczał się w stopach z obecnością siarki i było go w nich około 10-krotnie mniej pod względem wagowym niż w stopach bez siarki.

Po uzyskaniu takich wyników naukowcy, znając koncentrację i stosunek pierwiastków zarówno na Ziemi jak i na meteorytach, stworzyli symulację komputerową, której celem było opracowanie najbardziej prawdopodobnego scenariusza, wedle którego mamy na Ziemi takie a nie inny rozkład lotnych pierwiastków. Uzyskanie odpowiedzi wymagało sprawdzenia około miliarda(!) różnych scenariuszy i porównania uzyskanych w każdym z nich wyników z warunkami, jakie obecnie panują w Układzie Słonecznym.

Okazało się, że wszystkie dostępne dowody – sygnatury izotopów, stosunek węgla do azotu oraz całkowita ilość węgla, azotu i siarki na Ziemi z wyjątkiem jej jądra – wskazują na to, że pierwiastki te trafiły na naszą planetę wskutek kolizji z planetą wielkości Marsa o bogatym w siarkę jądrze, w wyniku której powstał Księżyc, mówi Grewal.

Nasze badania sugerują, że skaliste podobne do Ziemi planety mają większą szansę na nabycie pierwiastków niezbędnych do powstania życia, jeśli doszło tam do zderzenia z inną planetą zbudowaną z innych pierwiastków, prawdopodobnie pochodzącą z innej części dysku protoplanetarnego, mówi Dasgupta, który jest też głównym badaczem w finansowanym przez NASA programie CLEVER Planets. Celem tego programu jest badanie, jak niezbędne do życia pierwiastki mogły trafić na Ziemię i inne skaliste planety.

Zdaniem Dasgupty jest mało prawdopodobne, by Ziemia zyskała wspomniane pierwiastki samodzielnie, w czasie swojego formowania się. To zaś oznacza, że możemy rozszerzyć obszar poszukiwań sposobu, w jaki pierwiastki lotne trafiają na jedną planetę i tworzą życie w znanej nam formie, dodaje Dasgupta.

Autor:

Źródło: http://www.rice.edu

Ziemia życie pierwiastek Księżyc węgiel azot siarka