Antoiko Marsin kokoinen elin maapallolle elämälle välttämättömiä elementtejä?

Törmäys Marsin kokoisen ruumiin kanssa - sama ruumis, jonka ajateltiin muodostuvan Kuuksi - saattoi myös tuoda maapallolle elämää tukevia haihtuvia elementtejä.

Marsin kokoinen esine on saattanut törmätä Maan kanssa jo kauan sitten toimittaen haihtuvia elementtejä, jotka ovat välttämättömiä elämälle.
Don Davis / Uusi aurinkokunta

Tutkijat ovat jo kauan olleet hypoteesissa maapallon haihtuvien aineiden alkuperästä. Nämä alhaisen kiehumispisteen elementit, kuten hiili, typpi ja rikki, ovat välttämättömiä elämälle, mutta niitä ei ollut läsnä maapallon alussa. Nyt Rice Universityn tutkijat ehdottavat, että haihtuvat aineet olisivat voineet saapua yhdellä törmäyksellä Marsin kokoisen planeettaobjektin kanssa - sama tapahtuma, joka loi Kuun. Heidän havaintonsa julkaistaan Science Advancesin tammikuun 23. numerossa.

Ydin vs. kuori

Kun Maa alkoi muodostua noin 4, 5 miljardia vuotta sitten, se keräsi kaasua, pölyä ja roskia ympäristöstä sulaan keittoon. Mahdolliset haihtuvat aineet olisivat kiehuneet tästä kuumasta, varhaisesta seoksesta. Siitä huolimatta elämän olemassaolo viittaa siihen, että jokin toimitti haihtuvia myöhemmin.

Tutkijat ovat jo pitkään ehdottaneet, että turmeltumattomat hiilipitoiset chritriitit - haihtuvien aineiden rikkaat meteoriitit - lensivat aurinkokunnan ulkopuolelta ja törmäsivät Maan kanssa planeettamme myöhäisissä vaiheissa. Tämän selityksen ongelma, sanoo paperin johtava kirjailija, asteen opiskelija Damanveer Grewal, on, että hiili-typpisuhde hiilipitoisissa chritriiteissä on 20: 1. Mutta suurimmassa osassa maapallon silikaatteja (sen vaipan, kuoren, valtamerten ja ilmakehän yhdistelmässä) on kahdesti enemmän hiiltä kuin typessä, mikä johtaa tutkijoiden ajattelemaan, että jokin muu toimitti haihtuvia aineita.

Aluksi ryhmä ryhtyi luomaan alkuperäisen planeettakappaleen korkean lämpötilan ja korkean paineen olosuhteet laboratoriossa. He lisäsivät haihtuvia aineita seokseen silikaatteja - edustaen kehon kuorta ja vaippaa - ja rauta-nikkeliseoksesta, joka edustaa kehon ydintä. Sitten tutkijat tarkkailivat, kuinka haihtuvat aineet kehittyivät, kun metallilejeerinki erottui silikaateista.

Tutkijat kiinnittivät erityistä huomiota hiilen käyttäytymiseen: jos se vedetään metallilejeerinkiin, niin se johtaisi matalaan hiili-typpisuhteeseen silikaateissa. Jos kuitenkin hiili vedetään silikaatteihin, niillä olisi korkeampi hiili-typpisuhde.

Kokeessa hiilen käyttäytyminen riippui rikin määrästä järjestelmässä, selittää avustaja Rajdeep Dasgupta. Koska rikkiä ei ollut läsnä, suurin osa hiilestä vedettiin metallilejeeringiin, mutta jos järjestelmä sisälsi 25% rikkiä, suurin osa hiilestä leijui silikaattipitoiseen osaan, mikä antoi sille korkean hiili-typpisuhteen, joka löytyy maan vaipasta.

Haihtuvia Theiasta

Näiden tulosten ollessa kädessä ryhmä oli valmis suorittamaan simulaatioita nähdäkseen, millainen ruumis oli tuonut haihtuvia maapallolle. Coauthor Chenguang Sun kertoo, että joukkue suoritti noin miljardin skenaarion erikokoisilla ja koostumuksellisilla iskulaitteilla etsien sellaisia, jotka selittäisivät nykypäivän hiili-, typpi- ja rikkipitoisuudet. Todennäköisin syyllinen? Marsin kokoinen planeettakappale - aivan kuten Kuun muodostumisskenaarioissa ennustetaan.

Simulaatioissa tämä skenaario toimii, jos haihtuvien rikas elin törmäisi maan kanssa, kun planeetallamme oli noin 90% nykyisestä massasta, Grewal sanoo. Maa olisi absorboinut pienen planeetan iskiessaan - kehon ydin olisi sulautunut maan ytimeen, mikä olisi antanut maapallon keskukselle lisää rikkipitoisuutta. Samaan aikaan kaksi vaippaa olisivat myös sulaneet. Sulautuma olisi laimensi- nut hiilen ja typen kokonaismäärää, mutta hiili-typpi-suhde olisi pysynyt samana. Seurauksena on, että maa olisi saanut loput massastaan ​​ja haihtuvista osista, joita elämä tarvitsee. Grewal huomauttaa, että tällaisen iskun simulaatiot antavat hiilen ja typen suhteen 40: 1, mikä näkyy maan silikaattipohjaisessa kuoressa ja vaipassa.

Kaavio, joka kuvaa Marsin kokoisen planeetan muodostumista ( vasen ) ja sen erilaistumista kappaleeksi, jossa on metalliydin ja päällä oleva silikaattisäiliö. Rikkirikas ydin poistaa hiiltä tuottaen silikaattia, jolla on korkea hiili-typpisuhde. Tällaisen planeetan kuunmuodostava törmäys kasvavan maan kanssa ( oikealla ) voi selittää maapallon elämälle välttämättömien elementtien, kuten hiilen, typen ja rikin, runsauden.
Rajdeep Dasgupta

Mutta kaikki eivät ole yhtä mieltä siitä, että maapallon haihtuvien aineiden alkuperä on selvitetty. "Idea toimii paremmin hiilen, typen ja rikin suhteen kuin H20: lla, jonka alkuperä on todennäköisesti monimutkaisempi", varoittaa Marc Hirschmann (Minnesotan yliopisto), joka ei ollut mukana tutkimuksessa. Hän lisää, että haihtuvia aineita ei ehkä ole toimitettu yhdessä tapahtumassa: "Maapallolla oli paljon muita mahdollisuuksia saada joitain sen haihtuvista osista sekä aikaisemmin että myöhemmin."