De meeste van de essentiële elementen van de aarde voor leven - inclusief de meeste koolstof en stikstof in jou - kwamen waarschijnlijk van een andere planeet.

De aarde ontving hoogstwaarschijnlijk het grootste deel van zijn koolstof, stikstof en andere levensnoodzakelijke vluchtige elementen van de planetaire botsing die de maan meer dan 4,4 miljard jaar geleden creëerde, volgens een nieuwe studie van Petrologen van Rice University in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"Van de studie van primitieve meteorieten, wetenschappers weten al lang dat de aarde en andere rotsachtige planeten in het binnenste zonnestelsel vluchtig zijn uitgeput, " zei co-auteur van de studie Rajdeep Dasgupta. "Maar de timing en het mechanisme van vluchtige levering is fel bediscussieerd. Ons scenario is het eerste scenario dat de timing en levering kan verklaren op een manier die consistent is met al het geochemische bewijs."

Het bewijs is samengesteld uit een combinatie van hoge temperatuur, hogedrukexperimenten in het laboratorium van Dasgupta, die gespecialiseerd is in het bestuderen van geochemische reacties die diep in een planeet plaatsvinden onder intense hitte en druk.

In een reeks experimenten, hoofdauteur van de studie en afgestudeerde student Damanveer Grewal verzamelde bewijs om een ​​al lang bestaande theorie te testen dat de vluchtige stoffen van de aarde arriveerden na een botsing met een embryonale planeet met een zwavelrijke kern.

Het zwavelgehalte van de kern van de donorplaneet is van belang vanwege de raadselachtige reeks experimenteel bewijs over de koolstof, stikstof en zwavel die in alle andere delen van de aarde dan de kern voorkomen.

"De kern heeft geen interactie met de rest van de aarde, maar alles daarboven, de mantel, de korst, de hydrosfeer en de atmosfeer, zijn allemaal verbonden, "Zei Grewal. "Materiële cycli tussen hen."

Een al lang bestaand idee over hoe de aarde zijn vluchtige stoffen ontving, was de 'late fineer'-theorie dat vluchtig-rijke meteorieten, overgebleven brokken oermaterie van het buitenste zonnestelsel, arriveerde nadat de kern van de aarde was gevormd. En hoewel de isotopensignaturen van de vluchtige stoffen van de aarde overeenkomen met deze oerobjecten, bekend als koolstofhoudende chondrieten, de elementaire verhouding van koolstof tot stikstof is uitgeschakeld. Het niet-kernmateriaal van de aarde, die geologen de bulk silicaat aarde noemen, heeft ongeveer 40 delen koolstof voor elk deel stikstof, ongeveer tweemaal de 20-1-verhouding die wordt gezien in koolstofhoudende chondrieten.

Grewals experimenten, die de hoge drukken en temperaturen simuleerde tijdens de vorming van de kern, testte het idee dat een zwavelrijke planetaire kern koolstof of stikstof zou kunnen uitsluiten, of allebei, waardoor veel grotere fracties van die elementen in het bulksilicaat achterblijven in vergelijking met de aarde. In een reeks tests bij een reeks van temperaturen en druk, Grewal onderzocht hoeveel koolstof en stikstof de kern bereikten in drie scenario's:geen zwavel, 10 procent zwavel en 25 procent zwavel.

"Stikstof was grotendeels onaangetast, " zei hij. "Het bleef oplosbaar in de legeringen ten opzichte van silicaten, en begon pas uit de kern te worden uitgesloten onder de hoogste zwavelconcentratie."

Koolstof, daarentegen, was aanzienlijk minder oplosbaar in legeringen met gemiddelde zwavelconcentraties, en zwavelrijke legeringen namen ongeveer 10 keer minder koolstof in gewicht op dan zwavelvrije legeringen.

Met behulp van deze informatie, samen met de bekende verhoudingen en concentraties van elementen zowel op aarde als in niet-terrestrische lichamen, Dasgupta, Grewal en Rice postdoctoraal onderzoeker Chenguang Sun ontwierp een computersimulatie om het meest waarschijnlijke scenario te vinden dat de vluchtige stoffen van de aarde produceerde. Het vinden van het antwoord omvatte het variëren van de startvoorwaarden, ongeveer 1 miljard scenario's uitvoeren en deze vergelijken met de bekende omstandigheden in het zonnestelsel van vandaag.

"Wat we hebben gevonden is dat al het bewijs - isotopische handtekeningen, de koolstof-stikstofverhouding en de totale hoeveelheden koolstof, stikstof en zwavel in het bulksilicaat van de aarde - komen overeen met een maanvormende impact met een vluchtig dragend, planeet ter grootte van Mars met een zwavelrijke kern, ' zei Grewal.

Dasgupta, de hoofdonderzoeker van een door NASA gefinancierd project genaamd CLEVER Planets, dat onderzoekt hoe levensessentiële elementen samen kunnen komen op verre rotsachtige planeten, zei dat een beter begrip van de oorsprong van de levensessentiële elementen van de aarde implicaties heeft buiten ons zonnestelsel.

"Deze studie suggereert dat een rotsachtig, Aardachtige planeet krijgt meer kansen om levensessentiële elementen te verwerven als ze zich vormt en groeit door gigantische inslagen met planeten die verschillende bouwstenen hebben bemonsterd, misschien uit verschillende delen van een protoplanetaire schijf, ' zei Dasgupta.

"Dit verwijdert een aantal randvoorwaarden, " zei hij. "Het laat zien dat levensnoodzakelijke vluchtige stoffen de oppervlaktelagen van een planeet kunnen bereiken, zelfs als ze werden geproduceerd op planetaire lichamen die onder zeer verschillende omstandigheden kernvorming ondergingen."

Dasgupta zei dat het er niet op lijkt dat het bulksilicaat van de aarde, op zichzelf, de levensnoodzakelijke volatiele budgetten hadden kunnen bereiken die onze biosfeer hebben voortgebracht, atmosfeer en hydrosfeer.

"Dat betekent dat we onze zoektocht naar paden die ertoe leiden dat vluchtige elementen op een planeet samenkomen om het leven zoals wij dat kennen te ondersteunen, kunnen verbreden."