Stikstof maakt ongeveer 78% uit van de lucht die we inademen. Maar wetenschappers hebben nooit helemaal begrepen hoe het in de atmosferen rond de aarde en andere planeten terechtkwam.

Samen met koolstof, waterstof en zwavel - andere elementen die essentieel zijn voor het leven - stikstof is een vluchtig element, wat betekent dat de moleculen bij lage temperatuur van vloeistof in gas veranderen. En vanwege de extreem hoge temperaturen die bestonden toen de planeten werden gevormd, het denken gaat, stikstof en zijn vluchtige metgezellen zouden tijdens dat proces verloren zijn gegaan.

Nieuw onderzoek door UCLA-wetenschappers kan helpen bij het oplossen van de vraag of onze atmosfeer werd gevormd door gassen die van nature door het binnenste van de aarde worden uitgestoten - door gebeurtenissen zoals vulkaanuitbarstingen, bijvoorbeeld - of werd later toegevoegd, misschien als gevolg van kometen die kort na de vorming op de aarde botsen.

De studie, door Edward Young, een professor in de aarde, planetair, en ruimtewetenschappen, en Jabrane Labidi, een UCLA postdoctoraal fellow, werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuur . Hun werk levert een sterk argument voor het tweede scenario.

"Als stikstof werd toegevoegd nadat de aarde grotendeels was gebouwd, dan zou stikstof diep in de aarde in de atmosfeer moeten zijn begonnen, worden meegesleurd door geologische en geochemische processen zoals verwering van gesteente, ' zei Jong.

Door vragen te beantwoorden over hoe onze planeet werkt en over de bronnen van de elementen die het leven ondersteunen, krijgen wetenschappers een beter begrip van hoe vaak de omstandigheden kunnen zijn die bewoonbare planeten creëren.

Om een ​​brede steekproef van vulkanische gassen te verzamelen, de twee UCLA-wetenschappers werkten samen met geochemici in Canada, Frankrijk, IJsland en Italië, naast wetenschappers van het Woods Hole Oceanographic Institute in Massachusetts en de University of New Mexico. Het team vergeleek de samenstelling van stikstofmoleculen diep in de aarde met stikstof zonder enige verontreiniging door lucht van verpletterde monsters van de oceaanbodem.

"We ontdekten dat veel stikstof dat uit de vulkanische systemen komt als stikstofmoleculen eigenlijk is samengesteld uit stikstofmoleculen uit de lucht, " zei Labidi, de eerste auteur van de krant. "In principe, lucht vervuilt de vulkanische gassen."

De studie was gebaseerd op een methode voor het analyseren van stikstof die Young en collega's in 2017 aan de UCLA ontwikkelden. De techniek stelde hen in staat om wiskundig de verontreinigende lucht uit de gassen te "verwijderen" en de ware gassamenstelling van stikstof diep in de aardmantel te bepalen. Dat bracht hen tot de conclusie dat stikstof in de mantel er hoogstwaarschijnlijk vanaf het begin van onze planeet is geweest.

Voorafgaand aan de studie, wetenschappers hadden niet kunnen onderscheiden hoeveel stikstof uit de lucht was in vulkanische emissies versus hoeveel stikstof uit de aardmantel kwam.

De aanpak zou uiteindelijk ook kunnen worden gebruikt als een manier om de activiteit van vulkanen te volgen. Omdat de samenstelling van gassen die uit vulkanische centra brullen, verandert voorafgaand aan uitbarstingen, het analyseren van de mix van mantel- en luchtstikstof zou op een dag kunnen helpen om van tevoren te bepalen wanneer een uitbarsting gaat plaatsvinden.

"Het begrijpen van de fundamenten van onze wereldoorsprong is mijn belangrijkste drijfveer, " Zei Labidi. "Een van onze doelen zal nu zijn om beter te begrijpen hoeveel stikstof door vulkanen omhoog komt of dat stikstof verder de aarde in wordt gestuurd. Dit zal uiteindelijk de oorsprong van onze atmosfeer verkleinen."