We zijn gemaakt van sterrenstof, het gezegde gaat, en een paar studies, waaronder onderzoek van de Universiteit van Michigan, vinden dat dit misschien meer waar is dan we eerder dachten.

De eerste studie, geleid door U-M-onderzoeker Jie (Jackie) Li en gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , constateert dat het grootste deel van de koolstof op aarde waarschijnlijk afkomstig is uit het interstellaire medium, het materiaal dat in de ruimte tussen sterren in een melkwegstelsel bestaat. Dit gebeurde waarschijnlijk lang na de protoplanetaire schijf, de wolk van stof en gas die om onze jonge zon cirkelde en de bouwstenen van de planeten bevatte, gevormd en opgewarmd.

Koolstof werd waarschijnlijk ook binnen een miljoen jaar na de geboorte van de zon vastgelegd in vaste stoffen - wat betekent dat koolstof, de ruggengraat van het leven op aarde, overleefde een interstellaire reis naar onze planeet.

Eerder, onderzoekers dachten dat koolstof in de aarde afkomstig was van moleculen die aanvankelijk aanwezig waren in nevelig gas, die vervolgens aangroeide tot een rotsachtige planeet toen de gassen koel genoeg waren om de moleculen te laten precipiteren. Li en haar team, waaronder U-M-astronoom Edwin Bergin, Geoffrey Blake van het California Institute of Technology, Fred Ciesla van de Universiteit van Chicago en Marc Hirschmann van de Universiteit van Minnesota, wijzen er in deze studie op dat de gasmoleculen die koolstof bevatten niet beschikbaar zouden zijn om de aarde te bouwen, omdat zodra koolstof verdampt, het condenseert niet terug tot een vaste stof.

"Het condensatiemodel wordt al tientallen jaren op grote schaal gebruikt. Het gaat ervan uit dat tijdens de vorming van de zon, alle elementen van de planeet zijn verdampt, en terwijl de schijf afkoelde, sommige van deze gassen condenseerden en leverden chemische ingrediënten aan vaste lichamen. Maar dat werkt niet voor koolstof, " zei Li, een professor in de U-M afdeling Aard- en Milieuwetenschappen.

Veel koolstof werd aan de schijf afgeleverd in de vorm van organische moleculen. Echter, wanneer koolstof verdampt, het produceert veel vluchtigere soorten die zeer lage temperaturen nodig hebben om vaste stoffen te vormen. Belangrijker, koolstof condenseert niet weer terug in een organische vorm. Daarom, Li en haar team concludeerden dat het grootste deel van de koolstof op aarde waarschijnlijk rechtstreeks van het interstellaire medium is geërfd, verdamping volledig vermijden.

Om beter te begrijpen hoe de aarde aan koolstof kwam, Li schatte de maximale hoeveelheid koolstof die de aarde zou kunnen bevatten. Om dit te doen, ze vergeleek hoe snel een seismische golf door de kern gaat met de bekende geluidssnelheden van de kern. Dit vertelde de onderzoekers dat koolstof waarschijnlijk minder dan een half procent van de massa van de aarde uitmaakt. Inzicht in de bovengrenzen van hoeveel koolstof de aarde zou kunnen bevatten, vertelt de onderzoekers informatie over wanneer de koolstof hier zou kunnen zijn afgeleverd.

"We stelden een andere vraag:we vroegen hoeveel koolstof je in de kern van de aarde zou kunnen stoppen en toch consistent zijn met alle beperkingen, "Bergin zei, hoogleraar en voorzitter van de afdeling Sterrenkunde van de UM. "Er is hier onzekerheid. Laten we de onzekerheid omarmen om te vragen wat de echte bovengrenzen zijn voor hoeveel koolstof erg diep in de aarde zit, en dat zal ons het ware landschap vertellen waarin we ons bevinden."

De koolstof van een planeet moet in de juiste verhouding aanwezig zijn om het leven zoals wij dat kennen te ondersteunen. Te veel koolstof, en de atmosfeer van de aarde zou zijn als Venus, het vasthouden van warmte van de zon en het handhaven van een temperatuur van ongeveer 880 graden Fahrenheit. te weinig koolstof, en de aarde zou lijken op Mars:een onherbergzame plek die geen leven op waterbasis kan ondersteunen, met temperaturen rond de min 60.

In een tweede onderzoek door dezelfde groep auteurs, maar geleid door Hirschmann van de Universiteit van Minnesota, keken de onderzoekers hoe koolstof wordt verwerkt wanneer de kleine voorlopers van planeten, bekend als planetesimalen, behouden koolstof tijdens hun vroege vorming. Door de metalen kernen van deze lichamen te onderzoeken, nu bewaard als ijzermeteorieten, ze ontdekten dat tijdens deze belangrijke stap van planetaire oorsprong, veel van de koolstof moet verloren gaan als de planetesimalen smelten, kernen vormen en gas verliezen. Dit zet eerdere gedachten op zijn kop, zegt Hirschmann.

"De meeste modellen hebben koolstof en andere levensessentiële materialen zoals water en stikstof die van de nevel naar primitieve rotsachtige lichamen gaan, en deze worden vervolgens afgeleverd aan groeiende planeten zoals de aarde of Mars, " zei Hirschmann, hoogleraar aard- en milieuwetenschappen. "Maar dit slaat een belangrijke stap over, waarin de planetesimalen veel van hun koolstof verliezen voordat ze aangroeien op de planeten."

De studie van Hirschmann is onlangs gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences .

"De planeet heeft koolstof nodig om het klimaat te reguleren en leven mogelijk te maken, maar het is een heel delicaat ding, "zei Bergin. "Je wilt niet te weinig hebben, maar je wilt niet te veel hebben."

Bergin zegt dat de twee onderzoeken beide twee verschillende aspecten van koolstofverlies beschrijven - en suggereren dat koolstofverlies een centraal aspect lijkt te zijn bij het construeren van de aarde als een bewoonbare planeet.

"Beantwoorden of er elders aardachtige planeten bestaan, kan alleen worden bereikt door te werken op het snijvlak van disciplines als astronomie en geochemie, " zei Ciesla, een U. of C. hoogleraar geofysische wetenschappen. "Hoewel de benaderingen en de specifieke vragen die onderzoekers proberen te beantwoorden, per vakgebied verschillen, het opbouwen van een samenhangend verhaal vereist het identificeren van onderwerpen van wederzijds belang en het vinden van manieren om de intellectuele kloof daartussen te overbruggen. Dat is een uitdaging, maar de inspanning is zowel stimulerend als belonend."

Blake, een co-auteur van beide studies en een Caltech-professor in kosmochemie en planetaire wetenschap, en van chemie, zegt dat dit soort interdisciplinair werk van cruciaal belang is.

"Alleen al over de geschiedenis van onze melkweg, rotsachtige planeten zoals de aarde of iets groter zijn honderden miljoenen keren verzameld rond sterren zoals de zon, " zei hij. "Kunnen we dit werk uitbreiden om koolstofverlies in planetaire systemen breder te onderzoeken? Voor dergelijk onderzoek is een diverse gemeenschap van wetenschappers nodig."