Die Planetenkollision, die den Mond hervorgebracht hat, hat möglicherweise auch das Leben auf der Erde ermöglicht

Die meisten wesentlichen Elemente der Erde, einschließlich des Kohlenstoffs und des Stickstoffs, aus denen unser Körper besteht, könnten von einem anderen Planeten stammen und auf gewalttätigste und dramatischste Weise angekommen sein.

Die Studie der Petrologen der Rice University, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, legt nahe, dass der Großteil der lebenswichtigen flüchtigen Elemente vor 4,4 Milliarden Jahren bei dem Einschlag auf die Erde ausgesät wurde, durch den der Mond entstand.

Einer der Koautoren der Studie, Rajdeep Dasgupta, der Hauptforscher einer von der NASA finanzierten Aktion namens CLEVER Planets, sagt: „Aus der Untersuchung primitiver Meteoriten wissen Wissenschaftler seit langem, dass die Erde und andere felsige Planeten im inneren Sonnensystem flüchtig sind. erschöpft.

„Das Timing und der Mechanismus der volatilen Zustellung wurden jedoch heftig diskutiert. Unser Szenario ist das erste, das den Zeitpunkt und die Lieferung auf eine Weise erklären kann, die mit allen geochemischen Belegen übereinstimmt. “

Eine Theorie über die Entstehung des Mondes legt nahe, dass dies durch Material geschehen ist, das nach einer Planetenkollision von der Erde geworfen wurde. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass die Auswirkungen möglicherweise auch die Erde mit den notwendigen Elementen für das Leben besiedelt haben (National Geographic).

CLEVER-Planeten erforschen, wie lebenswichtige Elemente auf fernen felsigen Planeten zusammenkommen können, um den Ursprung der lebenswichtigen Elemente der Erde und die Auswirkungen jenseits unseres Sonnensystems besser zu verstehen.

Dasgupta fährt fort: „Diese Studie legt nahe, dass ein felsiger, erdähnlicher Planet mehr Chancen hat, lebenswichtige Elemente zu erwerben, wenn er sich aus riesigen Einschlägen mit Planeten zusammensetzt, die verschiedene Bausteine, möglicherweise aus verschiedenen Teilen einer protoplanetaren Scheibe, abgetastet haben.

„Dadurch werden einige Randbedingungen beseitigt. Es zeigt, dass lebenswichtige flüchtige Stoffe an die Oberflächenschichten eines Planeten gelangen können, selbst wenn sie auf Planetenkörpern erzeugt wurden, die unter sehr unterschiedlichen Bedingungen eine Kernbildung durchlaufen haben. “

Laut Dasgupta hätte das Schüttgutsilikat der Erde allein nicht die lebensnotwendigen volatilen Budgets erreichen können, die unsere Biosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre hervorgebracht haben.

"Das bedeutet, dass wir unsere Suche nach Wegen, die dazu führen, dass flüchtige Elemente auf einem Planeten zusammenkommen, erweitern können, um das Leben, wie wir es kennen, zu unterstützen."

Unter Druck: Beweise sammeln und Modelle bauen

Das Team sammelte ihre Beweise, indem es Hochdruck- und Hochtemperaturexperimente in einem geophysikalischen Labor durchführte, das sich auf die Untersuchung geothermischer Reaktionen tief unter der Erdoberfläche spezialisiert hat.

Die Experimente ermöglichten es Hauptautor Damanveer Grewal, Beweise zu sammeln, um eine langjährige Theorie zu testen, dass die flüchtigen Bestandteile der Erde von einer Kollision mit einem embryonalen Planeten mit einem schwefelreichen Kern stammen. Der Schwefelgehalt des Kerns des Geberplaneten spielt eine Rolle, da es viele rätselhafte experimentelle Belege für Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel gibt, die in allen Teilen der Erde außer dem Kern vorhanden sind.

Schematische Darstellung der Entstehung eines marsgroßen Planeten (links) und seiner Differenzierung in einen Körper mit einem metallischen Kern und einem darüberliegenden Silikatreservoir. Der schwefelreiche Kern stößt Kohlenstoff aus und erzeugt ein Silikat mit einem hohen Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis. Die mondbildende Kollision eines solchen Planeten mit der wachsenden Erde (rechts) kann den Reichtum der Erde an Wasser und wichtigen lebenswichtigen Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel sowie die geochemische Ähnlichkeit zwischen Erde und Mond (Rajdeep Dasgupta) erklären )

Grewal, ein Doktorand, sagt: „Der Kern interagiert nicht mit dem Rest der Erde, sondern alles darüber, der Mantel, die Kruste, die Hydrosphäre und die Atmosphäre, sind alle miteinander verbunden. Stoffkreisläufe zwischen ihnen. “

Aufheizen: Mit bestehenden Modellen konkurrieren

Eine langjährige Vorstellung davon, wie die Erde ihre flüchtigen Bestandteile erhalten hat, war die "Spätfurnier" -Theorie, wonach flüchtige Meteoriten, übrig gebliebene Stücke von Urmaterie aus dem äußeren Sonnensystem, nach der Bildung des Erdkerns eintrafen. Und während die Isotopensignaturen der flüchtigen Stoffe der Erde mit diesen ursprünglichen Objekten, den kohlenstoffhaltigen Chondriten, übereinstimmen, ist das elementare Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff ausgeschaltet. Das Nichtkernmaterial der Erde, das von Geologen als Schüttgutsilikat-Erde bezeichnet wird, enthält ungefähr 40 Teile Kohlenstoff pro Teil Stickstoff, ungefähr das Doppelte des Verhältnisses von 20 zu 1, das in kohlenstoffhaltigen Chondriten zu finden ist.

Eine Studie der Wissenschaftler der Rice University (von links), Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta und Kyusei Tsuno, ergab, dass die Erde höchstwahrscheinlich den größten Teil ihres Kohlenstoffs, Stickstoffs und anderer lebenswichtiger Elemente von der Planetenkollision erhielt, die den Mond verursachte vor mehr als 4,4 Milliarden Jahren. Die Ergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Science Advances. (Jeff Fitlow / Rice University)

Das Team testete die Idee, dass ein schwefelreicher Planetenkern Kohlenstoff oder Stickstoff oder beides ausschließen könnte, wodurch viel größere Anteile dieser Elemente im Schüttgutsilikat verbleiben als auf der Erde. Die Experimentatoren erstellten Modelle, die untersuchten, wie viel Kohlenstoff und Stickstoff in drei Szenarien in den Kern gelangten: kein Schwefel, 10% Schwefel und 25% Schwefel.

Zu den Ergebnissen führt Grewal aus: „Stickstoff war weitgehend unbeeinflusst. Es blieb in den Legierungen im Vergleich zu Silikaten löslich und wurde erst bei der höchsten Schwefelkonzentration aus dem Kern ausgeschlossen. “

Im Gegensatz dazu war Kohlenstoff in Legierungen mit mittleren Schwefelkonzentrationen erheblich weniger löslich, und schwefelreiche Legierungen nahmen etwa das 10-fache des Gewichts an Kohlenstoff auf als schwefelfreie Legierungen.

Das Team verwendete diese Ergebnisse und die bekannten Verhältnisse von Elementen sowohl auf der Erde als auch auf nicht-terrestrischen Körpern, um eine Computersimulation zu entwerfen, die das wahrscheinlichste Szenario ermitteln konnte, das die flüchtigen Bestandteile der Erde hervorbrachte. Um die Antwort zu finden, mussten die Startbedingungen variiert, ungefähr 1 Milliarde Szenarien ausgeführt und mit den bekannten Bedingungen im heutigen Sonnensystem verglichen werden.

Grewal fährt fort: „Wir haben festgestellt, dass alle Beweise, Isotopensignaturen, das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis und die Gesamtmenge an Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel in der Schüttgutsilikat-Erde mit einem mondbildenden Aufprall eines flüchtigen Lagers vereinbar sind Marsgroßer Planet mit einem schwefelreichen Kern. “

Originalrecherche: 10.1126 / sciadv.aau3669