4 miliardy lat temu młoda Ziemia mogła zostać uderzona przez planetę podobną do Merkurego. Według badań, pozwoliło to naszej planecie zatrzymać niezbędny do powstania i podtrzymania życia węgiel.

NASA/JPL-Caltech

Nowe badania stosunków i pochodzenia pierwiastków występujących na Ziemi sugerują, że węgiel może pochodzić z kolizji z planetą podobną do Merkurego, do której miałoby dojść 4,4 mld lat temu.

Grupa ‘’The Experimental Petrology Rice Team” – studiująca pochodzenie, skład i strukturę skał na Rice University w Teksasie – zrekonstruowała warunki panujące we wnętrzu Ziemi, by pomóc w rozwiązaniu długo istniejącej zagadki: jak oparte na węglu życie mogło zaistnieć na Ziemi, gdy 4 miliardy lat temu nowo powstałe złoża węgla powinny albo wyparować albo zatopić się w jądrze planety?

„Naszym zadaniem jest wyjaśnienie pochodzenia ulatniających się na powierzchnię pierwiastków, takich jak węgiel, które z jakiś przyczyn pozostały w zewnętrznym płaszczu ziemskim, zamiast spaść do jądra” mówi Rajdeep Dasgupta, współautor nowych badań.

Zespól Dasgupty badał wcześniej jak złoża węgla mogły zachowywać się na młodej, ciekłej i gorącej ziemi. „Nawet jeśli nie wyparowały do kosmosu, zostałyby zatopione w metalicznym jądrze po połączeniu się z bogatymi w żelazo stopami metalu„, twierdzi Dasgupta.

Rajdeep Dasgupta

W taki sposób łącząca się z protoplanetą podobną do Merkurego Ziemia mogła przetransferować węgiel i siarkę do swojego płaszcza.

Do niedawna badania postulowały, że węgiel i inne pierwiastki występujące teraz na Ziemi pochodzą z meteorytów lub komet, które kiedyś uderzyły w planetę.

„Jedną z bardziej znanych teorii była ta, która mówiła, że pierwiastki jak węgiel, siarka, azot i wodór zostały do ziemi „przyłączone” już po uformowaniu się jądra”. Taki wniosek pozwoliły Yuan’owi Li, naukowcowi z Guangzhou Institute of Geochemistry wysnuć badania przez niego przeprowadzone. „Każdy z tych pierwiastków, które przybyłyby na Ziemię wraz z meteorytami i kometami ponad 100 milionów lat po uformowaniu się układu słonecznego, mogłyby uniknąć intensywnego ciepła oceanu magmowego, pokrywającego Ziemię mniej więcej do tamtego właśnie czasu” kontynuuje Li.

Niestety ilość występujących na naszej planecie pierwiastków nie zgadza się z przewidywaniami teorii o meteorytach i kometach: „Problem w tym, że może on być wytłumaczeniem pochodzenia tylko niektórych pierwiastków, ale nie radzi sobie np. z krzemem” dodaje, odwołując się do modelu składu skał płaszczu ziemskim – głębokiej na 2900km mieszaniny magmy i skał między jądrem a skorupą ziemską.

Eksperymenty naukowców pozwoliły niedawno odtworzyć wysokie temperatury i ogromne ciśnienie występujące we wnętrzu ziemi, ścieśniając skały prasą hydrauliczna. Ta metoda pozwala odtworzyć warunki panujące ok. 400km pod ziemią, w płaszczu ziemskim. Badacze chcieli sprawdzić czy krzem i siarka – znalezione również w jądrach Wenus i Marsa – mógłby mieć jakikolwiek wpływ na ilość węgla, która wtopiła by się w jądro.

Naukowcy zauważyli, że kiedy siarka połączyła się z żelazem w wyniku ogromnego ciśnienia – takiego jak w jadrze ziemi – powstrzymała węgiel przed połączniem się z cząstkami z jądra ziemi. Zjawisko to opisano w artykule w Nature Geoscience z 5 września (naukowcy stwierdzili, że „ w bogatych w siarkę ciałach, węgiel jest wręcz wytrącony z tworzącego się jądra”). W tym scenariuszu, węgiel zostałby wyżej, w płaszczu ziemskim i byłby łatwo dostępny podczas procesów tworzących życie, zamiast pozostać zamkniętym we wnętrzu planety.

Naukowcy porównali potem koncentrację węgla powstałą podczas eksperymentu z tą występującą na naszej planecie.

„Jeden z scenariuszy wyjaśniających stosunek ilości węgla do siarki i ilość węgla na Ziemi w ogóle zakłada, że planeta pokroju Merkurego, w której uformowało się już bogate w krzem jądro, zderzyła się z Ziemią i została przez nią wchłonięta” mówi Dasgupta. „Ponieważ ciało to było masywne, prawa dynamiki mogły spowodować, że jądro tamtej planety od razu zmieszałoby się z jadrem ziemi, a bogaty w węgiel płaszcz z nieuformowanym jeszcze do końca ziemskim płaszczem„.

„W tych badaniach skupiliśmy się na siarce i węglu” mówi naukowiec. „Dużo więcej pracy trzeba będzie włożyć w uzgodnienie pochodzenia innych pierwiastków występujących na ziemi. Przynajmniej w sprawie pochodzenia węgla, siarki i ich wzajemnych stosunków mamy spójną teorię, która opisuję powstanie i rozmieszczenie tych pierwiastków na Ziemi”.