En Kollision Med en Anden Planet Har Tilsået Jorden Med Ingredienser for Liv

Artist ‘ s skildring af en planet-på-planet kollision.Billede: NASA/JPL-Caltech

Ny forskning tyder på, at meget af det materiale, som gjorde livet muligt på Jorden ankom efter en katastrofal kollision mellem vores planet, og en Mars-størrelse objekt for milliarder af år siden—formentlig den samme kollision, der er produceret Månen, forskerne siger.

For livet at dukke op på en ellers død planet, et sortiment af kemiske stoffer eller flygtige elementer, der er nødvendige, herunder kulstof, nitrogen og svovl. Konventionel tænkning er det, at Jordens flygtige elementer ankom gennem den stadige bombardement af gamle meteoritter. Ny forskning offentliggjort i dag i Videnskabens Fremskridt foreslår en alternativ mekanisme: en katastrofal kollision mellem Jorden og Mars-størrelse objekt, også kaldet Theia, omkring 4,4 milliarder år siden. Dette hypotetiske kollision, som ville være sket, mens vores planet var stadig dannes, podet vores baby planet med de volatile elementer, der er nødvendige for liv, i henhold til den nye papir. Hvad mere er, den ledende forfattere på den nye undersøgelse, Damanveer S. Grewal og Rajdeep Dasgupta fra Rice University, siger, at det er den samme planet-på-planet kollision, som dannede Månen.

For mange astronomer, geologer, og astrobiologists tanken om, at Jordens flygtige ankom på bagsiden af primitive meteoritter har aldrig været helt tilfredsstillende. Vores planet, sammen med andre stenplaneter i det indre solsystem, er naturligvis blottet for flygtige stoffer. Det bare så sker det, at den isotopiske signatur af Jordens flygtige matche dem, der ses i kulstofholdige kondritter, den gruppe af meteoritter, der typisk nævnt som at være leverandører af flygtige stoffer til Jorden. Problemet er, at den flygtige element nøgletal, som kulstof, nitrogen og vand til kulstof i Jordens silikat, kappe, skorpe, havet og atmosfæren er ude af whack med, hvad der er observeret i kondritter, der fører til den såkaldte “isotop krise” og tvivl om meteorit-såning teori. Den nye undersøgelse er interessant i og med at det tilbyder en løsning på dette problem—men i stedet for at påkalde sig en væld af små meteorit rammer, forfattere foreslået en enkelt, gigantisk kollision mellem Jorden og en gammel planet.

Grundlaget for denne påstand kommer fra et eksperiment, hvor forskerne har forsøgt at efterligne de betingelser af denne indvirkning i laboratoriet. Undersøgelsen, der er involveret højt tryk og temperatur eksperimenter, sammen med computersimuleringer fodret med oplysninger og erfaringer fra disse forsøg. Gennem denne modellering arbejde, forskerne forsøgt at bestemme størrelsen og kemiske sammensætning påvirker planet for at se, hvordan dens reservoir af silikater, der kunne have blandet med Jorden, levere sine forskellige liv-væsentlige elementer.

I 2016, Dasgupta co-forfattede en lignende papir, der viser, hvordan de beløb, eller fraktionering, kulstof og svovl i silikat af vores planet kunne forklares ved, at en gigantisk kollision med en anden planet. Det nye eksperiment er anderledes i, at den undersøgte skæbnen af tre liv-væsentlige flygtige elementer—carbon, nitrogen og svovl—i kølvandet på en katastrofal indvirkning, der involverer to unge klippefyldte planeter, ud over at give et skøn for størrelsen af den hypotetiske attrappen.

“Carbon og svovl alene kan desværre ikke give en løsning på oprindelsen af flygtige stoffer på Jorden,” Dasgupta fortalte Gizmodo. Uden kvælstof, Jordens kulstof og svovl kunne have kommet fra primitive meteoritter, som godt, forklarede han, fordi kulstof og svovl forholdet mellem silikat Jorden er magen til dem i kondritter.

“Det, vi viser i det nuværende arbejde, er, at når man mener, carbon, nitrogen og svovl sammen, levering via en kæmpe effekt eller fusion af proto-Jorden med en Mars-størrelse planet er den mest sandsynlige løsning,” sagde han.

For at simulere betingelserne for denne påståede planetariske smashup, Dasgupta og hans kolleger opvarmet og tryk materialer menes at eksistere i Jorden i løbet af dets udviklingstrin. Dette blev gjort for at kopiere, i det mindste i mikrokosmos, forholdene på Jorden i dybder på mellem 40 og 120 km (25 til 75 miles). Disse materialer, som indgår silikater og en jern-nikkel legering, blev derefter blandet med svovl, kulstof og kvælstof, der repræsenterer den kemiske bidrag af embryonale Mars-størrelse planet. Forskerne omhyggeligt iagttog adfærd af disse materialer, mens tweaking af en række variabler.

Resultaterne viste, at co-var mindre tilbøjelige til at obligation med metallisk jern, der var blandet med legeringer rig på kvælstof og svovl. På samme tid, kvælstof forblev upåvirket af svovl.

“Hvad de har fundet er, at når der er en masse af svovl i systemet, grundstoffet kulstof, som opfører sig anderledes end kvælstof og går ikke ind i metal [dvs den simulerede planet core] så let, og det kan føre til et forhold af disse elementer, der matcher den moderne verden er forholdet mellem disse to elementer,” James Dag, en professor ved Scripps Institution of Oceanography, der ikke var involveret i den nye undersøgelse, fortalte Gizmodo.

Forskerne har også vist, at vulkansk glas på Månen-og bulk-silikat af Jorden (de ting, der omgiver kernen) har samme isotop signaturer, der peger på en fælles oprindelse. Den mest sandsynlige forklaring, forskere hævdet, er en massiv indflydelse med en Mars-størrelse planet, en kollision, der ikke kun leveret det meste af vores planet er carbon, nitrogen og svovl, men også produceret Månen.

“Vores undersøgelse, der udfordrer den eksisterende modeller af flygtige element levering metoder,” Dasgupta fortalte Gizmodo. “Det er også løser langvarige problem, at den flygtige element nøgletal på overfladen lag af Jorden er tydeligt forskellige fra planet-dannelse byggesten, som vi kender som kondritter.”

Dag, der er beskrevet i den nye undersøgelse, som “grundig,” siger forfatterne er “eksperter i eksperimenter til at forstå planeternes processer”, som i hans sind “er virkelig, hvad dette papir handler om.” Ja, undersøgelsen var næsten udelukkende baseret på eksperimentelle beviser og modellering, som kræver, at forfatterne til at gøre flere antagelser. Som Dagen forklaret, for eksempel materialer, som dannede Jorden, måske ikke har været helt identiske med dem, der anvendes i undersøgelsen.

I henhold til den nye papir, “proto-Jorden silikat shell, inden den kolliderede med Månen-danner attrappen, i det mindste i dette scenario—er fattige i kulstof, svovl og kvælstof,” sagde Dag. Men i virkeligheden, “overflod af disse elementer i Jordens kappe, før Månen-danner konsekvenser er ukendte,” sagde han. Også det scenario, som postuleret af de forskere, der “synes at antage, at svovl-rige metal core af den planetariske embryo falder ind i Jordens kerne, uden nogensinde at interagere med silikat skal,” sagde han, og tilføjede, at “mange simuleringer viser, at dette er ikke nødvendigvis tilfældet, og dette kan være forsimplede.”

Som for at sammenligne nitrogen og hydrogen inden for månens vulkansk glas til sammensætning af Jorden, og derefter påstå, at en fælles oprindelse, Dagen var ligeledes var ikke overbevist.

“I sig selv, pyroklastisk briller fra Månen er kompliceret vulkanske klipper og årsagen til brint og kvælstof berigelse i disse prøver, er stadig kontroversiel,” Dag fortalte Gizmodo. “Desuden, i forbinder Månen-danner påvirkning med kvælstof, kulstof og svovl berigelse, flere studier har argumenteret for [fx her og her), at Jord-Måne-dannende attrappen kan have været større eller mindre end en Mars-størrelse krop, uden at overtræde geokemiske begrænsninger.”

I sidste ende, Dag sagde den nye papir, der er nyttige for at forstå den opførsel af kulstof, svovl og kvælstof i relativt små planetariske embryo størrelser, og kan også være vigtigt for at forstå, hvordan disse flygtige stoffer opfører sig inden for Mars.

“Flere af disse typer af undersøgelse er nødvendig for at forstå, hvordan disse elementer opfører sig, især efter planeter med massen af Jorden,” sagde Dag. “Men selv om denne undersøgelse antyder, at en Mars-størrelse attrappen, er det ikke sandsynligt, at være den ‘rygende pistol’ enten for, hvordan og hvornår flygtige stoffer blev leveret til Jorden, eller af størrelsen af attrappen danner Jord-Måne-systemet.”

Freaky Teori Tilbyder en Helt Ny Forklaring på Månens Oprindelse

En favorit tidsfordriv af astronomer, der er til debat oprindelsen af Jordens Måne, men på trods af årtiers…

Læs mere Læs

Flere beviser vil være forpligtet til at bevise, at oprindelsen af Jordens flygtige—og også karakteren af Månens dannelse. Den kæmpe effekt hypotese, først foreslået af den Canadiske geolog Reginald A. Daly, der tilbage i 1940’erne, er en af mange, og debatten er fortsat uløst.

Når bedt om at skitsere papir svagheder, Dasgupta indrømmede, at det arbejde, der var “baseret udelukkende på de geokemiske adfærd elementer”, der ikke omfatter nogen “dynamik eller fysiske processer, der er involveret i planetarisk tilvækst og vækst.” Vendes blikket fremad, Dasgupta og hans kolleger ville gerne til at gøre netop dette, at integrere deres nye geokemiske model med fysiske modeller.

Med andre ord, dette er ikke slut endnu.

[Videnskab Fremskridt]

Dele Denne Historie