De aarde was niet gevormd met de chemicaliën die nodig zijn om het leven te laten beginnen. Een goed onderbouwde theorie, de 'late fineertheorie', suggereert dat de vluchtige chemicaliën die nodig zijn voor leven lang na de vorming van de aarde arriveerden, hierheen gebracht door meteorieten. Maar een nieuwe studie daagt de theorie van laat fineer uit.
Er zijn aanwijzingen dat de maan is gemaakt toen een planeet ter grootte van een Mars genaamd Theia in botsing kwam met de aarde. Door de inslag ontstond een puinring waaruit de maan was gevormd. Nu zegt deze nieuwe studie dat dezelfde impact mogelijk de nodige chemicaliën voor leven op de jonge aarde heeft afgeleverd.
"Ons is het eerste scenario dat de timing en levering <van vluchtige stoffen> kan verklaren op een manier die consistent is met al het geochemische bewijs."
Medeauteur Rajdeep Dasgupta, Departement Aarde, Milieu- en Planetaire Wetenschappen, Rice University.
De impact tussen de aarde en Theia vond ongeveer 4,4 miljard jaar geleden plaats, heel vroeg in het leven van de aarde. Dat is het moment waarop de aarde hoogstwaarschijnlijk het grootste deel van haar koolstof, stikstof en andere vluchtige chemicaliën ontving die nodig zijn om te kunnen leven. De nieuwe studie is van de Rice University en is gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.
Wetenschappers hebben primitieve meteorieten van de vroege aarde en de andere rotsachtige planeten in het binnenste zonnestelsel bestudeerd. Ze hebben ontdekt dat de oude meteorieten geen vluchtige chemicaliën meer bevatten die nodig zijn voor het leven. Dat roept de vraag op, waar komen de vluchtige chemicaliën van de aarde vandaan?
"Uit de studie van primitieve meteorieten weten wetenschappers al lang dat de aarde en andere rotsachtige planeten in het binnenste zonnestelsel vluchtig zijn uitgeput", zegt medeauteur Rajdeep Dasgupta. “Maar de timing en het mechanisme van volatiele levering zijn fel bediscussieerd. Ons scenario is het eerste dat de timing en levering kan verklaren op een manier die consistent is met al het geochemische bewijs. '
Volgens het team achter de studie had de inslagplaneet een zwavelrijke kern, terwijl de mantel en korst vluchtige stoffen bevatten. Toen het in botsing kwam met de aarde, injecteerde het de chemicaliën die nodig zijn voor het leven, zoals stikstof, koolstof, waterstof en zwavel, in de aardkorst. De botsing stootte ook enorme hoeveelheden materiaal de ruimte in, die samenvloeide in de maan.
"Wat we ontdekten is dat al het bewijs ... consistent is met een maanvormende impact waarbij een vluchtige planeet van Marsformaat betrokken is met een zwavelrijke kern."
Damanveer Grewal, hoofdstudent van de studie, student aan de Rice University.
Het team achter deze studie voerde experimenten uit in een laboratorium dat de hoge druk en hoge temperatuuromstandigheden nabootst die worden aangetroffen wanneer de kern van een planeet wordt gevormd. De experimenten hielpen bij het testen van hun theorie dat vluchtige stoffen naar de aarde kwamen als gevolg van een botsing met een planeet met een zwavelrijke kern.
Het zwavelgehalte van de kern van de donorplaneet is van belang vanwege het raadselachtige scala aan experimenteel bewijs over de koolstof, stikstof en zwavel die in alle delen van de aarde behalve de kern bestaan. "De kern heeft geen interactie met de rest van de aarde, maar alles daarboven, de mantel, de korst, de hydrosfeer en de atmosfeer, zijn allemaal verbonden",
studie hoofdauteur en afgestudeerde student Damanveer Grewal zei. 'Materiële cycli tussen hen.'
Ze testten het idee met een hypothetische aardkern die verschillende niveaus van zwavel bevat. Ze wilden weten of een hoogzwavelige kern koolstof, stikstof of beide uitsluit. Over het algemeen vonden ze dat hoe groter het zwavelgehalte van de kern, hoe kleiner de kans dat deze vluchtige stoffen zal bevatten. In ieder geval in het geval van de aarde.
Stikstof was grotendeels onaangetast, 'zei Grewal. "Het bleef oplosbaar in de legeringen ten opzichte van silicaten en begon pas onder de hoogste zwavelconcentratie uit de kern te worden verwijderd."
Met behulp van de resultaten van deze experimenten hebben ze meer dan een miljard simulaties uitgevoerd om erachter te komen hoe de aarde zijn vluchtige chemicaliën had kunnen verkrijgen. “Wat we ontdekten, is dat al het bewijs - isotopische handtekeningen, de koolstof-stikstofverhouding en de totale hoeveelheden koolstof, stikstof en zwavel in de bulk silicaataarde - consistent is met een maanvormende impact waarbij een vluchtig dragend, Mars- grote planeet met een zwavelrijke kern, 'zei Grewal.
De implicaties van deze studie gaan over meer dan alleen de aarde. Ze vertellen ons ook iets over hoe het leven kan ontstaan op andere rotsachtige planeten in andere zonnestelsels.
"Deze studie suggereert dat een rotsachtige, aarde-achtige planeet meer kansen krijgt om levensnoodzakelijke elementen te verwerven als hij zich vormt en groeit door gigantische inslagen met planeten die verschillende bouwstenen hebben bemonsterd, misschien van verschillende delen van een protoplanetaire schijf," zei Dasgupta .
'Hiermee worden bepaalde randvoorwaarden opgeheven', zei Dasgupta. "Het laat zien dat levensnoodzakelijke vluchtige stoffen de oppervlaktelagen van een planeet kunnen bereiken, zelfs als ze zijn geproduceerd op planetaire lichamen die onder zeer verschillende omstandigheden kernvorming hebben ondergaan."
Dasgupta zei dat het er niet naar uitziet dat het bulksilicaat van de aarde op zichzelf de levensnoodzakelijke vluchtige budgetten had kunnen bereiken die onze biosfeer, atmosfeer en hydrosfeer produceerden. "Dat betekent dat we onze zoektocht naar paden kunnen verbreden die ertoe leiden dat vluchtige elementen samenkomen op een planeet om het leven zoals we het kennen te ondersteunen."
Het werk van het team maakt deel uit van het CLEVER Planets-programma (Cycles of Life-Essential Volatile Elements on Rocky) Planets.
Bronnen:
- Persbericht: Planetaire botsing die de maan vormde, maakte het leven op aarde mogelijk
- Research Paper: Levering van koolstof, stikstof en zwavel aan de silicaataarde door een gigantische impact
- Space Magazine: A Cataclysmic Collision Formed the Moon, but Killed Theia
- SLIMME planeten
