Volgens de nevelhypothese zijn de zon en planeten 4,6 miljard jaar geleden gevormd uit een gigantische wolk van stof en gas. Dit begon met de vorming van de zon in het midden en het resterende materiaal vormde een protoplanetaire schijf, waaruit de planeten zich vormden. Terwijl de planeten in het buitenste zonnestelsel grotendeels waren samengesteld uit gassen (d.w.z. de gasreuzen), werden die dichter bij de zon gevormd door silicaatmineralen en metalen (d.w.z. de terrestrische planeten).
Ondanks een redelijk goed idee van hoe dit allemaal tot stand is gekomen, staat de vraag hoe de planeten van het zonnestelsel zich in de loop van miljarden jaren precies hebben gevormd en ontwikkeld, nog ter discussie. In een nieuwe studie hebben twee onderzoekers van de Universiteit van Heidelberg de rol van koolstof in zowel de vorming van de aarde als de opkomst en evolutie van leven onderzocht.
Hun studie, "Spatial Distribution of Carbon Dust in the Early Solar Nebula and the Carbon Content of Planetesimals", verscheen onlangs in het tijdschrift. Astronomie en astrofysica. De studie werd uitgevoerd door Hans-Peter Gail, van het Instituut voor Theoretische Astrofysica aan de Universiteit van Heidelberg, en Mario Trieloff - van het Heidelbergs Instituut voor Aardwetenschappen en het Klaus-Tschira-Laboratorium voor Kosmochemie.
Omwille van hun studie overwogen het paar welke rol het element koolstof - dat essentieel is voor het leven hier op aarde - speelde in planetaire vorming. In wezen zijn wetenschappers van mening dat tijdens de vroegste dagen van het zonnestelsel - toen het nog een gigantische wolk van stof en gas was - koolstofrijke materialen vanuit het buitenste zonnestelsel naar het binnenste zonnestelsel werden gedistribueerd.
Buiten de "Frost Line" - waar vluchtige stoffen zoals water, ammoniak en methaan kunnen condenseren tot ijs - worden lichamen gevormd die bevroren koolstofverbindingen bevatten. Net zoals hoe water door het zonnestelsel werd verspreid, dat deze lichamen zogenaamd uit hun banen werden geschopt en naar de zon werden gestuurd, waarbij vluchtige materialen werden verspreid naar de planetesimalen die uiteindelijk zouden uitgroeien tot de aardse planeten.
Wanneer men echter de soorten meteoren vergelijkt die primordiaal materiaal naar de aarde verspreidden - oftewel. chondrite meteorieten - men merkt een zekere discrepantie. Kortom, koolstof is relatief zeldzaam op aarde in vergelijking met deze oude rotsen, de reden waarom een mysterie is gebleven. Zoals Prof. Trieloff, die co-auteur was van de studie, uitlegde in een persbericht van de Universiteit van Heidelberg:
“Op aarde is koolstof een relatief zeldzaam element. Het is verrijkt dichtbij het aardoppervlak, maar als fractie van de totale materie op aarde is het slechts de helft van 1 / 1000ste. Bij primitieve kometen kan het aandeel koolstof echter tien procent of meer zijn. '
"Een aanzienlijk deel van de koolstof in asteroïden en kometen zit in lange-keten en vertakte moleculen die alleen verdampen bij zeer hoge temperaturen", voegde Dr. Grail, de hoofdauteur van de studie, toe. "Op basis van de standaardmodellen die koolstofreacties simuleren in de zonnenevel waar de zon en de planeten vandaan kwamen, zouden de aarde en de andere aardse planeten tot 100 keer meer koolstof moeten hebben."
Om dit aan te pakken, construeerden de twee onderzoeken een model dat veronderstelde dat kortstondige flitsverwarmingsgebeurtenissen - waarbij de zon de protoplanetaire schijf verwarmde - verantwoordelijk waren voor deze discrepantie. Ze gingen er ook van uit dat alle materie in het binnenste zonnestelsel werd verwarmd tot temperaturen tussen 1.300 en 1.800 ° C (2372 tot 3272 ° F) voordat er uiteindelijk kleine planetesimalen en terrestrische planeten werden gevormd.
Dr. Grail en Trieloff geloven dat het bewijs hiervoor ligt in de ronde korrels in meteorieten die ontstaan uit gesmolten druppels - bekend als chondrules. In tegenstelling tot chondrite-meteorieten, die voor een paar procent uit koolstof kunnen bestaan, zijn chondrules grotendeels van dit element uitgeput. Dit, beweren ze, was het resultaat van dezelfde flitsverwarmingsgebeurtenissen die plaatsvonden voordat de chondrules konden aangroeien om meteorieten te vormen. Zoals Dr. Gail aangaf:
'Alleen de temperatuurpieken die zijn afgeleid van de chondrule-formatiemodellen, kunnen de lage hoeveelheid koolstof op de binnenplaneten van vandaag verklaren. Eerdere modellen hielden geen rekening met dit proces, maar we hebben het blijkbaar te danken voor de juiste hoeveelheid koolstof die de evolutie van de biosfeer van de aarde zoals we die kennen mogelijk heeft gemaakt. "
Kortom, de discrepantie tussen de hoeveelheid koolstof in chondritisch gesteentemateriaal en die op aarde kan worden verklaard door intense verwarming in het oorspronkelijke zonnestelsel. Omdat de aarde gevormd was uit chrondritisch materiaal, zorgde de extreme hitte ervoor dat het zijn natuurlijke koolstof kwijtraakte. Naast het werpen van licht op wat een doorlopend mysterie in de astronomie is geweest, biedt deze studie ook nieuw inzicht in hoe het leven in het zonnestelsel is begonnen.
Kortom, de onderzoekers speculeren dat de flitsverwarmingsgebeurtenissen in het innerlijke zonnestelsel mogelijk nodig waren voor het leven hier op aarde. Als er te veel koolstof in het oermateriaal zat dat samenvloeide in onze planeet, had het resultaat een "overdosis koolstof" kunnen zijn. Dit komt omdat wanneer koolstof wordt geoxideerd, het kooldioxide vormt, een belangrijk broeikasgas dat kan leiden tot een op hol geslagen verwarmingseffect.
Dit is wat planetaire wetenschappers denken dat er met Venus is gebeurd, waar de aanwezigheid van overvloedige CO2 - gecombineerd met de verhoogde blootstelling aan zonnestraling - leidde tot de helse omgeving die er vandaag de dag is. Maar op aarde werd CO2 uit de atmosfeer verwijderd door de silicaat-carbonaatcyclus, waardoor de aarde een evenwichtige en levensondersteunende omgeving kon bereiken.
"Of 100 keer meer koolstof een effectieve verwijdering van het broeikasgas mogelijk maakt, is op zijn minst twijfelachtig", zei Dr. Trieloff. "De koolstof kon niet langer worden opgeslagen in carbonaten, waar het grootste deel van de CO2 van de aarde tegenwoordig wordt opgeslagen. Zoveel CO2 in de atmosfeer zou zo'n ernstig en onomkeerbaar broeikaseffect veroorzaken dat de oceanen zouden verdampen en verdwijnen. '
Het is een bekend feit dat het leven hier op aarde op koolstof is gebaseerd. Het is echter interessant om te weten dat de omstandigheden tijdens het vroege zonnestelsel een overdosis koolstof voorkwamen die de aarde in een tweede Venus had kunnen veranderen. Hoewel koolstof essentieel kan zijn voor het leven zoals we het kennen, kan te veel de dood ervan betekenen. Deze studie kan ook van pas komen als het gaat om het zoeken naar leven in extra-zonnestelsels.
Bij het onderzoeken van verre sterren konden astronomen zich afvragen: 'waren de oeromstandigheden heet genoeg in het innerlijke systeem om een overdosis koolstof te voorkomen?' Het antwoord op die vraag kan het verschil zijn tussen het vinden van een Earth 2.0 of een andere Venusachtige wereld!
