Скорее всего, Земля получила основную часть своего углерода, азота и других жизненно важных летучих элементов в результате столкновения планет, которое создало Луну более 4,4 миллиарда лет назад, согласно новому исследованию, проведенному петрологами Райсского университета в журнале Science Advances .
«Из исследования примитивных метеоритов ученые давно знают, что Земля и другие каменистые планеты во внутренней солнечной системе истощены летучими веществами», - сказал соавтор исследования Радждип Дасгупта. «Но сроки и механизм энергозависимых поставок горячо обсуждаются. Наш первый сценарий может объяснить сроки и сроки доставки таким образом, который согласуется со всеми геохимическими данными».
Доказательства были собраны из комбинации высокотемпературных экспериментов с высоким давлением в лаборатории Дасгупты, которая специализируется на изучении геохимических реакций, которые происходят глубоко внутри планеты под сильным жаром и давлением.
В серии экспериментов ведущий автор исследования и аспирант Даманвир Грюал собрал доказательства, чтобы проверить давнюю теорию о том, что летучие вещества Земли появились в результате столкновения с зародышевой планетой, содержащей ядро, богатое серой.
Содержание серы в ядре планеты-донора имеет значение из-за удивительного множества экспериментальных данных об углероде, азоте и сере, которые существуют во всех частях Земли, кроме ядра.
«Ядро не взаимодействует с остальной частью Земли, но все, что находится над ней, мантия, кора, гидросфера и атмосфера, все связаны», - сказал Гревал. «Материальные циклы между ними».
Одной из давних идей о том, как Земля получала свои летучие вещества, была теория «позднего шпона» о том, что богатые летучими веществами метеориты, остатки первичного вещества из внешней солнечной системы, прибыли после образования ядра Земли. И хотя изотопные сигнатуры летучих веществ Земли соответствуют этим исконным объектам, известным как углеродистые хондриты, элементное соотношение углерода и азота отключено. В неосновном материале Земли, который геологи называют объемной силикатной Землей, содержится около 40 частей углерода на каждую часть азота, что примерно вдвое превышает соотношение 20-1, наблюдаемое в углеродистых хондритах.
Эксперименты Грюла, которые моделировали высокие давления и температуры во время формирования керна, проверили идею о том, что богатое серой планетарное ядро может исключать углерод или азот, или оба, оставляя гораздо большие доли этих элементов в объемном силикате по сравнению с Землей. В серии испытаний при различных температурах и давлении Grewal проверил, сколько углерода и азота попало в ядро в трех сценариях: без серы, 10 процентов серы и 25 процентов серы.
«Азот практически не подвергался воздействию», - сказал он.«Он оставался растворимым в сплавах по отношению к силикатам, и только начал исключаться из ядра при самой высокой концентрации серы».
Углерод, напротив, был значительно менее растворим в сплавах с промежуточными концентрациями серы, а богатые серой сплавы занимали примерно в 10 раз меньше углерода по весу, чем сплавы без серы.
Используя эту информацию, наряду с известными соотношениями и концентрациями элементов как на Земле, так и в не земных телах, постдокторский исследователь Dasgupta, Grewal и Rice Ченгуан Сун разработал компьютерное моделирование, чтобы найти наиболее вероятный сценарий, приводящий к изменчивости Земли.Чтобы найти ответ, нужно было изменить начальные условия, запустить примерно 1 миллиард сценариев и сравнить их с известными сегодня условиями в Солнечной системе.
«Мы обнаружили, что все доказательства - изотопные сигнатуры, отношение углерода к азоту и общее количество углерода, азота и серы в объемной силикатной Земле - соответствуют лунообразующему воздействию с участием летучих веществ, "Марс размером с планету с богатым серой ядром", сказал Гревал.
Дасгупта, главный исследователь финансируемой НАСА работы под названием CLEVER Planets, которая изучает, как жизненно важные элементы могут объединяться на далеких каменистых планетах, говорит, что лучшее понимание происхождения жизненно важных элементов Земли имеет значение за пределами нашей солнечной системы.
«Это исследование показывает, что у каменистой, подобной Земле планеты больше шансов приобрести жизненно важные элементы, если она образуется и растет в результате гигантских ударов с планетами, которые пробовали разные строительные блоки, возможно, из разных частей протопланетного диска», - сказал Дасгупта. ,
«Это устраняет некоторые граничные условия», - сказал он.«Это показывает, что жизненно важные летучие вещества могут достигать поверхностных слоев планеты, даже если они были созданы на планетарных телах, которые подверглись образованию ядра в очень разных условиях».
Дасгупта сказал, что, похоже, сам по себе объемный силикат Земли не смог бы достичь жизненно важных энергозависимых бюджетов, которые производили нашу биосферу, атмосферу и гидросферу.
«Это означает, что мы можем расширить наш поиск путей, которые ведут к тому, что изменчивые элементы собираются вместе на планете, чтобы поддерживать жизнь, какой мы ее знаем».
https://www.scienced...90123144519.htm