Planetaire botsing die de maan vormde, leverde basiselementen van het leven

Het grootste deel van de koolstof en stikstof in ons lichaam is waarschijnlijk 4,4 miljard jaar geleden afkomstig van een planeet zo groot als Mars, die volgens de wetenschappers in de aarde botst. Onderzoekers hebben lang gedacht dat deze elementen, cruciaal voor het leven, op onze planeet aan boord van primitieve lichamen als asteroïden aankwamen, maar een nieuwe analyse suggereert dat koolstof en stikstof waarschijnlijk naar de aarde reden op een planeet die al in lagen was gedifferentieerd - een teken van een een meer volwassen astronomisch lichaam, mogelijk een planetair embryo met een mantel en een kern. Deze zelfde botsing, zo zeiden ze, vormde de maan.

In een krant die woensdag is gepubliceerd Science Advances, een team op Rice University in Texas schetste een reeks experimenten en simulaties die de hypothese ondersteunen dat een enkele grote botsing de chemische basis van het leven op aarde aflegde.

Damanveer Grewal, een Ph.D. student aan Rice University en de hoofdauteur van de studie, vertelt omgekeerde dat dit onderzoek het verhaal verandert van hoe de elementaire bouwstenen van het leven naar onze planeet kwamen.

"Het idee dat veel voorkomt in de wetenschappelijke gemeenschap is dat deze elementen werden geleverd door ongedifferentieerde lichamen nadat de aarde bijna is geaccentueerd", zegt Grewal. "Wat we proberen te zeggen is dat deze elementen feitelijk werden geleverd door een gigantische impact van een groot, gedifferentieerd lichaam, in plaats van door kleinere lichamen."

Door de chemische composities van de aardkorst te vergelijken met een bril op de maan, kwam het team van Grewal tot de conclusie dat ze een gemeenschappelijke oorsprong hadden - de cataclysmische gebeurtenis die de maan vormde. En dan, door simulaties uit te voeren over hoe verschillende elementen zich vestigen in verschillende delen van een planeet terwijl het zich onderscheidt, erkenden de onderzoekers dat een gedifferentieerde planeet die tegen de aarde botste, een veel minder koolstofrijke verhouding van materiaal op het oppervlak zou hebben dan een ongedifferentieerd lichaam zou doen. Dit komt omdat, zo vonden ze, het element zich zou vestigen in de richting van de ijzeren kern, waardoor er minder een chemisch spoor achterbleef in de aardkorst. Hetzelfde proces, vinden onderzoekers, gebeurde in de vorming van de kern van de aarde.

Daarom, wanneer deze embryonale planeet tegen de aarde botste, ongeveer 100 miljoen jaar nadat onze planeet was gevormd, zou het materiaal naar de aarde zijn overgebracht met de chemische handtekening van een planeet waarvan de koolstof tot in de kern was neergedaald - in tegenstelling tot een ongedifferentieerd lichaam waarvan de samenstelling relatief uniform.

En hun modellen vervulden deze hypothese, en steunden verder het idee dat dezelfde planetaire botsing die de maan vormde, ook de basismaterialen voor het leven op onze planeet aflegde.

Dit onderzoek bouwt voort op eerder werk van hetzelfde laboratorium in Rice, het laboratorium van Rajdeep Dasgupta, Ph.D., die ook co-auteur was van het nieuwe artikel.

Met deze nieuwe paper voegt het team meer bewijs toe aan het idee dat essentiële elementen voor het leven werden geleverd door een gigantische impact. Grewal zegt dat het idee de manier zou kunnen veranderen waarop mensen kijken naar de destructieve kracht van planetaire botsingen.

"Wanneer mensen naar gigantische impacts kijken, zien ze het altijd als een destructieve gebeurtenis," zegt hij. "Maar nu kun je het eigenlijk ook zien als een leven-gevende gebeurtenis."

Abstract: De status van de aarde als de enige levensondersteunende planeet is een resultaat van het timing- en aflevermechanisme van koolstof (C), stikstof (N), zwavel (S) en waterstof (H). Op basis van hun isotopische signaturen wordt aangenomen dat terrestrische vluchtige stoffen afkomstig zijn van koolstofhoudende chondrieten, terwijl de isotopische samenstellingen van niet-vluchtige hoofd- en sporenelementen suggereren dat enstatite chondriet-achtige materialen de primaire bouwstenen van de aarde zijn. De C / N-verhouding van de bulk silicaat-aarde (BSE) is echter superchondritisch, wat vluchtige aflevering door een chondritisch laat-fineer uitsluit. Als de plant tijdens de hoofdfase van de aanwas van de aarde wordt afgeleverd, zou de kernformatie, als gevolg van de grotere siderofiele (metaalminnende) aard van C ten opzichte van N, een subchondritische C / N-verhouding in de BSE moeten hebben achtergelaten. Hier presenteren we experimenten onder hoge druk om het lot van gemengde vluchtige CNS-vluchtige stoffen tijdens kern-mantelsegregatie in de magma-oceanen van het planetaire embryo te beperken en laten zien dat C veel minder siderofiel wordt in N-dragende en S-rijke legeringen, terwijl het siderofiele karakter van N blijft grotendeels onaangetast in de aanwezigheid van S. Met behulp van de nieuwe data en inverse Monte Carlo-simulaties laten we zien dat de impact van een Mars-sized planeet, met minimale bijdragen van koolstofhoudend chondriet-achtig materiaal en samenvalt met de maanvormende gebeurtenis, kan de bron zijn van grote vluchtige stoffen in de BSE.