Absturz! Frühe Kollision könnte erklären, wie die Erde ihren Kohlenstoff behielt

Die frühe Erde könnte von einem Merkur-ähnlichen Planetenembryo tief in ihrer Vergangenheit getroffen worden sein und den Planeten den Kohlenstoff behalten lassen, der für das Leben notwendig ist, schlägt eine neue Studie vor.

Das Experimental Petrology Rice Team, das den Ursprung, die Zusammensetzung und die Struktur von Gesteinen an der Rice University in Texas untersucht, hat die Bedingungen innerhalb der Erde im Labor neu geschaffen, um ein lang bestehendes Rätsel zu lösen: wie könnte sich kohlenstoffbasiertes Leben auf der Erde entwickelt haben wenn der frühe Kohlenstoff verkohlt oder in den Kern des Planeten versunken wäre.

"Die Herausforderung besteht darin, den Ursprung der flüchtigen Elemente wie Kohlenstoff zu erklären, die außerhalb des Kerns im Mantel unseres Planeten bleiben", sagte Rajdeep Dasgupta, ein Co-Autor der neuen Studie und Petrologe bei Rice, in einer Erklärung. [Woraus besteht die Erde?]

Dasgupta-Gruppe untersuchte vorher, wie Kohlenstoff auf der frühen, geschmolzenen Erde gefallen wäre: Selbst wenn der Kohlenstoff nicht in den Raum verdampfen würde, wäre er nach dem Binden mit eisenreichen Legierungen in den metallischen Kern gezogen worden, sagte Dasgupta.

Forscher haben postuliert, dass Kohlenstoff und andere Elemente, die jetzt auf der Erde vorhanden sind, von Meteoriten oder Kometen stammen, die den Planeten treffen.

"Eine populäre Idee war, dass flüchtige Elemente wie Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Wasserstoff hinzugefügt wurden, nachdem der Kern der Erde sich gebildet hatte", sagte der Hauptautor der Studie, Yuan Li, jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter am Guangzhou Institut für Geochemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in der Aussage. "Jedes Element, das mehr als 100 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems in Meteoriten und Kometen zur Erde fiel, hätte die intensive Hitze des Magma-Ozeans vermeiden können, der die Erde bis zu diesem Punkt bedeckte.

Aber die realen Proportionen von Elementen auf der Erde scheinen nicht mit Kometen und Meteoriten übereinzustimmen: "Das Problem mit dieser Idee ist, dass, obwohl sie für die Fülle vieler dieser Elemente verantwortlich sein kann, es keine bekannten Meteoriten gibt das Verhältnis von flüchtigen Elementen im Silikatanteil unseres Planeten ", fügte er hinzu und bezog sich auf einen Hauptbestandteil von Gesteinen im Erdmantel, die 1800 Meilen tiefe (2.890 Kilometer) Suppe aus Magma und Gestein zwischen Kruste und Kern.

Der experimentelle Aufbau der Forscher hat das Hochtemperatur- und Hochdruckinnere der Erde neu geschaffen, indem Gestein mit hydraulischen Pressen gepresst wurde. Diese Methode kann Bedingungen im Umkreis von 400 Meilen (400 Meilen) unter der Erdoberfläche im Mantel des Planeten emulieren. Die Forscher entschieden sich zu testen, ob die Elemente Silizium oder Schwefel - die in den Kernen von Merkur bzw. Mars gefunden werden - irgendeinen Einfluss auf die Kohlenstoffmenge haben, die im Erdkern gebunden wäre.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass, wenn Schwefel unter starkem Druck mit Eisen verbunden ist - wie im Kern der Erde - Kohlenstoff die Bindung an die Moleküle im Kern so stark behindert, wie die Forscher in der Erklärung sagten. (In der am 5. September in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichten Studie erklärten die Wissenschaftler, dass "in reduzierten oder schwefelreichen Körpern Kohlenstoff aus dem entmischenden Kern ausgestoßen wird.") In diesem Szenario könnte der Kohlenstoff höher bleiben, im Erdmantel, und später für die Entwicklung des Lebens verfügbar sein, statt weggeschlossen zu werden, sagte die Studie.

Die Forscher verglichen dann die Kohlenstoffkonzentrationen, die während der Experimente auftraten, mit den Konzentrationen der Elemente im Erdmantel.

"Ein Szenario, das das Kohlenstoff-Schwefel-Verhältnis und die Kohlenstoffhäufigkeit erklärt, ist, dass ein embryonaler Planet wie Mercury, der bereits einen siliziumreichen Kern gebildet hatte, mit der Erde kollidierte und von ihr absorbiert wurde", sagte Dasgupta. "Weil es ein massiver Körper ist, könnte die Dynamik so funktionieren, dass der Kern dieses Planeten direkt in den Kern unseres Planeten gelangen würde und der kohlenstoffreiche Mantel sich mit dem Erdmantel vermischen würde.

"In dieser Arbeit haben wir uns auf Kohlenstoff und Schwefel konzentriert", sagte er. "Es muss noch viel mehr getan werden, um alle volatilen Elemente in Einklang zu bringen, aber zumindest in Bezug auf die Kohlenstoff-Schwefel-Häufigkeiten und das Kohlenstoff-Schwefel-Verhältnis können wir dieses Szenario die derzeitigen Kohlenstoff- und Schwefelhaushalte der Erde erklären."