Long-Ago-Smashups könnten die seltsame Zusammensetzung der Erde erklären

Die Erde und die anderen felsigen Planeten haben eine Zusammensetzung, die sich von den Bausteinen unterscheidet, die sie vor langer Zeit gebildet haben - und Wissenschaftler wissen jetzt vielleicht warum.

Kollisionen unter diesen zusammenwachsenden Bausteinen, sogenannten Planetesimalen, erzeugten genug Wärme, um große Mengen an Gestein zu verdampfen, von denen ein großer Teil in den Weltraum entweichen konnte, schlagen zwei neue Studien vor, die heute (27. September) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden.

"Dieser Dampfmassenverlust verändert wiederum drastisch die Zusammensetzung der Planeten, was in der Tat die unterschiedliche Zusammensetzung der Erde erklärt", sagte Remco Hin von der Universität Bristol in England, der eine der beiden neuen Studien leitete. [Foto Timeline: Wie die Erde entstand]

Diese Zusammensetzung ist gekennzeichnet durch eine Verarmung an flüchtigen, gesteinsbildenden Elementen - diejenigen mit einem niedrigeren Siedepunkt, die leichter verloren gehen - im Vergleich zu Planetesimalen. (Wissenschaftler haben eine gute Idee von der planetesimalen Zusammensetzung basierend auf ihren Analysen von bestimmten Meteoriten, die als Chondrite bekannt sind, von denen angenommen wird, dass sie Überreste dieser alten Körper sind.)

Hin und seine Kollegen haben die Häufigkeit von zwei Isotopen von Magnesium - Mg-24 und Mg-25 - in verschiedenen Chondriten, Erdgesteinen und Mars-Meteoriten gemessen. Isotope sind Versionen eines Elements, die sich in der Anzahl der Neutronen in ihren Atomkernen unterscheiden; Mg-25 hat ein weiteres Neutron als Mg-24.

Die Forscher fanden heraus, dass die Gesteine ​​an der Erde und im Mars im Vergleich zu den Chondriten leicht an Mg-24 abgebaut sind. Die Implikation ist, dass planetenbildende Kollisionen bevorzugt das leichtere Mg-24 abtreiben, während das schwerere Mg-25 besser in der Lage ist, herumzuhalten.

Die zweite Studie zeichnet ein ähnliches Bild. Ashley Norris und Bernard Wood, beide von der Oxford University in England, schmolzen basaltes Gestein aus Island in einem Schmelzofen bei 1.300 Grad Celsius und analysierten dann die flüchtigen, verkohlenden Elemente, die wegkochten.

"Wir finden, dass das Muster der volatilen Elementverarmung in der Silikat-Erde mit teilweisem Schmelzen und Verdampfen konsistent ist, und nicht mit der einfachen Anreicherung eines volatile-reichen Chondrit-ähnlichen Körpers", schreiben Norris und Wood in ihrer Studie.

Der zweite Teil der obigen Aussage bezieht sich auf eine konkurrierende Hypothese - dass die Zusammensetzung unseres Planeten durch die lang zurückliegende Kollision eines grob Mars-großen Körpers mit einer volatil-freien Proto-Erde erklärt werden kann, zusammen mit der Migration einiger Elemente zu Der Kern der Erde. Wenn dieses Grundszenario bekannt vorkommt, sollte es: Astronomen glauben, dass ein solcher gewaltiger Einschlag zur Entstehung des Erdmondes vor etwa 4,5 Milliarden Jahren geführt hat.

In der Tat deuten Norris und Wood darauf hin, dass der mondbildende Einschlag eine Rolle beim Verbrennen flüchtiger Stoffe aus der frühen Erde gespielt haben könnte. Aber sie identifizieren Kollisionen zwischen Planetesimalen als den wahrscheinlich dominanten Fahrer - eine Position, der Hin zustimmt.

Extrem hohe Temperaturen wären erforderlich gewesen, um flüchtige Stoffe von der frühen Erde wegzutreiben, betonte Hin; Die mächtige Gravitation des Planeten hätte viel stärker an Material festgehalten als die Planetesimale. Und die meisten (aber nicht alle) Forscher glauben nicht, dass der mondbildende Einschlag ausreichend hohe Temperaturen erzeugt hätte, um einen signifikanten Dampfverlust zu verursachen, sagte er.

Du lebst hier, also denken wir, du solltest in den Tatsachen der Erde gut verankert sein. Aber Sie könnten diese Fragen ein wenig schwierig und knifflig finden. Viel Glück!

"Es ist also möglich, dass ein Teil des Massenverlustes durch den Giant Impact verursacht wurde, aber es ist viel weniger wahrscheinlich als bei Planetesimalen, wie wir argumentierten", erzählte Hin Professor ProfoundSpace.org per E-Mail. "Wichtig ist, dass wir in Meteoritenproben des Asteroiden Vesta das gleiche verräterische Mg-Isotopenmerkmal des Dampfverlustes sehen wie auf der Erde. Dies legt nahe, dass die Hauptphase des Dampfverlustes in Körpern dieser Größe oder kleiner auftritt."

Die beiden neuen Studien beantworten natürlich nicht jede Frage zur Zusammensetzung und Bildung der Erde. viele Geheimnisse bleiben.

"Mars und Erde zum Beispiel haben unterschiedliche Siliziumisotopenverhältnisse, die von den Modellen der Autoren nicht leicht zu erklären sind", schrieb Edward Young von der Abteilung für Erd-, Planeten- und Weltraumwissenschaften der UCLA in einem begleitenden "News and Views" "Kommentar in der gleichen Ausgabe der Natur.

"Darüber hinaus müssen die Isotopeneffekte von Elementen wie Silizium und Eisen, die sich in den Kernen planetarer Körper auflösen, berücksichtigt werden", fügte Young hinzu, der nicht zu beiden Teams gehörte. "Um die Auswirkungen der Kernbildung von denen des Dampfverlustes auf Isotopenzusammensetzungen zu unterscheiden, werden weitere Untersuchungen notwendig sein."