Земля могла отримати вуглець, азот та інші життєво важливі елементи, а саме велику їх частину, внаслідок зіткнення планет. В результаті цього процесу понад 4,4 мільярда років тому з’явився Місяць.

Перевіряли давню теорію

Більшість життєво важливих елементів Землі, включаючи велику частину вуглецю і азоту, можливо, прийшли з іншої планети.

“Досліджуючи примітивни метеорити вчені давно знають, що Земля та інші кам’янисті планети у внутрішній Сонячній системі мають мало летючих речовин”.

– Радждіп Дасгупта, співавтор дослідження.

Докази були зібрані із комбінації високотемпературних експериментів з високим тиском в лабораторії Дасгупти, яка спеціалізується на вивченні геохімічних реакцій, котрі відбуваються глибоко всередині планети під високою температурою і тиском.

У серії експериментів провідний автор дослідження та аспірант Даманвір Гревал зібрав докази, щоб перевірити давню теорію про те, що летючі речовини Землі з’явилися в результаті зіткнення із зародковою планетою, що містить ядро, багате сіркою. Вміст сірки в ядрі планети-донора має сенс через безліч експериментальних даних про вуглець, азот і сірку, котрі існують у всіх частинах Землі, окрім ядра.

“Ядро не взаємодіє з іншою частиною Землі, але все, що знаходиться над ним, мантія, кора, гідросфера і атмосфера, все пов’язано”.

– Даманвір Гревал.

Одна з теорій про те, як Земля отримала свої летючі речовини, говорить, що багаті летючими речовинами метеорити прибули після утворення ядра Землі. І хоча ізотопні сигнатури летючих речовин Землі відповідають цим споконвічним об’єктам, відомим як вуглецеві хондрити, елементне співвідношення вуглецю та азоту виключено. У неосновному матеріалі Землі, який геологи називають об’ємною силікатною Землею, міститься близько 40 частин вуглецю на кожну частину азоту, що приблизно вдвічі перевищує співвідношення 20-1, що спостерігається у вуглецевих хондритах.

Запустили приблизно 1 мільярд сценаріїв

Експерименти, котрі моделювали високий тиск і температуру під час формування ядра, перевірили ідею про те, що багате сіркою планетарне ядро ​​може виключати вуглець і азот, залишаючи велику частку цих елементів в об’ємному силікаті у порівнянні з Землею. У серії експериментів при різних температурах і тиску вчені перевірили, скільки вуглецю та азоту потрапило в ядро ​​при трьох сценаріях: без сірки, з 10 відсотками сірки та 25 відсотками сірки.

“Азот практично не піддавався впливу. Він залишався розчинним в сплавах по відношенню до силікатів, і був виключений з ядра при найвищій концентрації сірки”.

– Даманвір Гревал.

Вуглець, навпаки, був значно менш розчинний в сплавах з проміжними концентраціями сірки, а багаті сіркою сплави займали приблизно в 10 разів менше вуглецю за вагою, ніж сплави без сірки. Використовуючи цю інформацію, поряд з відомими співвідношеннями та концентраціями елементів як на Землі, так і в позаземних тілах, дослідники розробили комп’ютерне моделювання, щоб знайти найбільш ймовірний сценарій, котрий призводить до мінливості Землі. Щоб знайти відповідь, потрібно було змінити початкові умови, запустити приблизно 1 мільярд сценаріїв і порівняти їх з відомими сьогодні умовами у Сонячній системі.

“Ми виявили, що всі докази, а саме: ізотопні сигнатури, співвідношення вуглецю до азоту і загальна кількість вуглецю, азоту і сірки в об’ємній силікатній Землі, відповідають місяцеутворюючому впливу за участю летючих речовин”.

– Даманвір Гревал.

За його словами,  розуміння походження життєво важливих елементів Землі має значення за межами нашої Сонячної системи.

“Це дослідження показує, що у кам’янистї, подібної до Землі планети, більше шансів отримати життєво важливі елементи, якщо вона утворюється і зростає в результаті гігантських зіткнень з планетами”.

– Радждіп Дасгупта.