La maggior parte degli elementi essenziali della Terra per la vita, inclusa la maggior parte del carbonio e dell'azoto in te, probabilmente provenivano da un altro pianeta.

La Terra molto probabilmente ha ricevuto la maggior parte del suo carbonio, azoto e altri elementi volatili essenziali per la vita dalla collisione planetaria che ha creato la luna più di 4,4 miliardi di anni fa, secondo un nuovo studio dei petrologi della Rice University sulla rivista Progressi scientifici .

"Dallo studio dei meteoriti primitivi, gli scienziati sanno da tempo che la Terra e altri pianeti rocciosi nel sistema solare interno sono impoveriti di volatili, ", ha affermato il coautore dello studio Rajdeep Dasgupta. "Ma i tempi e il meccanismo della consegna volatile sono stati oggetto di accesi dibattiti. Il nostro è il primo scenario in grado di spiegare i tempi e la consegna in modo coerente con tutte le prove geochimiche".

Le prove sono state raccolte da una combinazione di alte temperature, esperimenti ad alta pressione nel laboratorio di Dasgupta, specializzata nello studio delle reazioni geochimiche che avvengono nelle profondità di un pianeta sotto intenso calore e pressione.

In una serie di esperimenti, l'autore principale dello studio e studente laureato Damanveer Grewal ha raccolto prove per testare una teoria di vecchia data secondo cui i volatili della Terra sono arrivati ​​da una collisione con un pianeta embrionale che aveva un nucleo ricco di zolfo.

Il contenuto di zolfo del nucleo del pianeta donatore è importante a causa della sconcertante serie di prove sperimentali sul carbonio, azoto e zolfo che esistono in tutte le parti della Terra diverse dal nucleo.

"Il nucleo non interagisce con il resto della Terra, ma tutto al di sopra di esso, il mantello, la crosta, l'idrosfera e l'atmosfera, sono tutti collegati, " Grewal ha detto. "Cicli di materiale tra di loro."

Un'idea di vecchia data su come la Terra ha ricevuto i suoi volatili era la teoria della "rivestimento tardivo" secondo cui i meteoriti ricchi di volatili, pezzi rimasti di materia primordiale dal sistema solare esterno, arrivato dopo la formazione del nucleo terrestre. E mentre le firme isotopiche dei volatili della Terra corrispondono a questi oggetti primordiali, note come condriti carboniose, il rapporto elementare tra carbonio e azoto è spento. Il materiale non centrale della Terra, che i geologi chiamano la massa di silicati Terra, ha circa 40 parti di carbonio per ogni parte di azoto, circa il doppio del rapporto 20-1 osservato nelle condriti carboniose.

Gli esperimenti di Grewal, che simulava le alte pressioni e temperature durante la formazione del nucleo, testato l'idea che un nucleo planetario ricco di zolfo potesse escludere carbonio o azoto, o entrambi, lasciando frazioni molto più grandi di quegli elementi nel silicato sfuso rispetto alla Terra. In una serie di test a una gamma di temperature e pressioni, Grewal ha esaminato quanto carbonio e azoto sono entrati nel nucleo in tre scenari:niente zolfo, 10% di zolfo e 25% di zolfo.

"L'azoto è rimasto in gran parte inalterato, " ha detto. "È rimasto solubile nelle leghe relative ai silicati, e cominciò ad essere escluso dal nucleo solo sotto la più alta concentrazione di zolfo."

Carbonio, al contrario, era notevolmente meno solubile in leghe con concentrazioni di zolfo intermedie, e le leghe ricche di zolfo hanno assorbito circa 10 volte meno carbonio in peso rispetto alle leghe prive di zolfo.

Utilizzando queste informazioni, insieme ai rapporti e alle concentrazioni note di elementi sia sulla Terra che nei corpi non terrestri, Dasgupta, Il ricercatore postdottorato di Grewal e Rice, Chenguang Sun, ha progettato una simulazione al computer per trovare lo scenario più probabile che ha prodotto i volatili della Terra. Trovare la risposta ha comportato la variazione delle condizioni di partenza, eseguendo circa 1 miliardo di scenari e confrontandoli con le condizioni note nel sistema solare odierno.

"Quello che abbiamo scoperto è che tutte le prove, firme isotopiche, il rapporto carbonio-azoto e le quantità complessive di carbonio, azoto e zolfo nella massa di silicati della Terra - sono coerenti con un impatto di formazione della luna che coinvolge un cuscinetto volatile, Pianeta grande quanto Marte con un nucleo ricco di zolfo, " ha detto Greval.

Dasgupta, l'investigatore principale di uno sforzo finanziato dalla NASA chiamato CLEVER Planets che sta esplorando come gli elementi essenziali per la vita potrebbero unirsi su lontani pianeti rocciosi, ha detto che una migliore comprensione dell'origine degli elementi essenziali per la vita della Terra ha implicazioni al di là del nostro sistema solare.

"Questo studio suggerisce che un roccioso, Il pianeta simile alla Terra ha più possibilità di acquisire elementi essenziali per la vita se si forma e cresce da impatti giganti con pianeti che hanno campionato diversi elementi costitutivi, forse da diverse parti di un disco protoplanetario, " disse Dasgupta.

"Questo rimuove alcune condizioni al contorno, " ha detto. "Dimostra che i volatili essenziali per la vita possono arrivare agli strati superficiali di un pianeta, anche se sono stati prodotti su corpi planetari che hanno subito la formazione del nucleo in condizioni molto diverse."

Dasgupta ha detto che non sembra che il silicato sfuso della Terra, da solo, avrebbe potuto raggiungere i bilanci volatili essenziali per la vita che hanno prodotto la nostra biosfera, atmosfera e idrosfera.

"Ciò significa che possiamo ampliare la nostra ricerca di percorsi che conducano a elementi volatili che si uniscono su un pianeta per supportare la vita come la conosciamo".