الاصطدام الكوكبي الذي أوجد القمر ربما جعل الحياة على الأرض ممكنة

تشير أبحاث جديدة إلى أن معظم العناصر الأساسية للأرض ، بما في ذلك الكربون والنيتروجين الذي يتكون من أجسادنا ، ربما نشأت من كوكب آخر ووصلت بطريقة أكثر عنفًا ودرامية.

تشير الدراسة التي أجراها علماء بترول جامعة رايس ، والتي نشرت في مجلة ساينس أدفانسز ، إلى أن الجزء الأكبر من العناصر المتطايرة الضرورية للحياة قد تم زرعها على الأرض قبل 4.4 مليار سنة في التأثير الذي أحدث القمر.

يقول أحد مؤلفي الدراسة المشاركين Rajdeep Dasgupta ، الباحث الرئيسي في الجهد الذي تموله ناسا والمسمى CLEVER Planets: "من دراسة النيازك البدائية ، عرف العلماء منذ زمن طويل أن الأرض والكواكب الصخرية الأخرى في النظام الشمسي الداخلي متقلبة المنضب.

لكن توقيت وآلية التسليم المتقلب تمت مناقشتهما بحرارة. لنا هو السيناريو الأول الذي يمكن أن يفسر توقيت وتسليم بطريقة تتسق مع جميع الأدلة الجيوكيميائية. "

تشير نظرية كيف شكل القمر إلى أنه فعل ذلك من مادة أُلقيت من الأرض بعد اصطدام كوكبي. لكن بحثًا جديدًا يشير إلى أن التأثير ربما يكون قد بذر الأرض أيضًا بالعناصر الضرورية للحياة (ناشيونال جيوغرافيك)

تستكشف كواكب CLEVER كيف يمكن للعناصر الأساسية للحياة أن تتضافر على كواكب صخرية بعيدة للحصول على فهم أفضل لأصل عناصر الحياة الأساسية للأرض والآثار المترتبة عليها خارج نظامنا الشمسي.

يستمر Dasgupta: "تشير هذه الدراسة إلى أن كوكبًا صخريًا يشبه الأرض يحصل على فرص أكثر لاكتساب عناصر ضرورية للحياة إذا كان يتشكل وينمو من تأثيرات عملاقة مع كواكب أخذت عينات مختلفة من اللبنات ، ربما من أجزاء مختلفة من قرص الكوكب الأولي.

"هذا يزيل بعض الشروط الحدودية. إنه يوضح أن المواد المتطايرة الضرورية للحياة يمكن أن تصل إلى الطبقات السطحية لكوكب الأرض ، حتى لو تم إنتاجها على أجسام كوكبية خضعت لتكوين أساسي في ظل ظروف مختلفة للغاية. "

وقال داسغوبتا إنه لا يبدو أن السيليكات السائبة للأرض ، من تلقاء نفسها ، يمكن أن تحقق الميزانيات المتقلبة الضرورية للحياة والتي أنتجت محيطنا الحيوي والغلاف الجوي والغلاف المائي.

"هذا يعني أنه يمكننا توسيع نطاق بحثنا عن مسارات تؤدي إلى تجمع عناصر متقلبة على كوكب الأرض لدعم الحياة كما نعرفها".

تحت الضغط: جمع الأدلة وبناء النماذج

جمع الفريق أدلةهم من خلال إجراء تجارب عالية الضغط ودرجة الحرارة العالية في مختبر جيوفيزيائي متخصص في دراسة التفاعلات الحرارية الجوفية في عمق سطح الأرض.

سمحت التجارب لمؤلف الدراسة التي أجريت على مؤلفي الدراسة دامانفير غروال بجمع الأدلة لاختبار نظرية طويلة الأمد مفادها أن المواد المتطايرة للأرض وصلت من تصادم مع كوكب جنيني يحتوي على لب غني بالكبريت. إن محتوى الكبريت من جوهر الكوكب المانح مهم بسبب المجموعة المحيرة من الأدلة التجريبية حول الكربون والنيتروجين والكبريت الموجودة في جميع أنحاء الأرض بخلاف القلب.

رسم تخطيطي يصور تكوين كوكب بحجم كوكب المريخ (يسار) وتمايزه إلى جسم ذي قلب معدني وخزان سيليكات مغطي. النواة الغنية بالكبريت تطرد الكربون ، وتنتج السيليكات بنسبة عالية من الكربون إلى النيتروجين. يمكن أن يفسر تصادم تكوين كوكب مثل هذا الكوكب مع الأرض المتنامية (يمين) وفرة الأرض بكل من الماء والعناصر الأساسية الضرورية للحياة مثل الكربون والنيتروجين والكبريت ، وكذلك التشابه الجيوكيميائي بين الأرض والقمر (Rajdeep Dasgupta )

يقول غريوال ، طالب دراسات عليا: "لا يتفاعل جوهر الأرض مع بقية الأرض ، ولكن كل شيء فوقها ، الوشاح ، القشرة ، الغلاف المائي والغلاف الجوي ، كلها متصلة. دورات المواد بينهما ".

التسخين: التنافس مع النماذج الحالية

إحدى الأفكار التي طال أمدها حول كيفية تلقي الأرض لموادها المتطايرة كانت نظرية "القشرة المتأخرة" التي تقول إن النيازك الغنية المتطايرة ، وهي أجزاء متبقية من المادة البدائية من النظام الشمسي الخارجي ، قد وصلت بعد تشكل الأرض. وبينما تتطابق التواقيع النظرية لمتغيرات الأرض مع هذه الكائنات البدائية ، والمعروفة باسم chondrites الكربونية ، فإن النسبة الأولية للكربون إلى النيتروجين قد توقفت. تحتوي المادة غير الأساسية للأرض ، والتي يطلق عليها الجيولوجيون على الأرض السيليكية السائبة ، على حوالي 40 جزءًا من الكربون لكل جزء من النيتروجين ، أي ما يقرب من ضعف النسبة المئوية 20-1 في شوندرات الكربون.

كشفت دراسة أجراها علماء جامعة رايس (من اليسار) Gelu Costin ، و Chenguang Sun ، و Damanveer Grewal ، و Rajdeep Dasgupta ، و Kyusei Tsuno ، أن الأرض قد تلقت على الأرجح الجزء الأكبر من الكربون والنيتروجين والعناصر الأخرى الضرورية للحياة من تصادم الكواكب الذي خلق القمر منذ أكثر من 4.4 مليار سنة. تظهر النتائج في مجلة Science Advances. (جيف فيتلو / جامعة رايس)

اختبر الفريق فكرة أن قلب الكواكب الغني بالكبريت قد يستبعد الكربون أو النيتروجين ، أو كليهما ، تاركًا كسور أكبر بكثير من تلك العناصر في السيليكات السائبة مقارنةً بالأرض. ابتكر المجربون نماذج تفحصت كمية الكربون والنيتروجين التي جعلتها في قلب ثلاثة سيناريوهات: لا كبريت ، 10٪ كبريت و 25٪ كبريت.

يوضح جرول النتائج ، "النيتروجين لم يتأثر إلى حد كبير. بقيت قابلة للذوبان في السبائك بالنسبة للسيليكات ، وبدأت فقط في استبعادها من القلب تحت أعلى تركيز للكبريت. "

وعلى النقيض من ذلك ، كان الكربون أقل قابلية للذوبان بشكل كبير في السبائك ذات التركيزات المتوسطة من الكبريت ، أما السبائك الغنية بالكبريت فقد احتلت وزنًا أقل بحوالي 10 أضعاف من سبائك السبائك الخالية من الكبريت.

ثم استخدم الفريق هذه النتائج والنسب المعروفة للعناصر على كل من الأجسام الأرضية وغير الأرضية لتصميم محاكاة كمبيوتر يمكنها اكتشاف السيناريو الأكثر احتمالا الذي ينتج متغيرات الأرض. العثور على إجابة ينطوي على تغيير شروط البداية ، تشغيل ما يقرب من مليار سيناريوهات ومقارنتها بالظروف المعروفة في النظام الشمسي اليوم.

يواصل جريوال: "ما وجدناه هو أن جميع الأدلة ، والتواقيع النظرية ، ونسبة الكربون والنيتروجين والكميات الإجمالية للكربون والنيتروجين والكبريت في الأرض السيليكاتية السائبة ، تتوافق مع تأثير تكوين القمر الذي ينطوي على تأثير متطاير كوكب بحجم كوكب المريخ ذو قلب غني بالكبريت ".

البحث الأصلي: 10.1126 / sciadv.aau3669