Oamenii de ştiinţă cred că Luna, satelitul natural al Pământului, s-a format în urmă cu mai bine de 4,4 miliarde de ani prin coliziunea catastrofală dintre proto-Pământ și un ipotetic obiect al Sistemului Solar, având o mărime comparabilă cu cea a planetei Marte, cunoscut sub numele de Theia.

În urma acestei ciocniri planetare, Pământului a primit cea mai mare parte din carbon, azot, sulf și alte elemente esențiale pentru viață.

„Din studiul celor mai vechi meteoriţi oamenii de știință ştiu că Pământul și alte planete stâncoase din Sistemul Solar erau sărace în elementele chimice volatile care s-au condensat din discul gazos timpuriu din care s-au format planetele Sistemului Solar.

Modul cum au ajuns pe Pământ aceste elemente chimice volatile a reprezentat un îndelungat subiect de dezbatere în rândul oamenilor de ştiinţă.

Scenariul pe care îl propunem este primul care poate furniza o explicație în concordanță cu toate dovezile geochimice”, a declarat cercetătorul Rajdeep Dasgupta, coautor al studiului de față, din cadrul Rice University.

Formarea Lunii în urma unui impact planetar

O reprezentare artistică a coliziunii catastrofale dintre proto-Pământ și Theia în urma căreia s-a format, probabil, Luna. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Într-o serie de experimente, Dr. Dasgupta și coautorii studiului au testat o teorie conform căreia elementele chimice volatile ale Pământului provin în urma coliziunii proto-Pământului cu un embrion planetar care avea un nucleu bogat în sulf.

Conținutul ridicat de sulf din nucleul planetei donatoare rezultă pe baza numeroasele dovezi experimentale privind existența carbonului, azotului și sulfului în toate regiunile Pământului, altele decât în nucleul acestuia.

„Chiar dacă nucleul nu interacționează, în mod direct, cu restul Pământului, mantaua, crusta, hidrosfera și atmosfera, care se află deasupra nucleului, sunt conectate între ele, iar elementele chimice din acestea se pot amesteca între ele”, a declarat Damanveer Grewal, coautor al studiului, din cadrul Rice University.

O ipoteză des amintită privind originea elementelor chimice volatile ale Pământului este cea conform căreia meteoriţi bogați în elemente volatile au ajuns pe Pământ după formarea nucleului Pământului.

Deși semnăturile izotopice ale elementelor volatile ale Pământului se potrivesc cu aceste obiecte primordiale, cunoscute sub denumirea de condrite carbonice, raportul dintre carbon și azot nu se potriveşte.

În silicaţii din exteriorul nucleului Pământului există aproximativ 40 de părți de carbon la fiecare parte de azot, față de raportul de 20 la 1 observat în condritele carbonice.

Cercetătorii au simulat presiunile și temperaturile ridicate din timpul formării nucleului Pământului pentru a verifica dacă un nucleu planetar bogat în sulf ar putea exclude carbonul, azotul sau pe ambele.

În schema de mai jos se ilustrează formarea unei planete de dimensiunea planetei Marte (stânga) în structura căreia există un miez metalic și la exterior un rezervor de silicaţi.

Nucleul bogat în sulf expulzează carbonul, producând silicaţi cu un raport ridicat al carbonului şi azotului.

Coliziunea dintre Terra și Theia

Credit: Rajdeep Dasgupta.

În urma ciocnirii unei astfel de planete cu proto-Pământul (dreapta) a rezultat Luna și astfel se poate explica abundența pe Pământ atât a apei, cât și a elementelor esențiale ale vieții, precum carbonul, azotul și sulful.

De asemenea, această ipoteză explică şi asemănarea geochimică dintre Pământ și Lună.

Într-o serie de teste efectuate la diferite temperaturi și presiuni, oamenii de știință au examinat cât de mult carbon și azot poate exista în nucleu în trei scenarii diferite: fără sulf, 10% sulf și 25% sulf.

„În mare măsură azotul nu a fost afectat. Acesta a rămas solubil în aliaje în raport cu silicații și a fost exclus din nucleu în cazul unor concentrații mari de sulf”, a declarat Grewal.

În schimb, carbonul s-a dovedit mai puțin solubil în aliajele cu concentrații intermediare de sulf, iar aliajele bogate în sulf au preluat aproximativ de 10 ori mai puțin carbon decât aliajele fără sulf.

Pe baza acestor informații şi a rapoartelor privind concentrațiile cunoscute ale elementelor atât pe Pământ, cât și în cazul altor corpuri cereşti, cercetătorii au efectuat o simulare computerizată pentru a identifica cel mai probabil scenariu privind originea elementelor chimice volatile ale Pământului.

„Ceea ce am descoperit este că toate dovezile, semnăturile izotopice, raportul carbon-azot și cantitățile totale de carbon, azot și sulf din silicaţii din afara nucleului Pământului, sunt în concordanță cu un impact cu o planetă de mărimea lui Marte având un nucleu bogat în sulf”, a declarat Grewal.

Studiul cercetătorilor a fost publicat în revista Science Advances.

Sursă: Sci-News