W powijakach Ziemia mogła połknąć planetę podobną do Merkurego, ale znacznie większą. Ten wczesny posiłek może wyjaśnić zagadkowy układ warstw Ziemi i wyjaśnić pole magnetyczne, które umożliwia życie tutaj.
powiązana zawartość
- Skromny magnez może zasilać ziemskie pole magnetyczne
- Ziemskie pole magnetyczne ma co najmniej cztery miliardy lat
- Metalowy deszcz może wyjaśnić, dlaczego Ziemia składa się z innych materiałów niż Księżyc
„Uważamy, że możemy uderzyć te dwa ptaki jednym kamieniem”, mówi Bernard Wood, geochemik z University of Oxford, który zgłosił ten pomysł w tym tygodniu w czasopiśmie Nature.
Jeśli wydaje się niewiarygodne, że w 2015 roku nadal nie wiemy, jak powstał nasz świat, zastanów się, jak trudno jest zajrzeć do jego wnętrza. Najdłuższe, najtrudniejsze wiertła, jakie dotąd wykonano, nie mogą zanurzyć się poza cienką skorupę zewnętrzną Ziemi. Naturalne kanały gorących skał pomagają nam wydobywać materiały z głębszej warstwy płaszcza, abyśmy mogli je zbadać, ale nawet te kolumny, setki mil długości, wydają się płytkie, gdy myślimy o centrum planety ponad 3700 mil poniżej nas. Złożenie historii Ziemi przypomina więc trochę próbę odgadnięcia, jak upiekło się ciasto, próbując lukru i być może kilku zbłąkanych okruchów. Wciąż jest dużo miejsca na nowe dowody i nowe pomysły.
„To ekscytujący czas na polu” - mówi geochemik Richard Carlson z Carnegie Institution of Washington. „Wiele badań wynika z badań głębokiej Ziemi, których nie rozumiemy zbyt dobrze”.
Tradycyjny pogląd na to, jak powstała Ziemia, zaczyna się od zlepiania się kosmicznych śmieci. Skały przypominające kamieniste meteory, które wciąż na nas spadają dzisiaj, zlepiły się w coraz większe kawałki. Ściśnięty, ubity i podgrzany rosnący gruz ostatecznie stopił się, a następnie ochłodził, tworząc warstwy powoli przez miliardy lat. Okruchy geologiczne badane w latach 80. pomogły potwierdzić tę historię. Z wyjątkiem niektórych metali, takich jak żelazo, z których większość uważa się za zatopionych w jądrze Ziemi, skały lądowe wydawały się być wykonane z prawie takich samych materiałów jak chondryty, szczególna grupa kamienistych meteorów.
Około dekady temu Carlson znalazł miejsce na wątpliwości, po porównaniu skał Ziemi i skał kosmicznych za pomocą lepszych instrumentów. Jego zespół zbadał dwa rzadkie pierwiastki o nietypowych nazwach i osobowościach magnetycznych: neodym, składnik magnesów używanych w samochodach hybrydowych i dużych turbinach wiatrowych oraz samarium, powszechne w magnesach na słuchawki. Naukowcy odkryli, że próbki naziemne zawierały mniej neodymu w stosunku do samaru niż chondryty.
Ta niewielka rozbieżność wynosząca zaledwie kilka procent wciąż była trudna do wyjaśnienia. Być może, spekulował Carlson, ochładzająca się Ziemia uformowała warstwy znacznie szybciej niż wcześniej sądzono, w ciągu dziesiątek milionów lat zamiast miliardów. Szybko utworzona górna warstwa byłaby zubożona w neodym, zrównoważona dolną warstwą, która ukrywała brakujący element głęboko w płaszczu. Jednak nie znaleziono dowodów na istnienie tego tajnego zbiornika. Trudno jest wyjaśnić jego tendencję do uporczywego utknięcia na głębokości, biorąc pod uwagę, że płaszcz wiruje jak gotowana zupa, często wyrzucając jej składniki na powierzchnię, tworząc wulkany. A jeśli księżyc narodził się, gdy ciało planetarne uderzyło w Ziemię, jak się powszechnie uważa, topnienie spowodowane tym uderzeniem powinno mieszać zbiornik z powrotem w płaszcz.
Zamiast próbować wyjaśnić ukryty neodym, druga grupa naukowców wymyśliła sposób na pozbycie się go. Wyobrażali sobie skorupę wzbogaconą w neodym, rosnącą na chondrytycznych skałach, z których zrobiono Ziemię. Zderzenia między tymi obiektami mogły zeskrobać znaczną część tej zewnętrznej warstwy, czyniąc neodym rzadszym.
Ale z tym widokiem są także problemy. Nigdy nie znaleziono meteorytów o składach podobnych do erozji gruzu. Poza tym ta zdarta skóra zabrałaby ze sobą znaczną część ciepła Ziemi. Uran, tor i inne materiały radioaktywne, które, jak wiemy, są odpowiedzialne za ciepło naszej planety, również trafiłyby do usuniętej warstwy.
„Około 40 procent pierwiastków wytwarzających ciepło na Ziemi zostałoby utraconych w kosmosie”, mówi Ian Campbell, geochemik z Australian National University.
Mając nadzieję na utrzymanie tych krytycznych pierwiastków, Wood postanowił ulepszyć chemię Ziemi w młodości. Czerpał inspirację z jednej z dziwniejszych planet w naszym Układzie Słonecznym: Merkurego. Z chemicznego punktu widzenia najbliższa Słońcu planeta to piekielne miejsce pełne rzeczywistego siarki, znane współczesnej nauce jako siarka. Jak powstałyby warstwy na młodej Ziemi, gdyby planeta wyglądała bardziej jak Merkury? Aby odpowiedzieć na to pytanie, Drewno dodało siarkę do mieszanin pierwiastków mających symulować skład pierwotnej Ziemi. Gotował pozorowane planety w temperaturach tak gorących jak spalanie paliwa do silników odrzutowych i tłukł je tłokiem do ciśnienia około 15 000 razy większego niż w typowym domowym szybkowarze.
Dozowane z wystarczającą ilością siarki, miniaturowe proto-światy zakopywały neodym, gdy tworzyły warstwy - nie w swoich fałszywych płaszczach, ale głębiej w swoich fałszywych rdzeniach. Neodym uwięziony w rdzeniu na dobre może tłumaczyć anomalię Carlsona. Ta dodatkowa siarka mogła pochodzić z obiektu podobnego do Merkurego, który wcześnie uderzył w rosnącą Ziemię, być może nawet z tego samego obiektu, który prawdopodobnie uformował księżyc, sugeruje Drewno.
„Potrzebowalibyśmy ciała od 20 do 40 procent wielkości Ziemi.” Możliwe jest również, że Ziemia wyrosła na początku z jądra zbudowanego nie z chondrytów, ale z innych gruzów kosmicznych bogatych w siarkę. Tak czy inaczej, ta kosmiczna fabuła mogłaby przygotować grunt pod rozwój życia na Ziemi. To dlatego, że siarka pomogłaby również wciągnąć uran i tor do rdzenia. Dodatkowe ciepło z tych pierwiastków promieniotwórczych mogłoby pomóc ubić zewnętrzną część rdzenia, i uważa się, że ten energiczny ruch stopionego metalu powoduje powstawanie prądów, które z kolei wytwarzają pole magnetyczne Ziemi.
Ilustracja (nie w skali) Słońca i jego interakcji z polem magnetycznym Ziemi. (NASA Goddard Space Flight Center) Bez magnetyzmu żółwie morskie i kapitanowie morscy nie byliby w stanie nawigować - a nawet istnieć. Życie na powierzchni planety nie byłoby możliwe bez ochrony pola przed cząsteczkami wysokoenergetycznymi wypływającymi ze Słońca.
Koledzy Wooda opisują jego teorię jako wiarygodną. Ale podobnie jak inne historie o pochodzeniu, które zostały napisane w ostatnich latach o Ziemi, nie jest to ostateczne. Po pierwsze, temperatury i ciśnienia osiągnięte w eksperymencie, mimo że były tak ekstremalne, były dalekie od warunków panujących w proto-Ziemi. Po drugie, badania nad tym, jak trzęsienia ziemi przemieszczają się przez wnętrze planety, ograniczyły jasność jądra, a zrzucanie dużej ilości siarki do centrum planety może spowodować, że jądro będzie niewygodnie zbliżone do tych granic.
Aby wzmocnić swoją sprawę, Wood planuje przeszukać układ okresowy w poszukiwaniu innych pierwiastków z tajemniczymi obfitościami, które można wyjaśnić dodając siarkę do pierwotnej mieszanki. Biorąc pod uwagę historię tej dziedziny, potrzeba wiele wysiłku, aby przekonać sceptyków, takich jak Bill McDonough, geochemik z University of Maryland. „Stawiam ten pomysł na znacznie poniżej 50-procentowej szansy na rację”, mówi .
