La collisione planetaria che ha creato la luna potrebbe anche aver reso possibile la vita sulla Terra

La maggior parte degli elementi essenziali della Terra, tra cui il carbonio e l'azoto che compongono i nostri corpi, potrebbero essere originati da un altro pianeta e arrivare in modo più violento e drammatico, secondo una nuova ricerca.

Lo studio dei petrologi della Rice University, pubblicato sulla rivista Science Advances, suggerisce che la maggior parte degli elementi volatili essenziali per la vita siano stati seminati sulla Terra 4,4 miliardi di anni fa nell'impatto che ha creato la luna.

Uno dei coautori dello studio Rajdeep Dasgupta, il principale investigatore di uno sforzo finanziato dalla NASA chiamato CLEVER Planets, afferma: "Dallo studio dei meteoriti primitivi, gli scienziati sanno da tempo che la Terra e altri pianeti rocciosi nel sistema solare interno sono volatili- impoverito.

“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 ".

Una teoria di come si è formata la luna suggerisce che lo ha fatto dal materiale lanciato dalla Terra dopo una collisione planetaria. Ma una nuova ricerca suggerisce che l'impatto potrebbe aver anche seminato la Terra con gli elementi necessari per la vita (National Geographic)

I pianeti CLEVER esplorano come elementi essenziali della vita potrebbero unirsi su distanti pianeti rocciosi per comprendere meglio l'origine degli elementi essenziali della vita della Terra e le implicazioni al di là del nostro sistema solare.

Dasgupta continua: “Questo studio suggerisce che un pianeta roccioso, 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 blocchi di costruzione, forse da diverse parti di un disco protoplanetario.

“Questo rimuove alcune condizioni al contorno. Mostra 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 affermato che non sembra che il silicato di massa della Terra, da solo, avrebbe potuto raggiungere i budget 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 portano a elementi volatili che si uniscono su un pianeta per sostenere la vita come la conosciamo."

Sotto pressione: raccolta di prove e costruzione di modelli

Il team ha raccolto le prove eseguendo esperimenti ad alta pressione e ad alta temperatura in un laboratorio geofisico specializzato nello studio delle reazioni geotermiche in profondità sotto la superficie terrestre.

Gli esperimenti hanno permesso allo studio principale autore Damanveer Grewal di raccogliere prove per testare una teoria di lunga 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 nel nucleo del pianeta donatore è importante a causa della serie sconcertante di prove sperimentali sul carbonio, azoto e zolfo che esistono in tutte le parti della Terra diverse dal nucleo.

Uno schema che raffigura la formazione di un pianeta delle dimensioni di Marte (a sinistra) e la sua differenziazione in un corpo con un nucleo metallico e un serbatoio di silicato sovrastante. Il nucleo ricco di zolfo espelle il carbonio, producendo silicato con un elevato rapporto carbonio-azoto. La collisione che forma la luna di un tale pianeta con la Terra in crescita (a destra) può spiegare l'abbondanza terrestre di acqua e dei principali elementi essenziali per la vita come carbonio, azoto e zolfo, nonché la somiglianza geochimica tra Terra e luna (Rajdeep Dasgupta )

Grewal, uno studente laureato, afferma: "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. I cicli materiali tra di loro. "

Riscaldamento: in competizione con i modelli esistenti

Un'idea di vecchia data su come la Terra ricevette i suoi volatili era la teoria della "fine impiallacciatura" secondo cui meteoriti ricchi di volatili, pezzi rimanenti di materia primordiale dal sistema solare esterno, arrivarono dopo la formazione del nucleo terrestre. E mentre le firme isotopiche dei volatili della Terra corrispondono a questi oggetti primordiali, noti come condriti carbonacee, il rapporto elementare tra carbonio e azoto è spento. Il materiale non-core della Terra, che i geologi chiamano Terra di silicati sfusi, ha circa 40 parti di carbonio per ciascuna parte di azoto, circa il doppio del rapporto 20–1 visto nei condriti carbonacei.

Uno studio condotto dagli scienziati della Rice University (da sinistra) Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta e Kyusei Tsuno ha scoperto che la Terra ha probabilmente ricevuto la maggior parte del suo carbonio, azoto e altri elementi essenziali della vita dalla collisione planetaria che ha creato la luna più di 4,4 miliardi di anni fa. I risultati compaiono sulla rivista Science Advances. (Jeff Fitlow / Rice University)

Il team ha testato l'idea che un nucleo planetario ricco di zolfo potrebbe escludere carbonio o azoto, o entrambi, lasciando frazioni molto più grandi di quegli elementi nel silicato di massa rispetto alla Terra. Gli sperimentatori hanno creato modelli che hanno esaminato la quantità di carbonio e azoto che è entrata nel nocciolo in tre scenari: senza zolfo, 10% di zolfo e 25% di zolfo.

Spiegando i risultati, Grewal afferma: “L'azoto non è stato in gran parte influenzato. È rimasto solubile nelle leghe rispetto ai silicati e ha iniziato a essere escluso dal nucleo solo con la più alta concentrazione di zolfo. "

Il carbonio, al contrario, era considerevolmente meno solubile in leghe con concentrazioni intermedie di zolfo e le leghe ricche di zolfo assorbivano circa 10 volte meno carbonio in peso rispetto alle leghe senza zolfo.

Il team ha quindi utilizzato questi risultati e rapporti noti di elementi sia sulla Terra che sui corpi non terrestri per progettare una simulazione al computer in grado di scoprire lo scenario più probabile che ha prodotto i volatili della Terra. Trovare la risposta ha comportato la variazione delle condizioni di partenza, l'esecuzione di circa 1 miliardo di scenari e il confronto con le condizioni conosciute del sistema solare di oggi.

Grewal continua: “Quello che abbiamo scoperto è che tutte le prove, le firme isotopiche, il rapporto carbonio-azoto e le quantità complessive di carbonio, azoto e zolfo nella Terra di silicato sfuso, sono coerenti con un impatto che forma la luna che coinvolge un cuscinetto volatile , Pianeta delle dimensioni di Marte con un nucleo ricco di zolfo. "

Ricerca originale: 10.1126 / sciadv.aau3669